حاسبة الرطوبة النسبية والترطيب
قدّر كيفية تغيّر الرطوبة النسبية عند تسخين الهواء الخارجي أو تبريده، وكمية الماء التي يجب إضافتها أو إزالتها للوصول إلى الرطوبة المستهدفة داخل الغرفة.
هذا حساب تقديري أولي لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)، بافتراض الغاز المثالي والضغط الثابت، وليس نموذجًا لغرفة محكمة الإغلاق وثابتة الحجم أو تصميمًا كاملًا لجهاز ترطيب أو إزالة رطوبة. ويغطي نطاق درجات حرارة من −20 إلى 50 °C وضغطًا مطلقًا من 60 إلى 110 kPa. وتُحسب الرطوبة النسبية بالنسبة إلى الماء السائل، بما في ذلك الماء فائق التبريد عند درجات حرارة دون 0 °C. ولا تثبت النتائج عند درجات حرارة دون الصفر عدم تكوّن الصقيع.
النتائج المحسوبة
| نسبة خلط الرطوبة في الهواء الخارجي، g ماء/kg هواء جاف | |
|---|---|
| الرطوبة المطلقة للهواء الخارجي، g ماء/m³ هواء خارجي | |
| الرطوبة النسبية داخل الغرفة بعد تغيير درجة الحرارة فقط، % | |
| الرطوبة المطلقة داخل الغرفة قبل تعديل الرطوبة، g ماء/m³ | |
| نسبة خلط الرطوبة المستهدفة، g ماء/kg هواء جاف | |
| المعالجة المطلوبة لضبط الرطوبة | |
| التغيّر المطلوب في نسبة خلط الرطوبة، g ماء/kg هواء جاف | |
| حجم الغرفة المستخدم في الحساب، m³ | |
| كثافة الهواء الرطب داخل الغرفة قبل تعديل الرطوبة، kg/m³ | |
| كتلة الهواء الجاف الأولية في الغرفة، kg | |
| كمية الماء المضافة أو المُزالة لمرة واحدة، kg (تعادل تقريبًا L) | |
| نسبة الهواء الخارجي من إجمالي تدفق الهواء، % | |
| تدفق الهواء الخارجي عند الظروف المستهدفة داخل الغرفة، m³/h | |
| معدل إضافة الماء أو إزالته بسبب التهوية، kg/h (يعادل تقريبًا L/h) |
فهم الرطوبة النسبية والاحتياجات المائية
تُقارن الرطوبة النسبية الضغط الجزئي لبخار الماء بضغط بخار الإشباع عند درجة الحرارة نفسها. وهي ليست كمية الماء لكل كيلوغرام من الهواء. نسبة خلط الرطوبة هي كتلة الماء لكل كيلوغرام من الهواء الجاف؛ أما الرطوبة المطلقة فهي كتلة الماء لكل متر مكعب من الهواء الرطب. ويجب عدم استخدام هذه الوحدات بالتبادل.
أثناء التسخين المحسوس عند ضغط ثابت، ومن دون تبادل للرطوبة، تبقى نسبة خلط الرطوبة ثابتة وتنخفض الرطوبة النسبية. وتتغيّر أيضًا الرطوبة المطلقة بوحدة g/m³ لأن حجم الهواء يتغيّر. ويزيد التبريد الرطوبة النسبية حتى بلوغ الإشباع. ويؤدي التبريد إلى ما دون نقطة الندى إلى التكاثف؛ وتتوقف هذه الحاسبة بدلًا من عرض رطوبة نسبية غير ممكنة تتجاوز 100%. وفي هذه الحالة، يلزم استخدام نموذج لملف التبريد أو للتكاثف. وقد يتكوّن الصقيع عند درجات حرارة دون 0 °C حتى عندما تكون الرطوبة النسبية المحسوبة بالنسبة إلى الماء السائل أقل من 100%.
أساس الحساب
عند التعبير عن الضغط بوحدة Pa ودرجة الحرارة بوحدة °C: pw = RH/100 × pws(T)، وW = 0.621945 pw/(p − pw). ومعادلة باك المحدّثة للماء السائل هي pws = 611.21 exp[(18.678 − T/234.5) T/(257.14 + T)]. لا يُطبَّق أي معامل تعزيز للهواء الرطب.
تساوي الرطوبة النسبية الداخلية قبل تعديل الرطوبة 100 pw,out/pws(Tin). وتساوي كتلة الهواء الجاف الأولية V(p − pw,out)/[287.042(Tin + 273.15)]. ويعطي ضرب هذه الكتلة في الفرق بين نسبة الرطوبة المستهدفة ونسبة الرطوبة الأولية التغيّر المطلوب لمرة واحدة في مخزون الماء، لكتلة ثابتة من الهواء الجاف. وتُميّز الإشارة بين الترطيب وإزالة الرطوبة؛ أما الكميات المعروضة فهي قيم مطلقة.
في حسابات التهوية، يُحسب معدل التدفق الكتلي للهواء الجاف باستخدام معدل التدفق الحجمي المُدخل وضغط البخار عند الظروف الداخلية المستهدفة. ويساوي معدل إضافة الماء أو إزالته معدل التدفق الكتلي للهواء الجاف × نسبة الهواء الخارجي × |Wtarget − Woutside|. ويُفترض أن الهواء المعاد تدويره يعود عند الظروف المستهدفة. ولا يمكن تحديد معدل إضافة الماء أو إزالته من حجم الغرفة ونسبة إعادة التدوير وحدهما.
