Właściwości powietrza wilgotnego Czyste powietrze atmosferyczne jest mieszaniną gazów obojętnych w stosunku do siebie pod względem chemicznym. Udziały składników gazowych (tlenu, azotu, CO

Właściwości powietrza wilgotnego

Czyste powietrze atmosferyczne jest mieszaniną gazów obojętnych w stosunku do siebie pod względem chemicznym. Udziały składników gazowych (tlenu, azotu, CO2, argonu i innych) są w danym miejscu kuli ziemskiej stałe, lecz zawartość pary wodnej w powietrzu może zmieniać się w dość szerokich granicach. W trakcie przemian fizycznych, jakim ulega powie- trze w trakcie uzdatniania dla celów wentylacji i klimatyzacji oraz w pomieszczeniach wen- tylowanych, w wyniku obecności ludzi i procesów technologicznych oraz innych wpływów otoczenia para wodna zachowuje się odmiennie od pozostałych składników gazowych. W związku z tym wygodnie jest rozpatrywać powietrze wilgotne jako mieszaninę dwuskładniko- wą - powietrza suchego (jako składnika jednorodnego) z parą wodną.

Tabela 1. Przeciętny skład suchego powietrza atmosferycznego

Udział Składnik Symbol chemiczny

masowy % objętościowy % Azot

Tlen Argon

Dwutlenek węgla Wodór

Pozostałe gazy szlachetne Inne

N2

O2

Ar CO2

H2

Ne, He, Kr, Xe -

75,51 23,01 1,29 0,041 0,001 0,00161

do 100

78,09 20,93 0,93 0,03 0,01 0,00249

do 100 Tabela 2. Właściwości fizyczne powietrza (w temperaturze 0°C i ciśnieniu 1013, 25 hPa)

Wielkość Symbol Wartość Jednostka

Masa cząsteczkowa M 28,96 kg/mol

Temperatura wrzenia twrz -130,45 °C

Gęstość powietrza suchego ρp 1,2936 kg/m³

Gęstość powietrza wilgotnego (nasyconego) ρpn 1,2907 kg/m³ Współczynnik przewodności cieplnej powietrza suchego λ 0,0237 W/m K Współczynnik przewodności cieplnej powietrza wilgotnego (100%) λn 0,0073 W/m K

Lepkość dynamiczna powietrza suchego η ^{17,19×106 Pa.s}

Właściwa pojemność cieplna powietrza suchego cp 1,005 kJ/kg K Właściwa pojemność cieplna powietrza wilgotnego (100%) cpw 1,009 kJ/kg K

Wykładnik politropy κ ^{1,4 -}

Prawo Clapeyrona:

pV = mRT (1)

gdzie: p - ciśnienie gazu, Pa, V - objętość gazu, m³, m - masa gazu, kg,

R - stała gazowa, dla powietrza suchego Rp = 287,0 J/kg K, dla pary wodnej przegrzanej R_o = 461,4 J/kg K, T – temperatura, K.

Prawo Daltona:

p = p_p + p^o (2)

gdzie: p - ciśnienie powietrza wilgotnego, Pa

pp - ciśnienie cząstkowe powietrza suchego, Pa p_o - ciśnienie cząstkowe pary wodnej, Pa.

Tabela 3. Podstawowe parametry powietrza wilgotnego

wielkość symbol,

jednostka opis

temperatura (termometru suche- go)

t_s ,°C

wielkość fizyczna, opisująca stan termodyna- miczny powietrza, mierzona suchym termomet- rem, osłoniętym od promieniowania cieplnego

temperatura (termo-

metru mokrego) tm ,°C

wielkość fizyczna, opisująca stan powietrza po- zostającego w równowadze termodynamicznej z wodą; mierzona termometrem o bańce zwilżonej czystą wodą, bez wpływu promieniowania ciepl- nego

temperatura punktu rosy, punkt rosy

t_r, °C

tr=14,63 ln(po/600,245)

stan powietrza osiągnięty w trakcie jego ochła- dzania przy stałej zawartości wilgoci x, w którym pojawia się skroplona woda w stanie ciekłym, pochodząca z pary zawartej w powietrzu;

temperatura powietrza, przy której osiąga się ten stan
temperatura punktu rosy

wilgotność

bezwzględna

ρ

wilgotność względna

on o

ρ ϕ= ρ ,

on o

p

= p

ϕ stosunek wilgotności bezwzględnej powietrza ρo

do wilgotności bezwzględnej powietrza nasyco- nego ρon w tej samej temperaturze

zawartość wilgoci x g/kg s.p.

