Теория
Напомню, что вещество может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии (речь о жилых помещениях с температурой 15-30оС при нормальном — 720-770 мм.рт.ст. — атмосферном давлении). Жидкости характеризуются летучестью паров — при данной температуре некое количество молекул жидкости переходит в газообразное состояние. Количество таких молекул в воздухе зависит от свойств жидкости (есть крайне летучие, как эфир, а есть совсем не летучие, как силиконовое масло), температуры и давления.
Как долго и как много молекул будут покидать жидкую фазу? Это зависит от уже имеющегося их количества в воздухе (газовой фазе). Это прямая аналогия с конкуренцией на рынке. Если рынок пустой и доходный, туда «ломятся» множество производителей. Но чем их больше, тем выше конкуренция и ниже доход. В результате на рынке устанавливается некое равновесие. Тоже самое происходит и с воздухом. Молекулы воды будут переходить в газовую фазу либо до исчерпания жидкости, либо до состояния насыщения (при данной температуре и давлении). Если мы говорим об океане, то молекулы воды очевидным образом кончиться не могут, воды много. Но в помещении обычно нет открытого водного зеркала, откуда происходит испарение (за исключением нашей любимой чашки с чаем или кофе). Вода содержится в гигроскопичных материалах, находящихся в помещении (дерево, ткань и пр.). Т.е. равновесие в данном помещении будет достигнуто не из-за насыщения воздуха парами воды до максимального значения, но потому, что вода закончилась.
Важно понимать, что количество молекул воды в воздухе напрямую зависит от температуры. С ее снижением равновесное содержание также быстро уменьшается. Когда температура становится отрицательной, воды в воздухе очень мало. Напомню, что шкала Цельсия основана на двух реперных точках, связанных с свойствами именно воды. Вода (особо чистая, оговорюсь) замерзает при нуле градусов, а кипит при 100оС. Т.е. при отрицательных температурах воздух быстро высыхает.
Все мы знаем, что это высыхание ведет, например, к тому, что двери из гигроскопичного материала (дерева, МДФ и пр.) «рассыхаются». Точно также увеличиваются щели в полах из паркета или паркетной доски. Естественно, материал невозможно в домашних условиях высушить до нулевого содержания воды, ее количество опять-таки будет равновесным и определяется как свойствами материала, так и условиями окружающей среды.
Далее, человек на 95% состоит из воды. И она тоже испаряется в условиях, когда количество молекул в единице объема воздуха далеко от равновесного. Т.е. мы тоже высыхаем, причем в первую очередь обезвоживаются слизистые, поскольку они в норме влажные (т.е. содержат свободную воду). К чему это ведет, мы тоже хорошо знаем. Горло и язык «пересыхают», появляются неприятные ощущения в носоглотке.
Поскольку — в отличии от атмосферного давления — мы в силах регулировать влажность в жилых помещениях, не комфортные условиях можно изменить. В этой статье речь идет о ручном регулировании, темы «умного дома» не затрагиваются.
Но сначала нужно определиться, как мы будем измерять влажность, по какому критерию мы будет ее регулировать. Различают 2 базовых показателя. Первый совсем простой по смыслу, называется «абсолютная влажность». Очевидным образом, это содержание воды в граммах на единицу объема или веса воздуха. Обычно говорят об объеме, тогда абсолютная влажность измеряется в г/м3, т.е. количество граммов воды в кубометре воздуха в нашей квартире.
Второй чуть сложнее. Если жидкой воды в помещении достаточно, то — как я уже сказал выше — она будет испаряться до достижения равновесного (насыщенного) значения. Например, 5 г/м3. В квартирах, как уже говорилось, свободной жидкой воды, как правило, нет. Следовательно, содержание воды в воздухе равновесного значения не достигнет, вода раньше закончится. Допустим, это значение 2.5 г/м3. Тогда можно определить, сколько это в процентах от равновесного значения, т.е. (2.5/5х100)=50%. Это величину называются относительной влажностью (relative humidity, RH) и именно ее измеряют бытовые гигрометры и психрометры.
