O vlhkosti a jej vplyve už počul asi každý z nás. Nadmerná vlhkosť je jedna strana mince, ktorá poškodzuje najmä majetok a ohrozuje zdravie. Na stranu druhú, nášmu zdraviu škodí aj príliš suchý vzduch. Udržať optimálnu hladinu vodnej pary vo vzduchu je preto pomerne komplikované. V tomto náročnom boji nám môžu pomôcť najmä odvlhčovače vzduchu. Okrem vlhkosti zohráva kľúčovú úlohu v atmosfére aj tlak ovzdušia, ktorý je taktiež neoddeliteľnou súčasťou pochopenia počasia a nášho prostredia.
Vlhkosť vzduchu
Vlhkosť je množstvo vodnej pary obsiahnuté vo vzduchu v danom okamihu. Je jednou z najdôležitejších vlastností zemskej atmosféry, pretože ovplyvňuje povahu počasia. Rosu, hmlu alebo zrážky má na starosti práve humidita. Vo vzduchu ju ale neuvidíme ako kvapôčky vody, pretože sa vyskytuje vo forme odparenej pary, je tak priehľadná a pre naše oči takmer neviditeľná.
Obsah „vody vo vzduchu“ môžeme vyjadriť niekoľkými spôsobmi, a to tlakom pary, rosným bodom a relatívnou vlhkosťou. Vodná para môže do ovzdušia prúdiť pri určitej teplote len dovtedy, pokiaľ sa vzduch nenasýti. Ak nie je vo vzduchu množstvo vodnej pary potrebné na jeho nasýtenie, udržiava sa vzduch v nenasýtenom stave. Z termodynamického hľadiska nazývame tento stav nerovnovážny.
Typy merania vlhkosti
Existuje niekoľko druhov vlhkosti, ktoré môžeme merať: absolútna, relatívna a špecifická vlhkosť. Vzduch, ktorý neobsahuje žiadnu vodnú paru, sa nazýva suchý vzduch; vzduch s obsahom vodnej pary sa označuje ako vlhký vzduch.
Absolútna vlhkosť
Absolútna vlhkosť, niekedy tiež označovaná ako vlhkostný pomer, predstavuje celkový obsah vodnej pary v atmosfére. Je tak dôležitým ukazovateľom, pretože nám poskytuje predstavu o stave a vlastnostiach vzdušných hmôt. Zobrazuje skutočné množstvo vodnej pary, ktorým je schopné nasýtiť vzduch. Je to hmotnosť vodných pár v objeme vlhkého vzduchu. Meria sa v jednotkách [g/m³] alebo [kg/m³]. Absolútna vlhkosť sa odvodzuje od mernej vlhkosti a hustoty vzduchu a je potrebné túto hodnotu odlíšiť najmä od relatívnej vlhkosti.
Relatívna vlhkosť
Relatívna vlhkosť je pomer obsahu vlhkosti vzduchu vzhľadom na množstvo vlhkosti pri danej teplote. Ide teda o pomer tlaku pár k tlaku nasýtených pár. Tento pomer sa spravidla udáva v percentách. Neudáva obsah vlhkosti vzduchu, ak nie je doprevádzaná teplotou vzduchu. Ak dôjde k zvýšeniu teploty, relatívna vlhkosť klesá, a naopak. Vzduch, ktorý je najbližšie k povrchu Zeme, je najhustejší a má najväčší tlak. Optimálna hodnota relatívnej vlhkosti, ktorá utvára príjemnú klímu a pocit pohody v domácnosti, sa tak pohybuje medzi 40 až 60 %. Vyššia alebo nižšia vlhkosť môže mať zásadný vplyv na kvalitu obytného prostredia. Najpríjemnejšia vlhkosť vzduchu pre človeka je pri hodnote relatívnej vlhkosti 50-60 %.
Pomer vlhkosti je pomer vzduchu a vody vo vzduchu. Je logické, že čím viac vodnej pary je vo vzduchu, tým je vyššia vlhkosť. Predstavme si vzduch ako nafúknutý balónek a odparené kvapky vody ako guličky. Merná vlhkosť vzduchu hovorí, koľko gramov vody sme „nastrkali“ do jedného kilogramu vzduchu. Relatívna vlhkosť vzduchu (udávaná v %) vyjadruje, ako tesne sú guličky v balóniku nastrkané, čiže z koľkých percent je náš balónek naplnený. Ak guličiek do rovnako veľkého balónika nastrkáme viac, bude relatívna vlhkosť logicky vyššia.