مثال وحدود الاستخدام
عند ضغط 101.325 kPa، يحتوي الهواء الخارجي عند درجة حرارة −10 °C ورطوبة نسبية 30% على نحو 0.53 g من الماء/kg من الهواء الجاف. ويؤدي تسخينه إلى 20 °C دون إضافة ماء إلى رطوبة نسبية تبلغ نحو 3.68%. ويتطلب الوصول إلى رطوبة نسبية 40% إضافة نحو 5.27 g من الماء/kg من الهواء الجاف. وفي المثال ذي الحجم 1,000 m³، يبلغ تعديل مخزون الماء لمرة واحدة نحو 6.34 kg؛ وعند معدل تبديل إجمالي للهواء قدره مرة واحدة في الساعة ونسبة إعادة تدوير 60%، يبلغ حمل الرطوبة الناتج عن التهوية نحو 2.51 kg/h.
هذه موازنات مثالية للرطوبة. ولا تشمل تأثيرات شاغلي المكان والمنتجات وتسرّب الهواء إلى الداخل خارج معدل التدفق المحدد والأبواب المفتوحة وتبادل الرطوبة مع مواد البناء وفواقد جهاز الترطيب والأحمال الحرارية. وفي نتائج هذا التقدير الأولي، تعادل كمية الماء بالكيلوغرام تقريبًا كميته باللتر في الحالة السائلة؛ ولا تُحسب طاقة التبخر أو سعة المعدات. وتتطلب الغرفة المحكمة الإغلاق تمامًا وذات الحجم الثابت موازنة مختلفة للضغط والكتلة.
يختلف أساس التعبير عن التدفق بوحدة m³/h عند الظروف الفعلية عنه بوحدة m³/h عند الظروف النظامية. لا تستخدم هذا الحساب الخاص بالتدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) لهواء عادم ساخن ومشبع أو لحساب انبعاثات الماء بوحدة Nm³/h دون تحديد درجة الحرارة النظامية والضغط النظامي وما إذا كان التدفق محسوبًا على أساس الغاز الجاف أو الرطب.
اختيار مستوى الرطوبة المستهدف
يمكن قياس الرطوبة النسبية في الخارج باستخدام أجهزة مناسبة ومعايرة؛ ويعتمد عدم اليقين في القياس على المستشعر وتركيبه والظروف المحيطة. وقد تكون الرطوبة النسبية للهواء البارد مرتفعة رغم احتوائه على كمية قليلة من بخار الماء. ولا تحدد درجة الحرارة وحدها الرطوبة النسبية.
تعتمد مستويات الرطوبة الداخلية المستهدفة على ظروف المبنى واستخدامه. وبالنسبة للمنازل، توصي وكالة حماية البيئة الأمريكية (US EPA) بإبقاء الرطوبة النسبية دون 60%، ويفضل ضمن نطاق 30–50%، للمساعدة في الحد من العفن. وهذه إرشادات للتحكم في الرطوبة في المساكن، وليست مواصفة صناعية أو سريرية عامة. ويستدعي استمرار التكاثف على الأسطح الانتباه حتى لو بدت الرطوبة النسبية للغرفة مقبولة.
| مجال الاستخدام | ما الذي ينبغي أن يحدد المستوى المستهدف؟ |
|---|---|
| المباني المشغولة عمومًا | الراحة ومخاطر التكاثف والظروف الخارجية ومتطلبات التهوية المعمول بها. |
| المواد والأغذية والتصنيع | استقرار المحتوى الرطوبي للمنتج ومتطلبات العمليات وظروف التخزين ومواصفات الموردين. |
| المتاحف ودور المحفوظات والمكتبات | متطلبات الحفظ الخاصة بكل مجموعة من المقتنيات والتحكم في التقلبات الضارة. |
| الرعاية الصحية والبيئات الخاضعة للتحكم | متطلبات المنشأة المعمول بها وتصنيف الغرف ومعايير التصميم التخصصية. |
| العمليات الحساسة للكهرباء الساكنة | البرنامج المتكامل للتحكم في التفريغ الكهروستاتيكي؛ فالرطوبة وحدها لا تضمن الحماية. |
لا تحدد هذه الحاسبة مخاطر الإصابة بالأمراض ولا توصي بنطاقات رطوبة لحالات الربو أو الحساسية أو للمستشفيات أو للمنتجات الفردية.
المراجع والأدوات ذات الصلة
NCAR Earth Observing Laboratory: معادلات ضغط بخار الماء; PsychroLib: العلاقات السيكرومترية وفق ASHRAE; وكالة حماية البيئة الأمريكية (US EPA): إرشادات بشأن الرطوبة والعفن في المساكن.
حاسبات أخرى · تواصل مع Lenntech
لا تتحمل Lenntech BV المسؤولية عن الأخطاء في الحساب أو في البرنامج نفسه أو في الشرح. للاستفسارات أو الملاحظات، يُرجى التواصل معنا.