Pochopenie problematiky rosenia na vnútornom (interiérovom) líci stavebnej konštrukcie - či už sú to okná, dvere alebo steny, sa úzko odvíja od znalosti stavebnej fyziky. „Máte vlhký vzduch,“ počujete asi často. Áno, zmierte sa s tým, v objekte na bývanie to tak bude vždy - čo to ale vlastne znamená?
Vlhkosť, množstvo vodnej pary vo vzduchu, je kritickým faktorom, ktorý ovplyvňuje počasie, pohodlie v interiéri, zdravie a mnohé priemyselné odvetvia. Vlhkosť je koncentrácia vodnej pary vo vzduchu, ktorá je plynnou formou vody a základnou zložkou zemskej atmosféry. Zohráva rozhodujúcu úlohu v podmienkach počasia, klímy a životných podmienok. Je jednou z najdôležitejších vlastností zemskej atmosféry, pretože ovplyvňuje povahu počasia. Rosa, hmla alebo zrážky, to všetko má na starosti humidita.
Zdroje vlhkosti v interiéri a exteriéri
Hľadajme najprv, kde sa berie voda vo vzduchu. Prvú príčinu neovplyvníme, voda vo forme vodnej pary je prirodzená súčasť našej atmosféry. Čiže vzduch do interiéru už vstupuje s nejakou vodou v sebe obsiahnutou. Ďalšiu vlhkosť do interiéru dodávame našou činnosťou - nepretržite dýchaním a odparom potu, ďalej pri kúpaní, varení, umývaní riadu, sušení bielizne, rastlinami a podobne.
Zjednodušený model pre pochopenie
Keďže sa stále dokola v praxi u verejnosti stretávame s nepochopením základných princípov, pokúsme sa vysvetliť problematiku celkom netradične na názornom modeli. Ide o zjednodušenie pre účely pochopenia správania vzduchu v interiéri. V našom demonštratívnom modeli bude každú odparenú kvapku demonštrovať gulička. Teraz si vzduch okolo nás predstavme ako nafúknutý balónik. Ďalším predpokladom pre pochopenie je, že voda má prirodzenú schopnosť sa odparovať, a to za každej teploty, pokiaľ k tomu okolitý vzduch je príhodný.
Animation - How Moisture Flows Through the Air
Základné pojmy a spôsoby vyjadrenia vlhkosti vzduchu
Obsah „vody vo vzduchu“ môžeme vyjadriť niekoľkými spôsobmi. Pochopenie týchto pojmov je rozhodujúce pre efektívne riadenie vplyvu vlhkosti. Vlhkosť vzduchu je obsah vody vo vzduchu (atmosfére). V atmosfére sa voda nachádza vo všetkých troch skupenstvách. Aj keď je vo vzduchu pomerne malé percento vodnej pary (0 až 4 objemové percentá), je jednou z najdôležitejších súčastí ovzdušia a má veľký význam pre tvorbu počasia. Vodné pary obsiahnuté vo vzduchu sú podmienkou pre vznik oblačnosti a zrážok. Vzduch, ktorý neobsahuje žiadnu vodnú paru, sa nazýva suchý vzduch, vzduch s obsahom vodnej pary vlhký vzduch.
Absolútna vlhkosť (hustota vodnej pary)
Absolútna vlhkosť sa vzťahuje na skutočné množstvo vodnej pary prítomnej v jednotke objemu vzduchu. Vyjadruje sa v gramoch na meter kubický (g/m³). Absolútna vlhkosť vzduchu (tiež hustota vodnej pary alebo merná hmotnosť vodnej pary) vyjadruje hmotnosť vodnej pary obsiahnutej v jednotke objemu vzduchu. Niekedy je 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. Absolútna vlhkosť tak zobrazuje skutočné množstvo vodnej pary, ktorým je schopný nasýtiť vzduch.
Relatívna vlhkosť
Relatívna vlhkosť je najbežnejšie používané meranie vlhkosti. Je to pomer aktuálneho množstva vodnej pary vo vzduchu k maximálnemu množstvu, ktoré vzduch dokáže zadržať pri danej teplote. Vyjadruje sa v percentách (%). Relatívna vlhkosť vzduchu (udávaná v %) vyjadruje, ako tesne sú guličky v balóniku nastrkané, čiže z koľkých percent je náš balónik naplnený.
- Ak ich do balónika nastrkáme menej, bude relatívna vlhkosť menšia.
- Ak guličiek do rovnako veľkého balónika nastrkáme viac, bude relatívna vlhkosť logicky vyššia.
