Psychrometrie: fyzika vlhkého vzduchu za vysoušením
Proč prádlo pověšené venku po letní bouřce schne jen pomalu, a za suchého větrného dne je hotové rychle? Teplota bývá v obou dnech podobná. Rozdíl dělá to, kolik vody už nese okolní vzduch, a jestli se kolem prádla hýbe.
Tahle každodenní zkušenost je celá psychrometrie v malém. A je to zároveň fyzika, na které stojí každé vysoušení stavby: mokrá zeď nebo potěr odevzdává vodu vzduchu podle stejných pravidel jako prádlo na šňůře. Kdo rozumí tomu, jak se voda chová ve vzduchu, ten pozná, kdy má smysl větrat, kdy nasadit vysoušeč a kdy topit. Tenhle článek je rozcestník: projdeme základní veličiny a odkážeme na hlubší výklad každé z nich.
Co je psychrometrie
Psychrometrie je podobor fyziky, který popisuje vlastnosti směsi vzduchu a vodní páry. Zní to akademicky, ale v praxi jde o jedinou otázku: kolik vody vzduch nese, kolik jí ještě unese a za jakých podmínek ji zase pustí.
Bez téhle znalosti se vysoušení dělá naslepo. S ní se dá proces řídit: víme, kdy by otevřené okno vlhkost ubralo a proč ho při běžícím vysoušeči přesto necháváme zavřené, proč někdy stačí ventilátory a jindy je nutné topit.
V českých učebnicích má psychrometrie svůj hlavní nástroj, Mollierův diagram. V anglosaské literatuře se stejné vztahy kreslí do psychrometrického diagramu. Je to jen jiné natočení os, fyzika za tím je totožná.
Relativní vlhkost: proč procenta klamou
Vlhkoměr na stěně ukazuje relativní vlhkost v procentech. Je to běžný údaj, ale taky pořádně zrádný.
Relativní vlhkost vyjadřuje, jak blízko je vzduch svému nasycení při dané teplotě: sto procent je strop, padesát polovina cesty k němu.
Háček je ve slově “při dané teplotě”. Padesát procent při 5 °C a padesát procent při 25 °C nejsou stejné množství vody, ani náhodou. Teplejší vzduch má strop mnohem výš, a stejné procento u něj proto znamená mnohem víc reálné vody.
Proto se podle samotných procent nedá rozhodnout, jestli je vzduch “suchý”, nebo “mokrý”. Dva vzorky se stejným číslem na displeji mohou nést úplně jiné množství vody. Podrobně tenhle rozdíl rozebíráme v článku relativní vs. absolutní vlhkost.
Absolutní vlhkost: kolik vody vzduch opravdu nese
Absolutní vlhkost je údaj, který relativní procenta doplňuje o realitu. Udává, kolik gramů vody skutečně připadá na kilogram suchého vzduchu. Přesně vzato se tomuto údaji v technice říká měrná vlhkost; jako absolutní vlhkost se odborně označuje množství vody v krychlovém metru vzduchu (g/m3), jak uvádí i TZB-info v přehledu veličin. V běžné řeči se oba pojmy zaměňují. Podstatné je, že oba udávají skutečné množství vody ve vzduchu, ne poměr.
Pro představu: pokojový vzduch o 21 °C a padesáti procentech obsahuje asi 7,8 g vody v každém kilogramu, tedy zhruba půldruhé čajové lžičky.
Pro vysoušení je tohle číslo důležitější než procenta. Když srovnáváme vzduch venku a uvnitř, rozhoduje absolutní vlhkost, ne relativní. Jen tak poznáme, kterým směrem voda poteče, když otevřeme okno.
Během vysoušení se ale okna nechávají zavřená. Kondenzační vysoušeč už vzduch v místnosti vysušil a otevřené okno by ho vyměnilo za venkovní vzduch, který nikdo neupravil. V chladném období by navíc místnost vychladla a odpařování by se zpomalilo. Jedno krátké vyvětrání nevadí, pro plnou účinnost se ale nevětrá.
Kolik vody unese vzduch: kapacita a teplota
Klíč k celé psychrometrii je jednoduchý: teplý vzduch pojme mnohem víc vody než studený. Chová se jako houba, která se s rostoucí teplotou zvětšuje.
Orientačně to vypadá takto:
| Teplota vzduchu | Maximum vodní páry (přibližně) |
|---|---|
| 5 °C | ~7 g na m3 |
| 20 °C | ~17 g na m3 |
| 30 °C | ~30 g na m3 |
Pro pořádek k jednotkám: tabulka udává maximum, které se vejde do krychlového metru vzduchu (g/m3). Dřívějších 7,8 g je naproti tomu skutečný obsah vody v kilogramu vzduchu při 50 % (g/kg). Kilogram vzduchu zabírá zhruba 0,8 m3, takže při převodu mezi g/kg a g/m3 se čísla liší asi o pětinu.
