Измерение и регулирование влажности воздуха подручными средствами

ФГБОУ ВПО «Пензенская  государственная технологическая  академия».

 

 

 

 

 

 

 

 

ИЗМЕРЕНИЕ И  РЕГУЛИРОВАНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА  В ПОМЕЩЕНИИ ПОДРУЧНЫМИ СРЕДСТВАМИ.

 

 

 

Дисциплина: физика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шлепнева  Екатерина Витальевна

студентка группы 12ОИ1б

 

 

Научный руководитель –  Дементьева Елена Сергеевна,

заместитель зав.кафедрой:  к.п., доцент кафедры  физика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г.Пенза

 

2013 год

 

Оглавление

 

 

Введение

  Человек не может жить без воздуха. Жизнедеятельность животных и растительных организмов возможна только в определённых диапазонах влажности и относительной влажности воздуха. Влажность воздуха имеет для человека большое значение. От её уровня напрямую зависит наше самочувствие. Для здоровья человека вреден как слишком сухой, так и слишком влажный воздух.

Проблема, которую я пыталась разрешить при выполнении данной работы: нормализация влажности воздуха в квартире.

Данная проблема является актуальной для каждого человека, заботящегося о своем здоровье, в связи с тем, что влажность воздуха влияет на самочувствие и здоровье людей. Но не в каждой квартире имеется прибор для измерения влажности воздуха и тем более приборы для ее регулирования (увлажнители и осушители воздуха).

Поставленная проблема обозначила цель работы: изучить способы измерения влажности воздуха  и ее регулирования в домашних условиях.

Исходя из цели исследования, были поставлены следующие задачи:

1. сформировать понятие влажности воздуха и определить норму влажности воздуха в закрытых помещениях;
2. изучить способы определения влажности воздуха;
3. измерить влажность воздуха в квартире подручными средствами и проанализировать результаты;
4. создать психрометрический калькулятор;
5. разработать способы повышения и понижения влажности в помещениях.

В качестве исходной обозначу следующую гипотезу:  изменение определенных условий может влиять на влажность воздуха.  
Объект исследования: процентное содержание влаги в квартире.

Предмет исследования: способы измерения и изменения влажности

Методы работы: изучение литературы, наблюдения, сравнение и анализ, программирование, эксперимент.

База исследования: квартира

Практическая  значимость исследования заключается в определении способов измерения, повышения и понижения влажности воздуха подручными средствами.

 

1. Влажность воздуха

1. Понятие влажности воздуха

В окружающем нас воздухе  практически всегда находится некоторое количество водяных паров. Влажность воздуха зависит от количества водяного пара, содержащегося в нем.

Испарение — это процесс  превращения жидкости в пар, происходящий на свободной поверхности жидкости.

Процесс перехода молекул  пара в жидкость называется конденсацией (процесс, обратный испарению жидкости).

При динамическом равновесии между  жидкостью и паром за единицу  времени из жидкости будет вылетать столько же молекул, сколько возвращается в неё из пара.

Насыщенный пар — это пар, который находится в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью.

Большое значение имеет  относительная влажность воздуха, сообщения о которой каждый день звучат в сводках метеопрогноза.

Процентное отношение количества водяного пара, содержащегося в воздухе, к тому количеству, которое может содержаться при данной температуре и есть относительная влажность (%). Она показывает степень насыщения воздуха водяным паром.

Относительная влажность — это отношение плотности водяного пара, содержащегося в воздухе, к плотности насыщенного пара при данной температуре, выраженное в процентах.

Сухость или влажность  воздуха зависит от того, насколько  близок его водяной пар к насыщению. Если влажный воздух охлаждать, то находящийся в нем пар можно довести до насыщения, и далее он будет конденсироваться.

Признаком того, что пар насытился, является появление первых капель сконденсировавшейся жидкости - росы.

Температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным, называется точкой росы.

Точка росы также  характеризует влажность воздуха.