Počasie 101: Vlhkosť VS Rosný bod
Špecifická vlhkosť
Špecifická vlhkosť je hmotnosť vodných pár pripadajúcich na jednotku hmotnosti suchého vzduchu. Merná vlhkosť sa tak vzťahuje na množstvo vzduchu nasýteného vodnou parou oproti suchému vzduchu v stanovenom objeme. Od relatívnej vlhkosti sa líši špecifická vlhkosť najmä tým, že zostáva spravidla konštantná, teda je nemenná bez ohľadu na tlak či teplotu. Meria sa v jednotkách [kg/kgA]. Vzhľadom k nízkym radom sa skôr používajú jednotky [g/kgA]. Spolu s relatívnou vlhkosťou je toto určenie vlhkosti vzduchu vo vzduchotechnike najbežnejšie.
Rosný bod a kondenzácia
V prípade relatívnej vlhkosti je tiež dôležité spomenúť rosný bod. To je teplota, pri ktorej je vzduch maximálne nasýtený vodnými parami - teda vzduch dosiahne relatívnu vlhkosť 100 %. Pri ďalšom ochladzovaní začína vodná para kondenzovať. V takom prípade dochádza ku kondenzácii prebytočnej vlhkosti a vzniká hmla, mraky alebo sa zráža voda na oknách. Čím viac je vodnej pary vo vzduchu, tým vyššia je teplota rosného bodu - aby nedošlo ku kondenzácii, musí mať vzduch vyššiu teplotu. Príkladom môže byť sprchovanie, kedy stúpa teplota aj vzdušná vlhkosť v kúpeľni, a tým sa zvyšuje hodnota rosného bodu. Akonáhle rosný bod dosiahne teplotu povrchu nejakého predmetu v miestnosti, začne na ňom kondenzovať voda.
Ak guličky do balónika stále pribúdajú (stále dodávame vlhkosť dýchaním, varením, umývaním atď.), už ich nemôžeme dostať do balónika. Ak veľký balónek napríklad z polovice naplnený guličkami zmenšíme (vzduch, ktorý máme v miestnosti, sa ochladí), guličky, hoci by sme nepridali ani jedinú, sa teraz do zmenšeného balónika nezmestia a vysypú sa von - voda nám začne kondenzovať, meniť svoj stav z plynného na kvapalný.
Teplota vzduchu nie je v celej miestnosti rovnaká. Všade, kde sa vzduch v interiéri stretáva s chladným povrchom, je prirodzene chladnejší. A je mu úplne jedno, či ide o fľašu vychladeného piva, na ktorej povrchu bude kondenzácia príjemná, alebo či pôjde o chladný roh okna či miestnosti, prípadne nedostatočne prehrejatú stenu za zavesenou kuchynskou skrinkou. Spóry húb a plesní nám lietajú vzduchom spolu s prachom a usadzujú sa aj na všetkých povrchoch okolo nás, v snahe šíriť svoj druh. Vlhkosť teda umožní rýchly rast týchto rastlín. Všade, kde je vo stavbe vlhkosť, je aj riziko vzniku plesní a ich ďalšieho množenia.
Ďalšie možnosti určenia vlhkosti vzduchu
Okrem absolútnej, relatívnej a špecifickej vlhkosti sú ďalšími možnosťami určenia vlhkosti vzduchu teplota rosného bodu (tDP) a teplota mokrého teplomera (tWB). Teplota rosného bodu je teplota, pri ktorej je vzduch nasýtený a pri ďalšom ochladzovaní začína vodná para kondenzovať. Teplota mokrého teplomera je taká teplota vody, pri ktorej je teplo potrebné k vypařování vody do vzduchu odoberané prestupom tepla konvekciou z okolného vzduchu (pri izobarickom deji). Je tiež označovaná ako medzná teplota adiabatického chladenia.