masa pary wodnej w gramach lub kilogramach, przypadająca na jednostkę masy powietrza suchego

stopień nasycenia

powietrza x_n

= x

ψ stosunek zawartości wilgoci x w powietrzu do zawartości wilgoci xn w powietrzu nasyconym, w tej samej temperaturze

entalpia (powietrza

suchego) is.p.=cpt=1,005 t, kJ/kg strumień ciepła niezbędny do zmiany temperatu- ry powietrza od 0°C do dowolnej temperatury t

entalpia pary wodnej

i_o = r + c_o t_o = 2500 + 1,93 to,

kJ/kg

za poziom odniesienia entalpii pary wodnej przyjęto entalpię wody w fazie ciekłej w 0°C (w temperaturze tw=0°C entalpia wody w stanie ciekłym iw=0 kJ/kg), r=2500 kJ/kg - ciepło parowania (kondensacji)

entalpia (powietrza wilgotnego)

i = 1,005 t + (2500 + 1,93 t) x kJ/(1+x) kg s.p.

entalpia powietrza wilgotnego o zawartości wilgoci x i w temperaturze t jest sumą entalpii powietrza suchego w temperaturze t i ciepła potrzebnego do przemiany x kg wody o temperaturze 0°C na parę wodną o tej samej temperaturze.

gęstość powietrza

wilgotnego , T ( , x)

) x ( b

+

⋅

⋅ +

= ⋅

622 0 61 4 ρ 1

w zakresie temperatur i ciśnień spotykanych w technice wentylacyjnej gęstość powietrza jest praktycznie niezmienna i przyjmuje się zazwy- czaj ρp = 1,2 kg/m³

Tabela 4. Gęstość, ciśnienie cząstkowe pary wodnej, zawartość wilgoci w powietrzu przy ciśnieniu b = 1013,25 hPa

Temperatura Gęstość powietrza Ciśnienie cząstkowe pary wodnej

przy ϕ = 100%

Zawartość wilgoci przy ϕ = 100%

t ρρρρ p_on x

°C kg/m³ Pa mm sł. Hg g/kg s.p.

