Ποιότητα αέρα εσωτερικών χώρων

Ποιότητα αέρα εσωτερικών χώρων

Γενικά

H έννοια του κλιματισμού καθορίζεται ως η επεξεργασία του αέρα χώρου με σκοπό την ρύθμιση των χαρακτηριστικών του (θερμοκρασία – υγρασία – καθαρότητα) για την βελτίωση της άνεσης των χρηστών του χώρου. Επομένως για να καταλάβουμε τον κλιματισμό, πρέπει να γνωρίζουμε τη σύνθεση και τις ιδιότητες του αέρα.

Σύνθεση του αέρα

Ο αέρας είναι ένα αόρατο, άοσμο και άγευστο μίγμα αερίων, που περιβάλλει τη γη μέχρι το ύψος των 650 περίπου χιλιομέτρων, μέχρι το ύψος δηλαδή της Ατμόσφαιράς της. Τα στρώματα της ατμόσφαιρας φαίνονται στο σχήμα 1.2. H τροπόσφαιρα που είναι το κατώτερο στρώμα και το ύψος της φθάνει μέχρι 15 περίπουχιλιόμετρα, μας ενδιαφέρει άμεσα για τον κλιματισμό. Αποτελείται από ένα περίπου σταθερό μίγμα αερίων από τα οποία το καθένα συμπεριφέρεται ως να καταλάμβανε όλο το χώρο μόνο του (Νόμος του Dalton).

H σύνθεση του ξηρού ατμοσφαιρικού αέρα σε ποσοστά βάρους και όγκου φαίνεται στον παρακάτω πίνακα

Ο πραγματικός αέρας που αναπνέουμε περιέχει και μικρές ποσότητες υδρατμών και μολυσματικών στοιχείων που μεταβάλλονται ανάλογα με τον χώρο, την εποχή κλπ. Οι ποσότητες αυτές έχουν μεγάλη σημασία για τον κλιματισμό.

Υδρατμοί (Η2Ο) υπάρχουν στον αέρα κάτω από όλες τις συνθήκες θερμοκρασίας, αλλά σε μικρό ποσοστό, ακόμα και όταν ο αέρας είναι κορεσμένος, δεν μπορεί δηλαδή να συγκρατήσει άλλους υδρατμούς. Έτσι στους 77°F (25°C) ο κορεσμένος αέρας έχει 2% (σε βάρος) υδρατμούς, ενώ στους 57°F (14°C) έχει 1% μόνο.

Από τα παραπάνω συμπεραίνουμε ότι η ικανότητα του αέρα να συγκρατεί υδρατμούς μειώνεται ανάλογα με τη μείωση της θερμοκρασίας του.

Τα μολυσματικά στοιχεία του αέρα εμφανίζονται με τις εξής μορφές:

  • Με τη μορφή σκόνης ή καπνού (στερεά σωματίδια).
  • Με τη μορφή ομίχλης (πολύ μικρά υγρά σωματίδια).
  • Με τη μορφή διαφόρων αερίων.

Τα παραπάνω μολυσματικά στοιχεία μπορεί να είναι βλαβερά ή αβλαβή, οργανικά ή ανόργανα, ορατά ή αόρατα. Σε μια συνηθισμένη ατμόσφαιρα το 99% από τα αιωρούμενα σωματίδια είναι μικρότερα από 1 μm (1 μικρό, δηλαδή 1 εκατομμυριοστό του μέτρου) το καθένα. Για να συλλάβουμε την έννοια του 1 μm αναφέρομε ότι μια ανθρώπινη τρίχα έχει συνήθως διάμετρο από 30 μέχρι 120 μm. Ο αριθμός των αιωρουμένων σωματιδίων στην ατμόσφαιρα, όσο καθαρή και αν είναι, είναι πάρα πολύ μεγάλος, π.χ. σε 1 m3 καθαρού αέρα της εξοχής, πρέπει κανονικά να μετρήσομε πάνω από 35.000.000 σωματίδια τα οποία έχουν μέγεθος μεγαλύτερο από 0,3 μm, ενώ σε ένα δωμάτιο στο οποίο καπνίζουν πολλά άτομα ο αριθμός των σωματιδίων αυτών φθάνει τα 106.000.000. Πάντως παρά το τεράστιο πλήθος τους, το συνολικό βάρος τους σπάνια υπερβαίνει τα 0,002 gr/m3 (2 χλστ, γραμ. ανά  κ.μ. αέρα).

H καλύτερη εφαρμογή του κλιματισμού είναι για τον καθαρισμό του αέρα από τις παραπάνω μολυσματικές ουσίες.