Естественно, существуют нормативные документы (ГОСТ, СНиП и пр.), в которых определено, какая влажность для человека комфортная и как оценивать значение влажности в помещениях разного типа. Приведу цитату:
«…СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование», Приложение 5 на правах обязательного, холодный (зима) и переходный (весна и осень) период – оптимальная влажность 30-45%. Те же цифры приведены в СанПиН 2.1.2.1002-00 «Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям». Нормальная влажность в жилых помещениях определена в СанПиН 2.1.2.1002-00. «Требования к жилым зданиям и помещениям». Нормальная влажность в помещении, где нет принудительной системы вентиляции, поддерживается за счет регулярных проветриваний. В соответствии со «СНиП 23-01-99* «Строительная климатология», по величине влажности различают следующие режимы помещения: сухой (меньше 40%), нормальный (40÷50%), влажный (50÷60%) или мокрый (свыше 60%). Согласно ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях», в жилых помещениях не допускается влажность воздуха более 60% (оптимальная величина влажности – не более 45%).»
Вот теперь можно поговорить о том, как влажность регулировать. Она же может быть как низкой (недостаточной), так и высокой (избыточной).
Вначале о наболевшем, о повышении влажности. Надеюсь, вы помните, что с ростом температуры в жилом помещении влажность вырастет сама до равновесного в данных условиях значения. Затем, можно держать рыбок в аквариуме. Можно ставить на отопительные приборы банки с водой, подвешивать специальные трубки с водой (способ популярен в Европе), наконец, просто сушить белье на батарее. Если батареи горячие, эффективность такого способа достаточно велика. Наконец, воду можно искусственно испарять с помощью разнообразных устройств. Они работают на различных принципах, я полагаю наиболее эффективными из доступных ультразвуковые увлажнители (УЗ). Главным показателем такого устройства является объем воды, испаряемой за единицу времени, обычно это миллилитры в час. Мой домашний УЗ имеет значение 300 мл/ч, промышленные устройства — до 1800 мл/ч. Естественно, испарение в час почти двух литров воды в квартире — это перебор. Увлажнение можно совмещать с очисткой воздуха, но это за рамками данной публикации. Напомню, что в УЗ нужно использовать обессоленную или дистиллированную воду, иначе он быстро выйдет из строя.
Осенью в сырую погоду при выключенном отоплении влажность становится избыточной, в квартире промозгло и неуютно. Улучшить ситуацию можно с помощью кондиционера, включенного на осушение.
И, наконец, о предмете этого материала — об измерении относительной влажности в бытовых условиях. Психрометры работают по принципу сравнения значений температуры сухого и влажного термометра. Влажность определяют затем по таблицам, которые размещены на корпусе прибора, например, популярный ВИТ-1:
Обратите внимание на надпись под таблицами — это требование к скорости воздуха, обдувающего термометры (скорость аспирации). Если воздух неподвижен, то прибор будет показывать влажность рядом с ним. Если скорость слишком высокая, то вода во влажном термометре будет испаряться слишком быстро и значение влажности будет завышенным. Ввиду того, что требуется постоянно доливать воду, а сам прибор достаточно громоздкий по нынешним временам, в квартирах его используют редко. Если вам не жалко нескольких сотен рублей, его можно купить для калибровки гигрометров.
Наиболее распространены сейчас гигрометры. Они бывают механическими и цифровыми. Механические гигрометры часто изготавливают в дизайнерском исполнении и используют для украшения интерьера:
Они могут работать на различных принципах, один из простейших — это использование двух спиралей, в зависимости от температуры воздуха и влажности они либо растягиваются, либо сжимаются.
Очевидно, что точность измерения бытовых недорогих механических гигрометров весьма невысока, обычно она выражается величиной т.н. относительной погрешности. Я оцениваю ее в 10% и более. Т.е. если прибор показывает 50%, то реальная влажность может отличаться на (50*0.1)/50*100=10% или 45-55%. Именно поэтому на рисунке выше гигрометр занимает меньше места, чем термометр, а шкала весьма грубая. У меня механических гигрометров нет.
Для более точных измерений используют компактные цифровые гигрометры. О них и пойдет разговор в следующем разделе. Они используют датчики влажности различных типов. В дешевых это подложка из электроизоляционного материала с пленкой из хлорида лития. Электрическое сопротивление этого материала меняется в зависимости от уровня влажности воздуха, что и измеряется электронной частью устройства. Очевидным образом, точность измерения зависит от качества изготовления датчика и электронных компонентов.