ϕ = 0 % ϕ = 50 % ϕ = 100 %

1 2 3 4 5 6 7

-20 1,396 1,395 102,6 0,77 0,63

-15 1,368 1,367 165,2 1,24 1,01

-10 1.342 1,341 259,8 1,95 1,60

-5 1,317 1,315 1,315 401,0 3,01 2,47

0 1,293 1,291 1,290 610,7 4,58 3,78

5 1,270 1,268 1,266 871,4 6,54 5,40

10 1,248 1,245 1,242 1227,1 9,21 7,63

11 1,243 1,240 1,237 1311,8 9,84 8,15

12 1,239 1,235 1,232 1401,6 10,52 8,75

13 1,235 1,231 1,228 1496,8 11,23 9,35

14 1,230 1,226 1,223 1597,7 11,99 9,97

15 1,226 1,222 1,218 1704,4 12,79 10,60

16 1,222 1,217 1,214 1817,4 13,63 11,40

17 1,217 1,212 1,208 1936,9 14,53 12,10

18 1,213 1,208 1,204 2063,2 15,48 12,90

19 1,209 1,204 1,200 2196,8 16,48 13,80

20 1,205 1,200 1,195 2337,8 17,53 14,70

21 1.201 1,194 1,190 2486,7 18,65 15,60

22 1,197 1,191 1,185 2643,9 19,83 16,60

23 1,193 1,186 1,181 2809,7 21,07 17,70

24 1,189 1,182 1,176 2984,6 22,38 18,80

25 1,185 1,177 1,171 3168,9 23,76 20,00

26 1,181 1,173 1,166 3363,0 25,21 21,40

27 1,177 1,169 1,161 3567,5 26,74 22,60

28 1,173 1,164 1,156 3778,8 28,35 24,00

29 1,169 1,160 1,151 4004,3 30,04 25,60

30 1,165 1,155 1,146 4242,6 31,82 27,20

31 1,161 1,151 1,141 4493,1 33,70 28,80

32 1,157 1,147 1,136 4754,2 35,66 30,60

33 1,154 1,143 1,131 5026,4 37,73 32,05

34 1,150 1,138 1,126 5318,6 39,90 34,40

35 1,146 1,134 1,121 5623,6 42,18 36,60

36 1,142 1,130 1,116 5940,6 44,56 38,80

37 1,139 1,125 1,111 6279,4 47,07 41,10

38 1,135 1,121 1,107 6624,5 49,69 43,50

39 1,132 1,116 1,102 6986,6 52,44 46,00

40 1,128 1,112 1,097 7375,3 55,32 48,80

41 1,124 1,108 1,091 7773,4 58,34 51,70

42 1,121 1,103 1,086 8198,7 61,50 54,80

43 1,117 1,099 1,081 8639,7 64,50 58,00

44 1,114 1,095 1,076 9100,6 68,26 61,30

45 1,110 1,090 1,070 9526,5 71,88 65,00

46 1,107 1,086 1,065 10086,8 75,56 68,90

47 1,103 1,081 1,059 10612,1 79,60 72,80

48 1,100 1,077 1,054 11159,4 83,71 77,00

49 1,096 1,073 1,048 11732,4 88,02 81,50

50 1,093 1,043 12332,2 92,51 86,20

55 1,076 1,013 15740.5 118,00 114,00

60 1,060 0,981 19920,5 149,40 152,00

65 1,044 0,946 25010,4 187,50 204,00

70 1,029 0,909 31160,9 233,70 276,00

75 1,014 0,868 38550,8 289,10 382,00

80 1,000 0,823 47360,4 355,10 545,00

85 0,986 0,773 57800,3 433,60 828,00

90 0,973 0,718 70110,8 525,8 1400,00

95 0,959 0,656 84530,9 633,9 3120,00

100 0,947 0,589 101325,0 760,00 -

Tabela 5 Wartości parametrów obliczeniowych powietrza wewnętrznego.

(wg normy PN-78/B-03421)

Okres zimowy Okres letni

Wilgotność względna Wartości optymalne Wartości dopuszczalne

Temperatura przy zyskach ciepła jawnego odniesionych do 1m² powierzchni

podłogi pomieszczenia lub strefy roboczej

Aktywność fizyczna Temperatura optymalna dopuszczalna minimalna Prędkość powietrza maksymalna Temperatura Wilgotność względna

do 50 W/m² ponad 50 W/m²

Prędkość powietrza maksymalna

^o C % m/s ^o C % ^o C ^o C m/s

Mała 20 - 22 40 - 60 30 0,2 23 - 26 40 - 55 tz + 3 tz + 5 0,3

Średnia 18 - 20 40 - 60 30 0,2 20 - 23 40 - 60 tz + 3 tz + 5 0,4

Duża 15 - 18 40 - 60 30 0,3 18 - 21 40 - 60 tz + 3 tz + 5 0,6

Tabela 6. Wartości najwyższych dopuszczalnych stężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy. (wybór)

Związki chemiczne

Najwyższe dopuszczalne stężenie wyrażone w mg/m³ w zależności od czasu narażenia w ciągu zmiany roboczej L.p. Nazwa czynnika szkodliwego dla zdrowia

