Psychrometrie: fyzika vlhkého vzduchu za vysoušením
Vezměte lahev z lednice a nechte ji stát na stole. Za chvíli je celá orosená, i když z ní žádná voda neteče. Ta voda přišla ze vzduchu v místnosti. Studený povrch ochladil vzduch kolem sebe natolik, že už neudržel svou vodní páru a ta se srazila zpět na kapky.
Tenhle jev je celá psychrometrie v malém. A je to zároveň fyzika, na které stojí každé vysoušení stavby. 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, proč se v jednom případě otevřou okna a v druhém se prostor naopak uzavře, 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 říká, jak je vzduch nasycený vůči svému maximu při dané teplotě. Sto procent znamená, že už další vodu neunese. Padesát procent znamená, že je nasycený z poloviny.
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 mnohem vyšší strop, takže stejné procento u něj znamená mnohem víc reálné vody.
Proto samotná procenta nestačí k rozhodnutí, 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.
Pro představu: vzduch o teplotě 21 °C a relativní vlhkosti 50 % nese zhruba 7,8 gramu vody na kilogram. To je zhruba půldruhé čajové lžičky vody rozptýlené v každém kilogramu vzduchu.
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.
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 | Přibližná kapacita vodní páry |
|---|---|
| 5 °C | ~7 g na m3 |
| 20 °C | ~17 g na m3 |
| 30 °C | ~30 g na m3 |
Pro pořádek k jednotkám: tahle tabulka udává vodu na krychlový metr vzduchu (g/m3), zatímco dřívějších 7,8 g bylo na kilogram vzduchu (g/kg). Obojí popisuje totéž, kolik vody vzduch reálně nese, jen vztažené na objem, respektive na hmotnost. Kilogram vzduchu je zhruba 0,8 m3, proto se čísla mírně liší.
Studený vzduch tedy unese málo vody, i když ukazuje vysoké procento. Proto větrání v mrazu často vlhkost sníží, 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. Detailně kapacitu vzduchu rozebírá 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: vzduch o teplotě 20 °C a relativní vlhkosti 60 % má rosný bod okolo 12 °C. Jakmile se jakýkoli povrch v místnosti ochladí pod 12 °C, začne se na něm srážet voda. Přesnou hodnotu pro konkrétní podmínky spočítá i kalkulačka rosného bodu 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. Přesně jako ta lahev z lednice.
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 se vlhký vzduch suší tak pomalu 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 podlah, ukazuje článek jak funguje vysoušení podlah. Rozhodnutí mezi větráním a uzavřeným vysoušením rozebírá 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.
Pokud řešíte konkrétní vlhkost ve stavbě a chcete ji změřit a vyhodnotit, podívejte se na naši službu měření vlhkosti. Měření je základ každého rozhodnutí o vysoušení: bez čísel se jen hádá.