Ako strkáme guličky do balónika, nech už akokoľvek veľkého, zvyšuje sa nám miera naplnenia balónika guličkami (zvyšuje sa relatívna vlhkosť). Mierou nasýtenia vzduchu vodnou parou je relatívna vlhkosť. Je to pomer medzi skutočným obsahom vodnej pary a maximálnym množstvom obsahu pary pri dennej teplote. Relatívna vlhkosť je percentuálny pomer medzi množstvom vodnej pary vo vzduchu a množstvom vodnej pary potrebnej na nasýtenie vzduchu. Neudáva tak obsah vlhkosti vzduchu, ak nie je doprevádzaná teplotou vzduchu. Ak dôjde k zvýšeniu teploty, relatívna vlhkosť klesá, a naopak.
Relatívna vlhkosť vzduchu pri 100 % znamená, že je vzduch vodnou parou nasýtený. Táto situácia vzniká bežne pri hmlách.
Merná (špecifická) vlhkosť
Merná vlhkosť vzduchu hovorí, koľko gramov vody sme nastrkali do jedného kilogramu vzduchu - čiže koľko guličiek sme pozbierali v našej miestnosti. Špecifická vlhkosť je pomer hmotnosti vodnej pary k celkovej hmotnosti vlhkého 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. Spolu s relatívnou vlhkosťou je toto určenie vlhkosti vzduchu vo vzduchotechnike najbežnejšie.
Udáva hmotnosť vodnej pary v kg, pripadajúca na 1 kg suchého vzduchu [kg/kgA]. Vzhľadom na nízke rády sa skôr používajú jednotky [g/kgA].
Rosný bod
Rosný bod je teplota, pri ktorej je vzduch maximálne nasýtený vodnými parami - teda vzduch dosiahne relatívnu vlhkosť 100 %. Je to teplota, pri ktorej sa vzduch nasýti vodnou parou, čo spôsobí kondenzáciu. Rosný bod je teplota, pri ktorej je vzduch vodnou parou nasýtený a vodná para, ktorá sa nachádza v nej, sa začína zrážať, pretože vzduch môže za určitej teploty prijať len určité množstvo vodnej pary. Pri ochladení pod rosný bod začína prebytočná vodná para kondenzovať - skvapalňovať a chladné predmety sa vylúčenou vodou zo vzduchu zarosia. Tu vznikol názov teploty rosného bodu - rosný bod.
Takto vzniká rosa, hmla, oblaky. 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.
Parciálny tlak vodnej pary
Ďalšími možnosťami určenia vlhkosti vzduchu sú parciálny tlak vodnej pary. Parciálny tlak sýtej pary p"V je závislý iba na teplote. Napríklad pre vlhký vzduch o teplote t = 20 °C, relatívnej vlhkosti φ = 50 % a tlaku p = 98 kPa platí, že parciálny tlak vodnej pary je pV = 1,17 kPa. Tlak suchého vzduchu teda bude pA = 96,83 kPa. Sytostný doplnok je daný rozdielom maximálneho tlaku vodnej pary pri danej teplote a skutočným tlakom vodnej pary pri tej istej teplote.
Vzájomný vzťah teploty a vlhkosti
Množstvo vlhkosti, ktorú môže vzduch pohltiť, závisí od jeho teploty. S narastajúcou 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, mení. Platí tu úmera: čím vyššia je teplota, tým viac je vzduch schopný pojmúť vodných pár.
Vzhľadom na to, že množstvo sýtych pár závisí predovšetkým na teplote vzduchu, mení sa relatívna vlhkosť vzduchu s jeho teplotou aj napriek tomu, že absolútne množstvo vodných pár zostáva rovnaké. 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.
Kondenzácia a rosenie
Kondenzácia je vlastne prechod z plynného stavu vody vo vzduchu do kvapalného skupenstva. Dochádza k nej v tom prípade, keď je vzduch nasýtený vodnou parou a relatívna vlhkosť je 100 %. Ako strkáme guličky do balónika, ať už akokoľvek veľkého, zvyšuje sa nám miera naplnenia balónika guličkami (zvyšuje sa relatívna vlhkosť). A keďže guličky do balónika cpeme, dokiaľ môžeme (voda sa prirodzene vypaľuje, pokiaľ to stav vzduchu dovoľuje) zákonite musíme dôjsť do stavu, kedy už sa nám do balónika nevojde ani jediná gulička.
Ak však guličky stále pribúdajú (stále dodávame vlhkosť dýchaním, varením, umývaním atď.), už ich nemôžeme dostať do balónika. Teraz je asi jasné, čo sa stane, keď veľký balónik, 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 nevojdú a vysypú sa von - voda nám začne kondenzovať, meniť svoj stav z plynného na kvapalný.