Ιδιότητες του αέρα

α) Πυκνότητα – Βάρος – Πίεση
O αέρας έχει μάζα (ειδική πυκνότητα) και βάρος (ειδικό βάρος). Επομένως πιέζει με το βάρος του την επιφάνεια της γης. H πίεση αυτή στην «κανονική» ατμόσφαιρα είναι 760mmHg (760 χλστ. στήλης Hg) ή 29,921 in.Hg ή 14,7psi, πάνω στην επιφάνεια της θάλασσας. Όσο ανεβαίνομε σε μεγαλύτερα ύψη από την επιφάνεια της θάλασσας τόσο η πυκνότητα και η πίεση του αέρα μικραίνουν.

β) Ειδικός όγκος
Είναι ο όγκος του αέρα (μίγματος) ανά μονάδα βάρους ξηρού αέρα (ft3/lb ή m3/kg). O ειδικός όγκος αυξάνεται ανάλογα με τη θερμοκρασία του αέρα.

γ) Θερμοκρασία ξηρού θερμομέτρου (Ξ.Θ)
Είναι η θερμοκρασία του αέρα που μετράμε με ένα κοινό θερμόμετρο. Αυτή η θερμοκρασία αποτελεί έμμεσα και ένα μέτρο της αισθητής θερμότητας που περιέχεται στον αέρα. Δηλαδή της θερμότητας που όταν προστίθεται ή αφαιρείται από τη μάζα ενός σώματος μεταβάλλει τη θερμική του κατάσταση. H θερμοκρασία του αέρα μειώνεται καθώς ανεβαίνομε σε υψηλότερα στρώματα της τροπόσφαιρας.

δ) Θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου (Y.Θ)
Είναι η θερμοκρασία του αέρα που μετράμε με ένα θερμόμετρο του οποίου ο βολβός καλύπτεται με βρεγμένο πανί και είναι εκτεθειμένος σε ρεύμα αέρα που κινείται γρήγορα.

Όταν ο αέρας είναι κορεσμένος σε υδρατμούς, η θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου συμπίπτει με τη θερμοκρασία ξηρού θερμομέτρου. Όταν ο αέρας έχει λιγότερους από το σημείο κορεσμού υδρατμούς η θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου είναι μικρότερη από τη θερμοκρασία ξηρού θερμομέτρου. Άρα η θερμοκρασία Υ.Θ. αποτελεί έμμεσα ένα μέτρο της λανθάνουσας θερμότητας που περιέχεται στον αέρα. Δηλαδή της θερμότητας που δαπανήθηκε για την ατμοποίηση της ποσότητας νερού που υπάρχει στον αέρα.

ε) Θερμοκρασία σημείου δρόσου (Σ.Δ)
Είναι η θερμοκρασία στην οποία, καθώς ψύχομε βαθμιαία τον αέρα, αρχίζει η συμπύκνωση (υγροποίηση) των υδρατμών. Δηλαδή στο σημείο δρόσου ο αέρας είναι κορεσμένος. Επομένως σε κορεσμένο αέρα έχομε για τις παραπάνω τρεις θερμοκρασίες:

Ξ.Θ. = Υ.Θ. = Σ.Δ.

H θερμοκρασία δρόσου είναι ένας καλός δείκτης της περιεκτικότητας του αέρα σε υδρατμούς.

στ) Σχετική υγρασία (Σ.Υ.)
Είναι ο λόγος του βάρους των υδρατμών που περιέχονται στον αέρα με το βάρος των υδρατμών που θα περιείχε ο αέρας αν ήταν κορεσμένος κάτω από την ίδια θερμοκρασία και την ίδια βαρομετρική πίεση.

ζ) Απόλυτη υγρασία
Είναι το βάρος των υδρατμών που υπάρχουν στην μονάδα όγκου του αέρα. Μετρείται σε lb/ft3 ή σε grains/ft3 (1 lb = 7000 grains) ή σε kg/m3 ξηρού αέρα.

η) Ειδική υγρασία
Είναι το βάρος των υδρατμών που υπάρχουν στη μονάδα βάρους του αέρα (lb/lb ή grains/lb ή kg/kg ξηρού αέρα).

θ) Ενθαλπία (ή θερμοπεριεκτικότητα)
Είναι η θερμοδυναμική ιδιότητα που εκφράζει το ποσό θερμότητας (αισθητής και λανθάνουσας) που περιέχεται στη μονάδα βάρους του αέρα. Εκφράζεται σε Btu/lb ή kcal/kg.