Wilgotność względna a punkt rosy — co naprawdę mierzy higrometr

Wilgotność bezwzględna to masa pary wodnej zawarta w jednostce objętości powietrza, wyrażana w gramach na metr sześcienny. W odróżnieniu od wilgotności względnej nie mówi o stopniu nasycenia. Ponieważ objętość powietrza zmienia się wraz z temperaturą i ciśnieniem, do dokładnych bilansów nawilżania, osuszania i wentylacji wygodniejszy jest stosunek wilgotności wyrażony w gramach pary na kilogram suchego powietrza.

Trzy wielkości — wilgotność względna, wilgotność bezwzględna i punkt rosy — opisują to samo powietrze z różnych stron: stopień nasycenia, ilość wody i temperaturę początku skraplania. Znając temperaturę i jedną z nich, pozostałe można wyliczyć. Dlatego wiele przyrządów mierzy tylko temperaturę i wilgotność względną, a resztę wyznacza obliczeniowo.

Zimowe powietrze na zewnątrz bywa bliskie nasycenia, ale przy niskiej temperaturze mieści bardzo mało pary wodnej. Gdy wentylacja wprowadzi je do ogrzewanej hali, biura czy muzeum, jego pojemność na parę gwałtownie rośnie, a zawartość wody pozostaje ta sama — więc wilgotność względna spada kilkukrotnie. Powietrze „wysusza się” bez odbierania mu ani grama wody.

Powietrze zewnętrzne zimą

0 °C, wilgotność względna 80 %

To samo powietrze ogrzane w hali

20 °C, wilgotność względna ok. 21 %

Punkt rosy przed i po ogrzaniu

ok. −3 °C — bez zmian

Powyższe wartości to przybliżenie wyliczone ze wzoru Magnusa. Skutki znają zarządcy zbiorów i produkcji: elektryzowanie się materiałów, wysychające drewno i pękające eksponaty. Właśnie dlatego muzea i archiwa zimą dowilżają powietrze i monitorują klimat w sposób ciągły — podobnie jak opisujemy to w poradniku o monitoringu wilgotności w magazynie i archiwum.

Punkt rosy to temperatura, do której trzeba ochłodzić powietrze — bez zmiany ciśnienia i zawartości pary — aby osiągnęło nasycenie, czyli 100 % wilgotności względnej. Jeżeli jakakolwiek powierzchnia jest chłodniejsza od punktu rosy otaczającego powietrza, para wodna skrapla się na niej, mimo że w całym pomieszczeniu wciąż jest „sucho”.

Przykład z tabeli punktu rosy: powietrze o temperaturze 20 °C i wilgotności względnej 50 % ma punkt rosy 9,3 °C. Wystarczy więc szyba, mostek termiczny w narożniku ściany albo rura z zimną wodą o temperaturze niższej niż te 9,3 °C, by pojawiły się na nich krople. To ten sam mechanizm, który zimą zaparowuje okna, a latem „poci” nieizolowane przewody chłodnicze.

Co ważne, problemy zaczynają się jeszcze przed kondensacją. W metodzie oceny ryzyka rozwoju pleśni opisanej w PN-EN ISO 13788 stosuje się kryterium 80 % wilgotności względnej na powierzchni przegrody. Długotrwałe przekroczenie tej wartości może oznaczać warunki sprzyjające pleśni, choć ściana pozostaje z pozoru sucha. Dlatego w fizyce budowli ocenia się temperaturę powierzchni w narożach i mostkach termicznych, a nie tylko wilgotność powietrza w środku pomieszczenia.

W budownictwie nie jest to wyłącznie dobra praktyka. § 321 rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki, wymaga, aby na wewnętrznej powierzchni przegrody nie występowała kondensacja pary wodnej umożliwiająca rozwój grzybów pleśniowych, a węzły konstrukcyjne spełniały kryterium czynnika temperaturowego f_Rsi. To jedyny wiążący punkt odniesienia w sporze o mostki termiczne i zawilgocone naroża.

Punkt rosy jest wielkością „decyzyjną” wszędzie tam, gdzie ciepłe, wilgotne powietrze spotyka chłodną powierzchnię — bo rozstrzyga, czy pojawi się woda.