Chladný vzduch proto pojme jen málo vody, i při vysokém procentu na vlhkoměru. Díky tomu v mrazu často sníží vlhkost v bytě i obyčejné vyvětrání, přestože venku je “vlhko”: studený vzduch po ohřátí uvnitř má obrovskou rezervu a vlhkost do sebe nasaje.
A naopak: když se teplý nasycený vzduch ochladí, jeho houba se zmenší a přebytečná voda musí ven. Tak vzniká kondenzace. Podrobněji se kapacitě věnuje článek kolik vody unese vzduch.
Rosný bod: kdy vzduch začne kondenzovat
Rosný bod je teplota, při které daný vzduch dosáhne sto procent nasycení a začne srážet vodu. Je to přímý důsledek křivky z předchozí sekce.
Příklad: při 20 °C a šedesáti procentech relativní vlhkosti leží rosný bod okolo 12 °C. Jakmile se jakýkoli povrch v místnosti ochladí pod 12 °C, začne se na něm srážet voda. Pro jiné kombinace teploty a vlhkosti si rosný bod snadno dopočítáte v kalkulačce na TZB-info.
V budově kondenzuje voda vždycky na nejchladnějších místech: na sklech oken, v rozích u obvodových stěn, na tepelných mostech, na stěnách pod úrovní terénu. Stačí, aby byl povrch chladnější než rosný bod vzduchu kolem něj.
Odsud vede přímá čára k praktickým problémům. Fyziku rosného bodu do hloubky rozebírá samostatný článek o rosném bodu, co s orosenými okny doma pak řeší návod o rosení oken.
Mollierův diagram: všechno v jednom grafu
Veličiny výše spolu souvisejí. Když znáte dvě z nich, ostatní se dají dopočítat. Přesně to dělá Mollierův diagram: je to graf, ze kterého se dá odečíst teplota, relativní i absolutní vlhkost, rosný bod i entalpie najednou.
Entalpie je celková tepelná energie ukrytá v daném množství vlhkého vzduchu: součet tepla na jeho ohřátí a energie vázané ve vodní páře. Pro vysoušení je podstatná proto, že odpaření vody spotřebuje překvapivě hodně energie, takzvané latentní teplo, a právě to entalpie zachycuje. Vysvětluje, proč odpaření vody z materiálu spotřebuje tolik energie a proč teplo celý proces urychlí.
Mollierův diagram (osy měrné vlhkosti a entalpie) i anglosaský psychrometrický diagram zobrazují tytéž vztahy. Odborný a recenzovaný výklad obou najdete v článku Teorie vlhkého vzduchu na TZB-info. Jak diagram číst krok za krokem, ukážeme na řešených příkladech v článku o Mollierově diagramu.
Proč na tom stojí vysoušení
Vysoušení není nic jiného než řízené odpařování vody z materiálu do vzduchu a její odvedení pryč. Aby se voda z cihly nebo z potěru odpařila, musí platit jedno pravidlo: tlak vodní páry v materiálu musí být vyšší než ve vzduchu kolem. Voda vždy teče od vyššího tlaku k nižšímu.
Z toho plynou tři páky, kterými se dá odpařování zrychlit:
- Teplo. Zahřátý materiál má vyšší tlak páry, takže z něj voda odchází ochotněji.
- Sušší vzduch. Kondenzační vysoušeč sníží vlhkost okolního vzduchu, čímž zvětší rozdíl tlaků.
- Proudění. Ventilátor odvádí nasycenou vrstvu vzduchu těsně nad povrchem a nahrazuje ji sušší. Bez toho by se odpařování u povrchu zastavilo.
Profesionální vysoušení tyhle tři páky kombinuje a jejich váhu mění podle fáze. Jak to vypadá v praxi u podlahy, kde voda sedí pod potěrem, ukazuje článek kudy vlhkost z podlahy odchází. Kdy pomáhá otevřené okno a kdy uzavřený prostor s vysoušečem, probírá článek vysoušet, nebo větrat.
Kam dál
Tenhle článek je úvod. Na jednotlivé veličiny navazují hlubší texty:
- Relativní vs. absolutní vlhkost: proč procenta na vlhkoměru klamou a co řídit místo nich.
- Kolik vody unese vzduch: kapacita vzduchu, teplota a křivka nasycení.
- Rosný bod: kdy a kde v budově vzduch začne kondenzovat.
- Mollierův diagram: jak z jednoho grafu přečíst všechny veličiny naráz.
Teorie pomáhá čísla číst, ale nejdřív je potřeba je získat. Jak na místě měříme vlhkost zdí a podlah, popisuje služba měření vlhkosti. Bez měření se o vysoušení jen hádá.