Vplyv vlhkosti na zdravie a materiály
Humidita má okrem počasia taktiež vplyv na naše zdravie alebo na stavebné materiály. Nadmerná alebo naopak príliš nízka vlhkosť môže spôsobovať celý rad problémov - od plesní na stenách, zvýšeného výskytu roztočov, skrútených dvierok od skrinky v kúpeľni, až po vznik alergií alebo problémov s dýchaním. Nízka vlhkosť vzduchu, špecifická vlhkosť a chladné počasie môžu viesť k suchým atmosférickým podmienkam. Je preto vhodné udržiavať optimálnu vlhkosť vzduchu vo vašom interiéri.
Na ľudské zdravie nepriaznivo vplýva vysoká aj nízka vlhkosť vzduchu. Všeobecne sa uznáva, že ideálne podmienky pre zdravie a pohodlie ľudí predstavujú teploty medzi 20 - 25 °C a relatívnu vlhkosť medzi 40 - 60 % - podmienky mimo tohto rozsahu môžu byť škodlivé.
- Keď teplota stúpa, ľudské telo je schopné reflexívne odvádzať teplo potením. Pot vytlačený z pórov v tele sa odparuje a mieša so vzduchom. Pri vyparovaní odoberá teplo z ľudského tela a ochladzuje nás.
- Počas letných mesiacov, najmä v pobrežných oblastiach, kde je relatívna vlhkosť vysoká, vzduch už zadržiava dostatok vodnej pary. Pot, ktorý ľudské telo vydáva na ochladenie, sa odparuje pomalšie, ako je potrebné, alebo sa neodparuje vôbec. Teplo, ktoré sa nedá vypudiť, zvyšuje teplotu vnímanú ľudským telom.
- Vysoká vlhkosť prispieva k všeobecnému nepohodliu a je známe, že spúšťa choroby, ako je astma, srdcové zlyhanie, straty sodíka a iné ochorenia.
- Je dôležité si uvedomiť, že nízka vlhkosť vzduchu má nepriaznivé účinky aj na ľudský život.
Meranie a regulácia vlhkosti
Hladinu relatívnej vlhkosti vo vašom byte môžete sledovať aj za pomoci vlhkomeru. Ten vás včas upozorní na zmeny vzdušnej vlhkosti. Studený vzduch vonku v zime má v sebe obsažené (hmotnostne) málo vody, ale jeho relatívna vlhkosť vonku (v percentách) je vysoká. Pustíme ho dnu rýchlym intenzívnym vyvetraním (aby sa vymenil len vzduch a nezačali nám chladnúť naakumulované podlahy či steny). S týmto problémom však môžete predísť s odvlhčovačom vzduchu.
Chod vlhkosti vzduchu
Obsah vodnej pary je ovplyvnený najmä výparom z povrchu zeme a prenosom vodných pár do vyšších vrstiev ovzdušia. Relatívnu vlhkosť ovplyvňuje predovšetkým chod teploty. Výkyvy charakteristík vlhkosti vzduchu vo všeobecnosti súvisia s periodickými zmenami teploty vzduchu. Ak zohrejeme v zime chladný vzduch na príjemnú teplotu, aj pri konštantnom množstve vodných pár vo vzduchu, klesne jeho relatívna vlhkosť. Je to zapríčinené tým, že pri vyššej teplote dokáže vzduch pohltiť väčšie množstvo vodných pár.
Denný chod relatívnej vlhkosti má typicky minimum pred východom slnka a maximum medzi 13. a 15. hodinou. Od východu slnka sa pôda ohrieva (okolo 8. - 10. hod.), zväčšuje sa výpar a napätie vodnej pary pri zemskom povrchu vzrastá. S narastajúcou teplotou sa zosilňujú konvekčné prúdy. Pri konvekcii sa vodné pary rýchlo premiestňujú od zemského povrchu do výšok. Prebiehajúci výpar nie je schopný doplniť vzniknutú „stratu“, v dôsledku čoho obsah vodných pár klesá k druhému minimu (okolo 15. - 16. hod.). V čase približne 20. - 21. hod. vzniká druhé maximum, ktoré má za následok stále prebiehajúci a dostatočne veľký výpar zo zohriateho povrchu. So vzrastajúcou teplotou vzduchu rastie napätie vodnej pary e a tiež napätie nasýtenej vodnej pary E. Napätie nasýtenej vodnej pary však rastie oveľa rýchlejšie než napätie vodnej pary, čím sa ich pomer, t.j. relatívna vlhkosť, znižuje.
