Calcolatore dell'umidità relativa e dell'umidificazione
Stima come varia l'umidità relativa quando l'aria esterna viene riscaldata o raffreddata e quanta acqua occorre aggiungere o rimuovere per raggiungere un valore obiettivo di umidità interna.
Questo è un calcolo preliminare HVAC a pressione costante basato sul modello di gas ideale, non un modello di locale rigido e sigillato né un progetto completo di un umidificatore/deumidificatore. Copre l'intervallo da −20 a 50 °C e da 60 a 110 kPa di pressione assoluta. L'umidità relativa (UR) è riferita all'acqua liquida, compresa l'acqua sopraffusa al di sotto di 0 °C. I risultati a temperature inferiori a zero non garantiscono l'assenza di brina.
Risultati del calcolo
| Rapporto di umidità dell'aria esterna, g di acqua/kg di aria secca | |
|---|---|
| Umidità assoluta dell'aria esterna, g di acqua/m³ di aria esterna | |
| UR interna dopo la sola variazione di temperatura, % | |
| Umidità assoluta interna prima della regolazione dell'umidità, g di acqua/m³ | |
| Rapporto di umidità obiettivo, g di acqua/kg di aria secca | |
| Trattamento dell'umidità richiesto | |
| Variazione richiesta del rapporto di umidità, g di acqua/kg di aria secca | |
| Volume del locale utilizzato, m³ | |
| Densità dell'aria umida interna prima della regolazione dell'umidità, kg/m³ | |
| Massa iniziale di aria secca nel locale, kg | |
| Acqua da aggiungere o rimuovere una tantum, kg (circa L) | |
| Frazione di aria esterna nella portata totale d'aria, % | |
| Portata di aria esterna alle condizioni interne obiettivo, m³/h | |
| Acqua da aggiungere o rimuovere per la ventilazione, kg/h (circa L/h) |
Comprendere l'umidità relativa e il fabbisogno idrico
L'umidità relativa confronta la pressione parziale del vapore acqueo con la pressione di vapore saturo alla stessa temperatura. Non è la quantità d'acqua per chilogrammo d'aria. Il rapporto di umidità è la massa d'acqua per chilogrammo di aria secca; l'umidità assoluta è la massa d'acqua per metro cubo di aria umida. Queste unità non devono essere scambiate tra loro.
Durante il riscaldamento sensibile a pressione costante, senza scambio di umidità, il rapporto di umidità rimane costante e l'umidità relativa diminuisce. Anche l'umidità assoluta in g/m³ varia, perché cambia il volume dell'aria. Il raffreddamento aumenta l'umidità relativa fino al raggiungimento della saturazione. Il raffreddamento al di sotto del punto di rugiada provoca condensazione; questo calcolatore si arresta invece di riportare un valore impossibile di UR superiore al 100%. In tal caso è necessario un modello di batteria di raffreddamento o di condensazione. Al di sotto di 0 °C può formarsi brina anche quando l'UR riferita all'acqua liquida è inferiore al 100%.
Basi di calcolo
Con la pressione in Pa e la temperatura in °C: pw = RH/100 × pws(T), e W = 0,621945 pw/(p − pw). L'equazione aggiornata di Buck per l'acqua liquida è pws = 611,21 exp[(18,678 − T/234,5) T/(257,14 + T)]. Non viene applicato alcun fattore di incremento per l'aria umida.
L'umidità relativa interna prima della regolazione dell'umidità è 100 pw,out/pws(Tin). La massa iniziale di aria secca è V(p − pw,out)/[287,042(Tin + 273,15)]. Moltiplicando questa massa per la differenza tra il rapporto di umidità obiettivo e quello iniziale si ottiene la variazione una tantum del contenuto d'acqua per una massa fissa di aria secca. Il segno distingue l'umidificazione dalla deumidificazione; le quantità visualizzate sono valori assoluti.
