Ψυχρομετρία
Η Ψυχρομετρία ασχολείται με τη μελέτη και τη μέτρηση των περιεχόμενων υδρατμών (υγρασία) στον ατμοσφαιρικό αέρα. Κατ’ επέκταση, ο όρος χρησιμοποιείται συνήθως για να περιγράψει τη μελέτη της ατμοσφαιρικής υγρασίας και της επίδρασής της στα κτήρια και στα συστήματα κλιματισμού αυτών.
Οι περιεχόμενοι υδρατμοί στον ατμοσφαιρικό αέρα έχουν σημαντική, άμεση επίδραση στη διαμόρφωση των λεγόμενων «συνθηκών θερμικής άνεσης» σε ένα κλιματιζόμενο χώρο. Οι συνθήκες θερμικής άνεσης, αλλά και
οι συνθήκες υγιεινής, σε ένα εσωτερικό χώρο επιβάλλουν το ποσοστό των περιεχόμενων υδρατμών στον ατμοσφαιρικό αέρα να κινείται εντός ενός σχετικά περιορισμένου πεδίου τιμών. Σε περιπτώσεις θερμών και υγρών κλιματικών συνθηκών θα πρέπει, μαζί με τη μείωση της θερμοκρασίας του ατμοσφαιρικού αέρα, να αφαιρεθεί
μέρος από την περιεχόμενη μάζα υδρατμών σε αυτόν, διαδικασία που συνήθως εκτελείται ταυτόχρονα με την ψύξη του αέρα από τις κλιματιστικές συσκευές. Αντίθετα, σε κρύα και ξηρά κλίματα, μαζί με τη θέρμανση του αέρα θα
πρέπει να προστεθεί μάζα υδρατμών σε αυτόν, διαδικασία που εκτελείται από υγραντήρες. Οι διαδικασίες της αφύγρανσης και της ύγρανσης ατμοσφαιρικού αέρα απαιτούν υψηλά ποσά ενέργειας, δεδομένης της υψηλής λανθάνουσας θερμότητας του νερού, η οποία σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος είναι της τάξης των 2.450kJ/kg. Ο
όρος «λανθάνουσα θερμότητα» θα επεξηγηθεί και θα οριστεί σε επόμενη ενότητα. Πέρα από την επίτευξη συνθηκών θερμικής άνεσης, ο έλεγχος της υγρασίας σε ένα κτήριο απαιτείται επίσης για την αποφυγή συγκέντρωσης και υγροποίησης υδρατμών σε βασικά δομικά στοιχεία του κτηριακού κελύφους (π.χ. μόνωση).
Στο παρόν παρουσιάζονται τα ακόλουθα θέματα:
εισάγονται βασικές θερμοδυναμικές έννοιες και μεγέθη που εμπλέκονται στους ψυχρομετρικούς
υπολογισμούς αναλύονται βασικές διεργασίες θέρμανσης, ψύξης και αερισμού εσωτερικών χώρων με τη βοήθεια του ψυχρομετρικού χάρτη παρουσιάζεται ο ψυχρομετρικός χάρτης ο οποίος χρησιμοποιείται για την εκτέλεση ψυχρομετρικών υπολογισμών.
Μεταξύ των διεργασιών που θα αναλυθούν στο παρόν είναι η ύγρανση και η αφύγρανση του ατμοσφαιρικού αέρα με ταυτόχρονη ψύξη ή θέρμανση, καθώς και η αδιαβατική ανάμιξη δύο ρευμάτων αέρα με διαφορετικές θερμοκρασίες και περιεκτικότητες υδρατμών. Όλοι οι υπολογισμοί που εκτελούνται με τη βοήθεια του ψυχρομετρικού χάρτη αποτελούν συνέπεια είτε του πρώτου θερμοδυναμικού νόμου (αρχή διατήρηση της ενέργειας), είτε της αρχής διατήρησης μάζας. Το μίγμα αέρα και υδρατμών θα θεωρηθεί ως τέλειο αέριο. Τούτο είναι αρκούντως ακριβές για την περίπτωση των ψυχρομετρικών υπολογισμών, λόγω της πολύ μικρής ποσότητας υδρατμών που συνήθως περιέχεται στον ατμοσφαιρικό αέρα και της υπέρθερμης κατάστασης που τούτη βρίσκεται.