A kde sa to v miestnosti deje? 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, poprípade nedostatočne prehrejatú stenu za zavesenou kuchynskou skrinkou.
Je zvláštnym prípadom vertikálneho rozloženia teploty vzduchu, pri ktorom v určitej vrstve atmosféry teplota s výškou stúpa, tzv. inverzia. Vo spodných vrstvách atmosféry do 100 km výšky teplota vzduchu s výškou obyčajne klesá. Pretože v danom prípade je to obrátené, hovorí sa tomu inverzia. Prízemná inverzia - začína bezprostredne u zemského povrchu a končí vo výške, kde už teplota vzduchu ďalej nerastie.
Vplyv vlhkosti na zdravie a stavebné konštrukcie
O vlhkosti a jej vplyve asi počul už každý z nás. Nadmerná vlhkosť je jedna strana mince, ktorá poškodzuje najmä majetok a ohrozuje zdravie, ale na stranu druhú nášmu zdraviu škodí aj príliš suchý vzduch. Vlhkosť je základným aspektom zemskej atmosféry, ktorá ovplyvňuje počasie, zdravie, pohodlie a rôzne priemyselné odvetvia. Hoci sa vodná para vo vzduchu neuvidí ako kvapôčky vody, pretože sa vyskytuje vo forme odparenej pary, je tak priehľadná a pre naše oči takmer neviditeľná. Avšak humidita má okrem počasia taktiež vplyv na naše zdravie alebo na stavebné materiály.
- Vysoká vlhkosť: Sťažuje odparovanie potu, čo vedie k pocitu lepkavosti a nepohodlia. Zvyšuje riziko chorôb súvisiacich s teplom, ako je vyčerpanie z tepla a úpal. Kdekoľvek sa vlhkosť dlhšie drží, začne sa prebúdzať život, ktorý tam roky spal a čakal na vhodnú príležitosť. Spóry húb a plesní nám lietajú vzduchom spolu s prachom a ulpievajú aj na všetkých povrchoch okolo nás. Vlhkosť teda umožní rýchly rast týchto rastlín. Všade, kde je vo stavbe vlhkosť, je aj riziko vzniku plesní a ich ďalšie množenie. Plesne alebo zatuchliny vydávajú nepríjemný zápach. Akonáhle sa niekde zráža vlhkosť, môže dôjsť ku škodám na stavbách alebo materiáli (napr. vlhkosť vedie k plesniam a zatuchlinám).
- Nízka vlhkosť: Spôsobuje suchú pokožku, popraskané pery a podráždenie dýchacích ciest. Svrbí pokožka, páli oči, bolí hlava a človek sa cíti unavený. Suchý vzduch oslabuje imunitný systém, vysušuje sliznice, čo vedie k častejším infekciám dýchacích ciest, nádche a zápalu vedľajších dutín. Pri kúrení v zime trpia ľudia často príznakmi vysušenia, pretože teplý vzduch má veľmi nízku relatívnu vlhkosť. Nízka vlhkosť taktiež zvyšuje prašnosť v interiéri a vytvára dodatočné čiastočky prachu.
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. Všetky hygroskopické materiály (ktoré pohlcujú alebo uvoľňujú vlhkosť) sa snažia o rovnováhu s vlhkosťou okolitého vzduchu tým, že prijímajú alebo odovzdávajú vodu.
Optimálna vlhkosť a jej regulácia
Udržať optimálnu hladinu vodnej pary vo vzduchu je pomerne komplikované. 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.
S udržiavaním optimálnej vlhkosti si poradí odvlhčovač vzduchu (pri nadmernej vlhkosti) alebo zvlhčovač vzduchu (pri príliš nízkej vlhkosti), ale 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 obsiahnuté (hmotnostne) málo vody, ale jeho relatívna vlhkosť vonku (v percentách) je vysoká. Pustíme ho dovnútra rýchlym intenzívnym vyvetraním (aby sa vymenil len vzduch a nezačali nám chladnúť naakumulované podlahy či steny).
Technické normy a terminológia
Teória vlhkého vzduchu a spôsoby vyjadrenia vlhkosti vzduchu sú doplnené komentármi. Problematiku indexovania sprevádzajú spory a v rôznych literatúrach sa líšia. V tomto dokumente sa vychádza z platných noriem ČSN EN 12792, ČSN EN ISO 7730 a ČSN EN ISO 7726. Značenie vodnej pary je často prevedené indexom "V" (angl. "vapour") a suchého vzduchu indexom "A". Pre vodnú paru sa tiež často používa index "D" (nem. "dampf") a pre suchý vzduch index "L" (nem. "luft").
Animation - How Moisture Flows Through the Air