• Prace powłokowe i hydroizolacje: malowanie, żywice i powłoki wolno nakładać, gdy podłoże jest co najmniej 3 °C cieplejsze od punktu rosy (PN-EN ISO 8502-4). To tylko połowa kryterium — PN-EN ISO 12944-7 dodaje domyślny górny limit wilgotności względnej powietrza na poziomie 85 %, o ile karta produktu nie stanowi inaczej, a porównywać trzeba temperaturę powierzchni, nie powietrza.
• Lakiernie i antykorozja konstrukcji stalowych: niewidoczna warstewka kondensatu pod powłoką kończy się odspojeniami i korozją podpowłokową.
• Klimatyzacja i chłodnictwo: dobór izolacji przewodów z zimną wodą, belki chłodzące i kanały — każda powierzchnia poniżej punktu rosy będzie się pocić i kapać na strop.
• Budownictwo i diagnostyka: mostki termiczne, naroża i ościeża, w których temperatura powierzchni spada w stronę punktu rosy powietrza wewnętrznego.
• Muzea, archiwa i magazyny: stabilny klimat chroni zbiory i towar przed cyklami nawilżania i przesychania.

W wentylacji i klimatyzacji kontrola punktu rosy to codzienność — od osuszania powietrza po zabezpieczenie instalacji; przegląd zastosowań zebraliśmy w rozwiązaniach pomiarowych dla HVAC. Na budowie te same pomiary rozstrzygają o dopuszczeniu prac wykończeniowych i o diagnozie zawilgoceń — więcej w rozwiązaniach dla budownictwa.

Wybór wielkości zależy od pytania, na które pomiar ma odpowiedzieć. W praktyce wszystkie trzy wyznacza ten sam przyrząd — różnica polega na tym, na którą wartość patrzysz i z czym ją porównujesz.

Dobra wiadomość: nie potrzebujesz trzech przyrządów. Wiele współczesnych termohigrometrów wyznacza punkt rosy obliczeniowo i pokazuje go obok temperatury i wilgotności — przegląd znajdziesz wśród higrometrów i termohigrometrów.

Poniższa procedura odpowiada praktyce z prac powłokowych i diagnostyki budowlanej, ale sprawdza się wszędzie tam, gdzie pytanie brzmi: „czy na tej powierzchni pojawi się woda?”.

1. 1

   Zmierz temperaturę i wilgotność względną powietrza przy powierzchni

   Odczekaj, aż przyrząd zaaklimatyzuje się do warunków w miejscu pomiaru — higrometr przyniesiony z zimnego auta pokazuje nieprawdę.

2. 2

   Wyznacz punkt rosy

   Z funkcji przyrządu, tabeli punktu rosy albo kalkulatora. Przykład: 20 °C i 50 % wilgotności względnej daje punkt rosy 9,3 °C.

3. 3

   Zmierz temperaturę powierzchni kontaktowo

   Sondą powierzchniową, odczekawszy na ustabilizowanie wskazania. PN-EN ISO 8502-4 nie zaleca do tego termometrów bezkontaktowych.

4. 4

   Porównaj z marginesem bezpieczeństwa

   Temperatura powierzchni powinna przewyższać punkt rosy; przy pracach powłokowych wymagany zapas to co najmniej 3 °C (PN-EN ISO 8502-4), a wilgotność względna nie powinna przekraczać 85 %.

5. 5

   Monitoruj w czasie

   Warunki zmieniają się z pogodą i pracą wentylacji — przy dłuższych pracach i w miejscach krytycznych pomiar powtarzaj lub zostaw rejestrator.

• Odczyt bez aklimatyzacji przyrządu — higrometr wniesiony z chłodu do ciepłego pomieszczenia potrzebuje kilkunastu do kilkudziesięciu minut, a jego zimna obudowa sama potrafi zebrać kondensat; czujnik pojemnościowy po epizodzie skroplenia dodatkowo wykazuje histerezę i przez pewien czas zawyża wskazanie, więc decyzji o dopuszczeniu prac nie wolno na nim opierać.
• Czytanie procentów bez temperatury — ta sama wilgotność względna w chłodni i w hali produkcyjnej oznacza zupełnie inną ilość wody w powietrzu.
• Ocena ryzyka kondensacji na podstawie samej wilgotności powietrza — bez kontaktowego pomiaru temperatury powierzchni nie wiadomo, czy jest ona poniżej punktu rosy.
• Pomiar przy nawiewie, grzejniku lub we własnym oddechu — lokalne zaburzenia potrafią całkowicie przekłamać wynik.
• Zaufanie do niewzorcowanego higrometru — pojemnościowe czujniki wilgotności dryfują z czasem, po zapyleniu i po epizodach kondensacji.

Higrometr, który rozstrzyga o dopuszczeniu prac albo o klimacie magazynu, powinien mieć aktualne świadectwo wzorcowania — tę potrzebę zamkniesz usługą wzorcowania przyrządów do pomiaru wilgotności. O tym, jak rozumieć błędy wskazań i niepewność z takiego świadectwa, piszemy w poradniku o dokładności, rozdzielczości i niepewności.

Poniższe przyrządy to przykłady doboru do zadania opisanego w tym poradniku. Przed zamówieniem potwierdź zakres, sondę, dokładność, warunki pracy i wymagane dokumenty dla swojego procesu.