Το υπολογιστικό σφάλμα εξαιτίας αυτή της θεώρησης είναι μικρότερο του 1% (Kuehn et al., 1998).
Πριν την παρουσίαση του ψυχρομετρικού χάρτη και των βασικών διεργασιών του ατμοσφαιρικού αέρα σε αυτόν, είναι σκόπιμο να δοθούν μερικοί βασικοί ορισμοί σε θερμοδυναμικά μεγέθη και θεμελιώδεις έννοιες της Ψυχρομετρίας.
Ξηρός και υγρός ατμοσφαιρικός αέρας
Ο απαλλαγμένος από τους υδρατμούς ατμοσφαιρικός αέρας ονομάζεται «ξηρός ατμοσφαιρικός αέρας», αποτελείται δε από μίγμα των αερίων αζώτου, οξυγόνου, αργού, διοξειδίου του άνθρακα και ιχνών των αερίων ηλίου, υδρογόνου, ξένου, κρυπτού κλπ. Η κατά μάζα σύσταση του αέρα αυτού σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση είναι περίπου η ακόλουθη:
• άζωτο (Ν 2 ) 76%
• οξυγόνο (Ο 2 ) 23%
• αργό (Α) 1%.
Ο συνήθης αέρας της ατμόσφαιρας περιέχει και μικρή ποσότητα υδρατμών, η οποία στις συνήθεις
συνθήκες διαβίωσης μπορεί να φθάσει μέχρι και ποσοστό 3% κατά μάζα. Ο αέρας αυτός ονομάζεται υγρός ατμοσφαιρικός αέρας, για να διακρίνεται από τον ξηρό ατμοσφαιρικό αέρα, και είναι μίγμα ξηρού ατμοσφαιρικού αέρα και υδρατμών. Παρά το μικρό ποσοστό της υγρασίας στον υγρό ατμοσφαιρικό αέρα, η επίδρασή της στις
συνθήκες διαβίωσης είναι πολύ μεγάλη. Γι’ αυτό και η υγρασία θεωρείται από τα θεμελιώδη μεγέθη στον κλιματισμό.
Στο σημείο αυτό, πριν προχωρήσουμε στην περιγραφή βασικών ιδιοτήτων του υγρού ατμοσφαιρικού αέρα, ας θυμηθούμε το νόμο των μερικών πιέσεων του Dalton. Σύμφωνα λοιπόν με το νόμο των μερικών πιέσεων, η
συνολική πίεση ενός μίγματος αερίων είναι ίση με το άθροισμα των μερικών πιέσεων των αερίων που το αποτελούν.
Μερική πίεση συστατικού ενός μίγματος αερίων είναι η πίεση που έχει το συστατικό του μίγματος, όταν στην ίδια θερμοκρασία με το μίγμα καταλαμβάνει όγκο ίσο με το συνολικό όγκο μίγματος.
Σύμφωνα με το νόμο του Dalton, αν θεωρήσουμε τον υγρό ατμοσφαιρικό αέρα ως μίγμα ξηρού αέρα και υδρατμών, τότε η πίεση p του υγρού αέρα σε ένα χώρο θα είναι ίση με το άθροισμα των μερικών πιέσεων του ξηρού ατμοσφαιρικού αέρα p α , δηλαδή της πίεσης που δημιουργείται όταν μόνος ο ξηρός ατμοσφαιρικός αέρας καταλαμβάνει το χώρο του μίγματος στη θερμοκρασία του μίγματος και της μερικής πίεσης p w των υδρατμών, δηλαδή της πίεσης που δημιουργείται όταν μόνοι τους οι υδρατμοί καταλαμβάνουν το χώρο του μίγματος στη θερμοκρασία του μίγματος.