Практика контроля влажности в жилом помещении
Давайте уже поговорим о практике. На рисунке представлен тот набор гигрометров, что есть у меня:
Это метеостанции (№№ 1 и 2), их выносные датчики (№№ 5 и 6), а также термогигрометры (т.е. измеряют и температуру, и влажность).
Все устройства на фото (кроме одного) — родные «китайцы». Соответственно, можно предположить, что их заявленные показатели могут сильно отличаться от реальных. Обычно их точность объявляется на уровне 5%.
Устройство №4 — это термогигрометр TechnoLine WS 7005 якобы немецкого производства, который я купил в Испании. Он до сих пор широко продается на Амазоне, его точность в диапазоне влажности 35-80% составляет 5%, за пределами этого интервала — 7%. Обратите внимание, это важно: точность зависит от абсолютного значения, это обусловлено характеристиками датчика:
Видно, что зависимость влажности от сопротивления пленки хлорида лития, во-первых, нелинейная. А во-вторых, показана она начиная от 20% относительной влажности. Это связано с тем, что за пределами диапазона зависимость уже сильно нелинейная, использование показаний сопротивлений сопряжено с большими ошибками. И, наконец, в-третьих, вид кривой для каждого экземпляра датчика будет немного отличаться, что приведет к разнице в показаниях в одинаковых условиях. Кстати, хочу заметить, что полная кривая отклика датчика в зависимости от влажности в большинстве случаев является S-образной (о таких кривых я писал ранее).
Большинство недорогих гигрометров просто неспособны отобразить значения ниже 20%, а показывают что угодно, кроме точного значения. Из показанных на рисунке измерять значения ниже 20% (для нас актуален прежде всего нижний порог) могут только №3 и №7 (они будут подробнее описаны ниже). Чтобы не ошибиться, важно реалистично оценивать условия измерения — например, утром в комнате, в которой всю ночь было открыто окно, а на улице -10оС, влажность составляет 13-15%. Если прибор показывает иное — он с высокой вероятностью врет.
Специализированный гигрометр GM1362 (№3) имеет точность плюс минус 3%. Это специализированный гигрометр (измерение температуры в нем — это дополнительная опция). Его я принял за самый точный из имеющихся прибор, относительно которого я «поверяю» остальные. О поверке см. публикацию. Отмечу только, что термин «поверка» является официальным. Поверкой оборудования в норме занимаются сертифицированные центры, имеющие оборудование высокой точности. В продаже есть уже официально поверенные гигрометры, но стоят они десятки тысяч рублей. Здесь же мы говорим о поверке в смысле сравнения показаний разных устройств, включая принятый за эталон. Хотя по ссылке вы можете найти доступные методы проверки показаний в домашних условиях.
Итак, метеостанция №1 показывает влажность 33%, ее датчик (№6) — 28%. Вторая (№2) тоже 33%, ее датчик (№5) — 29%. Можно предположить, что датчики влажности в самой метеостанции выше классом (т.к. их показания совпадают с «поверочным» гигрометром), чем датчики в выносных блоках.
«Немецкий» прибор влажность занижает (это подтверждают и отзывы пользователей на немецком и других сайтах Амазон). На разницу в 1% между №3 и №7 можно не обращать внимания, т.к. это в пределах погрешности измерений.
Отмечу, что к метеостанциям повыше классом могут продаваться сменные датчики более высокого качества. По умолчанию же внешние блоки измеряют влажность в интервале 20-90%.
Еще одна важная вещь. Выше я упоминал, что скорость аспирации термометров психрометра должна быть в оговоренных пределах. Это верно и для датчиков гигрометров. Очевидно, что количество и расположение вентиляционных отверстий сильно влияет на показания. По-хорошему, гигрометр должен располагаться в токе воздуха (на «сквознячке»), либо обдуваться вентилятором на небольших оборотах. Именно по указанной причине в специализированном гигрометре (№4) датчик вынесен на щуп, а отверстия достаточно большие и расположены вокруг него (а не с одной стороны, как в недорогих приборах).