NDS NDSCh NDSP Uwagi

1 2 3 4 5 6

1. Akroleina 0,2 0,5 -

2. Amoniak 20 27 -

3. Azotowy kwas 10 - -

4. Azotu tlenki 5 10 -

5. Benzen 10 40 - R,S

6. Benzyna ekstrakcyjna 500 1500 -

7. Benzyna do lakierów 300 900 -

8. Chlor 1,5 9 -

9. Chloru dwutlenek 0,3 0,9 -

10. Chlorobenzen 50 150 -

11. Chloroform 50 225 -

12. Chlorowodór 5 - 7

13. Chromiany 0,1 0,3 R¹⁾

14. Cyjanowodór i cyjanki (w przeliczeniu na HCN) 0,3 - 10 S²⁾ 15. Cynku tlenek (w przeliczeniu na Zn) - dymy 5 10 -

16. Czterochloroetylen (perchloroetylen) 60 480 -

17. Dioksan (dwutlenek dwuetylenu) 10 80 - S

18. Etylenu tlenek 1 3 -

19. Etylobenzen 100 350 - S

20. Etylu octan 200 600 - S

21. Formaldehyd 0,5 1 -

22. Fosgen 0,5 1,5 -

23. Kadm i jego związki (w przeliczeniu na Cd)

24. Ksylen 100 350 - S

25. Metylowy alkohol 100 300 - S

26. Nafta 100 300 -

27. Nikotyna 0,5 1,5 - S

28. Octowy kwas 5 35 -

29. Ołów i jego związki (w przeliczeniu na Pb) 0,05 0,4 -

30. Ołowiu czteroetylek 0,05 0,1 - S

31. Ozon 0,1 0,6 -

32.

Rtęć i jej związki (w przeliczeniu na Hg):

organiczne nieorganiczne pary rtęci

0,01 0,05 0,025

0,03 0,15 0,2

- - -

S S S

33. Siarki dwutlenek 2 5 -

34. Siarkowodór 10 20 -

35. Styren 50 200 -

36. Toluen 100 350 - S

37. Trójchlorobenzen 10 - 40

38. Trójchloroetylen 50 400 -

39. Trójnitrotoluen (TNT) 1 3 - S

40. Węgla dwusiarczek 18 30 - S

41. Węgla tlenek 30 180 -

42. Żelaza tlenki (w przeliczeniu na Fe) - dymy 5 10 -

43. Etylenowy glikol 15 50 -

44. Hydrazyna 0,05 0,1 -

45. Benzo(a)piren 0,002 - -

46. Węgla dwutlenek 9000⁴⁾ 27000⁴⁾ -

Pyły

Najwyższe dopuszczalne stężenie L.p. Nazwa czynnika szkodliwego dla zdrowia

mg/m³ włókien w cm³

Uwagi 1. Pyły zawierające wolną krzemionkę powyżej 50%

pył całkowity pył respirabilny⁵⁾

2,0 0,3

- - 2. Pyły zawierające azbest

pył całkowity

włókna o długości powyżej 5µm

1,0 -

- 0,5

R R 3. Pyły organiczne pochodzenia roślinnego i

zwierzęcego zaw. poniżej 10% wolnej krzemionki pył całkowity

pył respirabilny

zaw. powyżej 10% wolnej krzemionki pył całkowity

pył respirabilny

4 2 2 1

- -

4. Pył sadzy technicznej 4

5. Pyły drewna

− pyły drewna, z wyjątkiem pyłów drewna twardego (buk, dąb)

− pyły drewna twardego

− pyły drewna mieszane, zawierające pył drewna twardego

4 2 2

R R 6. Pyły cementów portlandzkiego i hutniczego

pył całkowity pył respirabilny

6 2 7. Pył sztucznych włókien mineralnych

pył całkowity pył respirabilny

4

2 1) dotyczy przetwórstwa rudy chromitowej

2) dotyczy cyjanowodoru 3) dotyczy 1, 1-dwuchloroetylenu

4) nie dotyczy środowiska w podziemnych wyrobiskach górniczych 5) frakcja pyłu przenikająca do pęcherzyków płucnych

R – substancja o udowodnionym epidemicznym działaniu rakotwórczym u ludzi S – substancja wchłaniana przez skórę.

Znak „-„ oznacza brak danych lub nie zachodzi konieczność oznaczania wartości najwyższego dopuszczalnego stężenia chwilowego lub progowego.