Tlak ovzdušia (Atmosférický tlak)
Atmosféra je plynný obal, ktorý obklopuje Zem. Zem je obklopená hrubou vrstvou vzduchu, ktorá sa nazýva atmosféra. Nad každým štvorcovým metrom zemského povrchu sa nachádza približne 10 ton vzduchu. Tento vzduch vyvíja tlak a vytvára tlak na všetky telesá na Zemi, ktorý sa nazýva atmosférický tlak.
Vrchné vrstvy vzduchu stláčajú spodné vrstvy. Čím viac vzduchu je nad daným miestom, tým väčší je atmosférický tlak. Vzduch, ktorý je najbližšie k povrchu Zeme, je najhustejší a má najväčší tlak. Atmosférický tlak sa neustále mení.
Tlak a bod varu
Tlaková sila (tlak) je sila, ktorou teleso pôsobí na podložku. Teplota, pri ktorej kvapalina vrie a začína sa meniť z kvapalného skupenstva na plynné skupenstvo v celom svojom objeme, sa nazýva bod varu. Tlak pár sa vtedy vyrovná s tlakom okolia. Čím vyšší je atmosférický tlak v danom mieste, tým vyšší je bod varu. Pri vare sa v celom objeme kvapaliny tvoria bubliny, ktoré sa dostanú na povrch len vtedy, ak tlak v nich mierne prevyšuje okolitý atmosférický tlak.
Vo veľkých výškach je atmosférický tlak nižší a voda vrie pri nižšej teplote. V tomto prípade potrebujú molekuly kvapaliny menej energie (teda nižšiu teplotu) na oddelenie od jej povrchu, čím sa var začína pri nižšej teplote. Napríklad v Alpách alebo Himalájach je bod varu 85 °C. V kuchyni používame tlakový hrniec, v ktorom sa vytvára vyšší ako atmosférický tlak, čo umožňuje varenie pri vyšších teplotách a tým aj rýchlejšie varenie.
Meranie atmosférického tlaku
Jednotkou tlaku prijatou v Medzinárodnej sústave jednotiek (SI) je pascal (Pa), pomenovaná na počesť francúzskeho fyzika a matematika Blaise Pascala. Parciálny tlak sýtej pary p''V je závislý iba na teplote.
Na meranie atmosférického tlaku sa používajú rôzne prístroje:
- Ortuťový barometer - klasický typ prístroja, ktorý v roku 1644 vynašiel taliansky vedec Evangelista Torricelli. Je to sklenená trubica naplnená ortuťou a s vákuom v hornej časti. Spodný koniec trubice je otvorený a ponorený do nádoby s ortuťou. Stupnica umiestnená vedľa ortuťovej trubice ukazuje atmosférický tlak v milimetroch ortuti.
- Aneroidný barometer (aneroid) - dnes najčastejšie používaný barometer. Jeho hlavnou časťou je hermeticky uzavretá kovová vákuová škatuľa. Sila tlaku vzduchu pôsobí na pružné steny škatule zvonku. Proti nej pôsobí tlaková sila stlačenej pružiny v prístroji.
- Výškomer - používa sa na meranie nadmorskej výšky miesta. Funguje na princípe aneroidu a meria zmeny tlaku. Na základe týchto zmien prístroj vypočíta a zobrazí, v akej nadmorskej výške sa nachádzate.
Význam merania atmosférického tlaku
Meranie atmosférického tlaku poskytuje cenné informácie v mnohých oblastiach ľudskej činnosti a pomáha nám predpovedať rôzne prírodné javy:
- Na vypracovanie krátkodobých a dlhodobých predpovedí počasia. Zmeny atmosférického tlaku úzko súvisia s mnohými poveternostnými javmi - zrážkami, mrakmi, búrkami, hurikánmi atď.
- Zabezpečiť bezpečnosť letu, nastavením výšky letu tak, aby sa predišlo turbulenciám.
Vplyv atmosférického tlaku na zdravie
- Nízky atmosférický tlak môže spôsobovať bolesti hlavy, únavu a vyčerpanie, bolesti svalov a kĺbov, dýchacie ťažkosti (u ľudí s astmou a inými ochoreniami dýchacích ciest), problémy so spánkom a srdcové problémy.
- Vysoký atmosférický tlak je pre ľudí priaznivejší, pretože sa spája s menším množstvom zrážok a menšími zmenami počasia.