Примеры: выпадение росы под утро, запотевание холодного  стекла, если на него подышать, образование  капли воды на холодной водопроводной  трубе, сырость в подвалах домов.

2. Нормы влажности воздуха в жилых помещениях

С 1 марта 1999 г. постановлением Госстроя России от 6 января 1999 г. № 1 введен Межгосударственный стандарт здания, в котором прописаны параметры микроклимата в помещениях (приложение 1). Согласно ему наиболее благоприятная для человека в помещении влажность воздуха от 40 до 60%.

Относительная влажность ниже 40% при  нормальной температуре приводит к  усиленной потере влаги организмом  – к его обезвоживанию. Чрезмерно  сухой воздух иссушает наши слизистые  оболочки (глаз, дыхательных путей, носоглотки) и может привести к понижению иммунитета, утомляемости, ухудшению состояния кожи. Да и просто к дискомфорту. Также при низкой влажности воздуха во внешней среде более длительно сохраняются патогенные микроорганизмы, на поверхности предметов больше скапливается статического заряда. 

Высокая влажность воздуха (выше 60%) вызывает угнетающее состояние, поскольку испарение происходит очень медленно. Если пот с поверхности тела испаряется медленно, то тело охлаждается очень слабо. И мы чувствуем себя не совсем комфортно. Избыточная влажность вполне способна стать причиной таких заболеваний как астма, аллергия, ринит.

3. Влияние влажности на живые организмы.

1.  Влажность воздуха и выживаемость вирусов

Возбудитель тяжёлого острого  респираторного синдрома (вирус семейства Coronaviridae) может жить на протяжении длительного времени в условиях комнатной температуры и влажности. Следует отметить, что температура и относительная влажность воздуха играют важную роль при оценке риска передачи инфекции, а так же при выборе методов борьбы с данной инфекцией. Учёные исследовали воздействие указанных выше факторов на некоторые коронавирусы (инфицирующие животных), на возбудитель инфекционного гастроэнтерита (TGEV) и на вирус мышиного гепатита (MHV). Все исследуемые вирусы находились на поверхности нержавеющей стали. В результате ряда экспериментов выяснилось, что инактивация вирусной инфекции быстрее всего происходила при очень высокой температуре и очень высоком уровне влажности. При стабилизации температуры и влажности окружающей среды на отметках комнатных значений исследуемая вирусная инфекция становилась более «долгоживущей», и срок её присутствия на различных поверхностях возрастал до 28 дней.

2.  Влажность воздуха и растительный мир

Большую роль в жизни  растительного мира играет влажность воздуха. Низкая влажность воздуха увеличивает транспирацию и испарение воды из субстрата, что может привести к гибельному для растений иссушению. Чем ниже влажность воздуха, тем сильнее испарение воды листьями и почвой, тем чаще требуется полив.

Обеспеченность растения водой влияет на его внешний облик  и особенности жизнеобеспечения. На основе этого выделяют следующие  группы растений:

Гидрофиты – водные растения, погруженные полностью в воду или же имеющие плавающие на поверхности листья.

Гигрофиты – растения влажных мест обитания (дождевых лесов, болот, побережий водоемов). Это травянистые виды со слабой корневой системой, высокой способностью испарять воду, слаборазвитой механической тканью. Они совершенно не выносят даже кратковременного пересыхания субстрата, любят влажный воздух. Внешне характеризуются крупными тонкими листьями, иногда с капельным острием, по которому стекает вода (например, некоторые фикусы), особыми выростами на листьях для усиления испарения воды (например, императорская бегония).