Наконец, о частоте опроса датчика. Пользователи №4 как раз указывают, что она крайне невелика, порядка одного раза за несколько минут. Для сравнения, скорость обновления показаний №3 составляет 3 секунды. Забавно наблюдать, как после выдоха на датчик его показания растут (воздух из легких насыщен парами воды) пару измерений, а затем плавно снижаются. Отсюда же следует и правило о том, что измерительному устройству надо давать достаточно времени для выхода на стационарные значения (в неизменных условиях, естественно). Прямо из коробки или с улицы прибор будет показывать невесть что.
Сказанное можно проиллюстрировать снимком устройств через некоторый промежуток времени:
Здесь интересно, что разница между показаниями устройств №4 и 6 — и №3 и №7 больше, чем на первом снимке. Это иллюстрирует соображения о том, что датчики должны быть правильно расположены (обдуваться воздухом) и о том, что кривые отклика датчиков различаются. В следующих разделах я кратко остановлюсь на особенностях современных моделей метеостанций и термогигрометров, которые я могу рекомендовать по собственному опыту (все они из известного китайского магазина).
Термогигрометр Xiaomi MiaoMiaoCe E-Ink
«Фишками» прибора являются:
-
элегантный внешний вид (причем на столе он даже красивее, чем на фото)
-
высокая точность измерений и частота опроса датчиков
-
использование экрана типа E-Ink.
Использование дисплея на электронных чернилах (как в ридерах электронных книг) позволило добиться отличных углов обзора и читаемости показаний даже в сумерках. Он очень симпатично сделан и, что важнее, точно показывает и температуру, и влажность. Использован датчик влажности швейцарской разработки (изготовлен, конечно, в Китае), погрешность измерений 3%.
Есть модели, которые могут передавать значения по протоколу Bluetooth на смартфон.
Метеостанция VL2810
Достоинства станции:
-
возможность питания от сети, что позволяет избегать периодической настройки заново и держать подсветку экрана включенной постоянно
-
очень информативный цветной экран с подсветкой (3 режима от яркой до выключенной)
-
измерение давления в мм.рт.ст. возможность калибровки всех датчиков.
Метеостанция на порядок лучше предыдущей модели, которой я пользовался. В комплекте 1, 2 или 3 датчика. Отмечу, что датчики в незащищенном исполнении, поэтому ставить их напрямую на улицу не стоит, лучше на лоджию и пр.
Все датчики (давления, температуры, влажности) можно калибровать — т.е. вносить систематическую поправку, чтобы показания совпадали с эталонным устройством.
Датчик влажности центрального блока достаточно высокого качества, диапазон 10-99%. Точность производителем не указана. Автоматически связывается с датчиками и устойчиво держит связь.
Яркость экрана невелика, а углы обзора очень небольшие. Можно рассматривать это как недостаток, но ночью он не светит в глаза, не мешает спать. Зато в сумерках и темноте видно отлично.
Гигрометр Outest GM1362
https://habrastorage.org/webt/mo/tz/1c/motz1cai98laj7hmq079ybjz9oi.png
Достоинства:
-
диапазон 5-98%, точность плюс-минус 3%
-
высокая частота опроса.
Прибор недорогой, экран с подсветкой, питание от «Кроны», должно хватить надолго (есть автоматическое отключение). Из недостатков могу отметить серую рамку на корпусе, она не позволяет поставить гигрометр на стол, только положить. Сзади есть штативное гнездо с резьбой.
Приобретать этот прибор для использования в квартире особого смысла нет. Он может быть удобен в загородном доме и других локациях, где необходимо быстро измерить влажность в различных местах.
Заключение
Надеюсь, после ознакомления с этим материалом вы стали лучше ориентироваться в проблеме. Именно это и было моей главной целью.
Особо хочу подчеркнуть важный момент: в повседневной жизни нет необходимости измерять относительную влажность с очень высокой точностью, достаточно целого числа. Перфекционизм в этом вопросе ведет лишь к неэффективному расходованию бюджета. При ручном управлении влажностью в доме двухзначного значения вполне достаточно. Важно лишь убедиться в том, что приобретенный гигрометр в принципе работает и не врет на десятки процентов. Приобретение различных устройств (особенно дорогостоящих) имеет смысл только в случае, если вы осознанно и глубоко увлекаетесь этой темой.