Per la ventilazione, la portata massica di aria secca viene calcolata utilizzando la portata volumetrica inserita e la pressione di vapore alle condizioni interne obiettivo. La portata d'acqua è pari alla portata massica di aria secca × la frazione di aria esterna × |Wtarget − Woutside|. Si assume che l'aria ricircolata ritorni alle condizioni obiettivo. Non è possibile determinare una portata sulla base del solo volume del locale e della sola percentuale di ricircolo.
Esempio e limiti
A 101,325 kPa, l'aria esterna a −10 °C e con un'umidità relativa del 30% contiene circa 0,53 g di acqua/kg di aria secca. Riscaldandola a 20 °C senza aggiungere acqua si ottiene un'umidità relativa di circa il 3,68%. Per raggiungere un'umidità relativa del 40% occorrono circa 5,27 g di acqua/kg di aria secca. Nell'esempio con un volume di 1.000 m³, la regolazione una tantum del contenuto d'acqua è di circa 6,34 kg; con un ricambio totale d'aria all'ora e un ricircolo del 60%, il carico di umidità dovuto alla ventilazione è di circa 2,51 kg/h.
Si tratta di bilanci ideali dell'umidità. Non sono inclusi gli occupanti, i prodotti, le infiltrazioni non comprese nella portata d'aria indicata, le porte aperte, gli scambi di umidità con i materiali dell'edificio, le perdite dell'umidificatore e i carichi termici. Per questi risultati di valutazione preliminare, i chilogrammi d'acqua corrispondono approssimativamente ai litri di acqua liquida; l'energia di evaporazione e la capacità delle apparecchiature non vengono calcolate. Un locale realmente sigillato e a volume fisso richiede un diverso bilancio di pressione e di massa.
I m³/h effettivi e i m³/h normali rappresentano portate riferite a condizioni diverse. Non utilizzare questo calcolo HVAC per un flusso di scarico caldo e saturo o per un calcolo delle emissioni d'acqua in Nm³/h senza definire la temperatura normale, la pressione normale e se la portata è riferita al gas secco o umido.
Scelta di un valore obiettivo di umidità
L'umidità relativa può essere misurata all'aperto con strumenti idonei e calibrati; l'incertezza di misura dipende dal sensore, dall'installazione e dalle condizioni. L'aria fredda può avere un'umidità relativa elevata pur contenendo poco vapore acqueo. La sola temperatura non determina l'umidità relativa.
I valori obiettivo di umidità interna dipendono dalle condizioni e dall'uso dell'edificio. Per le abitazioni, l'EPA statunitense consiglia di mantenere l'umidità relativa al di sotto del 60%, idealmente tra il 30 e il 50%, per contribuire a controllare la muffa. Si tratta di indicazioni per il controllo dell'umidità nelle abitazioni, non di una specifica industriale o clinica universale. La condensa persistente sulle superfici richiede attenzione anche se l'umidità relativa del locale sembra accettabile.
| Applicazione | Quali criteri devono determinare il valore obiettivo? |
|---|---|
| Edifici occupati da persone in generale | Comfort, rischio di condensa, condizioni esterne e requisiti di ventilazione applicabili. |
| Materiali, alimenti e produzione industriale | Stabilità del contenuto di umidità del prodotto, requisiti di processo, condizioni di stoccaggio e specifiche del fornitore. |
| Musei, archivi e biblioteche | Requisiti di conservazione specifici delle collezioni e controllo delle oscillazioni dannose. |
| Sanità e ambienti controllati | Requisiti applicabili alla struttura, classificazione dei locali e criteri di progettazione specialistici. |
| Processi sensibili all'elettricità statica | Il programma completo di controllo delle scariche elettrostatiche; la sola umidità non garantisce la protezione. |
Questo calcolatore non determina il rischio di malattie né prescrive intervalli di umidità per asma, allergie, ospedali o singoli prodotti.
Riferimenti e strumenti correlati
NCAR Earth Observing Laboratory: equazioni della pressione del vapore acqueo; PsychroLib: relazioni psicrometriche ASHRAE; EPA statunitense: indicazioni su umidità e muffa nelle abitazioni.
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