Ксерофиты – растения сухих мест обитания. Имеют специфический облик и ряд специальных приспособлений. Ксерофиты встречаются в местах с сухим жарким климатом (сухие степи, пустыни и полупустыни). Засушливые условия могут наблюдаться даже в дождливых тропических лесах – недостаток влаги испытывают, например, многие эпифиты, растущие на верхних ветвях высоких деревьев. Особенностями ксерофитов являются уменьшение размеров листьев, их опушение, наличие толстой кожицы, воскового налета на ней, многочисленных жилок и устьиц. Некоторые ксерофиты имеют сильноразвитую корневую систему или специальные органы, запасающие воду. Ксерофиты, в отличие от гигрофитов, могут хорошо регулировать испарение воды. Наиболее известными типами ксерофитов являются суккуленты, жестколистные, тонколистные и ложные ксерофиты.

Суккуленты – растения с сочными, мясистыми листьями или стеблями (молочай, кактусы, агавы и т. д.), запасающие в тканях воду. Суккуленты, выращиваемые в комнатных условиях, не страдают от сухости комнатного воздуха в отличие от остальных растений.

Жестколистные ксерофиты выдерживают засуху благодаря мощной корневой системе. Это, в основном, кустарники и деревья (например, саксаул).

Тонколистные ксерофиты – растения с корневой системой, проникающей на глубину 10-15 м.

Ложные ксерофиты – однолетние или многолетние растения с очень быстрым циклом развития. К наступлению летней засухи они успевают образовать семена и перейти в состояние покоя.

Мезофиты – растения, требующие средних условий влажности. В эту группу входит большинство культивируемых в помещениях растений. Для многих растений, выращиваемых в комнатных условиях, необходима влажность порядка 70-80%, тогда как обычно влажность составляет порядка 50%. Тропическим видам с тонкими нежными листьями (фиттония, маранта, селангинелы, папоротники) необходима влажность воздуха около 90%. Для поддержки высокой влажности воздуха, особенно зимой, очень полезно использовать бытовые увлажнители воздуха.

3. Влажность воздуха и животные

Так как отдача тепла  из организма животного происходит главным образом через кожу — излучением, теплопроведением и испарением влаги, то влажность воздуха, обусловливающая его теплопроводность и возможность испарения влаги, влияет весьма существенно на теплоотдачу из организма животных.

При низкой температуре высокая влажность воздуха усиливает теплоотдачу из организма, что часто приводит к простудным заболеваниям животных. Наоборот, высокая влажность воздуха при высокой температуре затрудняет теплоотдачу и может привести к перегреванию организма и тепловому удару у животных. При сухом воздухе животные лучше переносят всякие температуры.

4. Приборы для измерения влажности воздуха

Для измерения влажности  воздуха используют измерительные  приборы - гигрометры. Существуют несколько видов гигрометров, но основные: волосной и психрометрический.

Так как непосредственно измерить давление водяных паров в воздухе  сложно, относительную влажность  воздуха измеряют косвенным путем.

Принцип действия волосного гигрометра основан на свойстве обезжиренного волоса (человека или животного) изменять свою длину в зависимости от влажности воздуха, в котором он находится.

Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передаётся стрелке, перемещающейся вдоль шкалы. Волосной гигрометр в зимнее время являются основным прибором для измерения влажности воздуха вне помещения.

Более точным гигрометром является гигрометр психрометрический – психрометр (по др. гречески "психрос" означает холодный). 
Известно, что от относительной влажности воздуха зависит скорость испарения. Чем меньше влажность воздуха, тем легче влаге испаряться.

В психрометре есть два термометра. Один - обычный, его называют сухим. Он измеряет температуру окружающего воздуха. Колба другого термометра обмотана тканевым фитилем и опущена в емкость с водой. Второй термометр показывает не температуру воздуха, а температуру влажного фитиля, отсюда и название увлажненный термометр. Чем меньше влажность воздуха, тем интенсивнее испаряется влага из фитиля, тем большее количество теплоты в единицу времени отводится от увлажненного термометра, тем меньше его показания, следовательно, тем больше разность показаний сухого и увлажненного термометров. По разности температур термометров с помощью специальных таблиц, называемых психрометрическими (приложение 2), можно определить относительную влажность воздуха.