Точка росы — определение и применение¶

Точка росы — температура, при которой охлаждаемый газ (обычно воздух) становится насыщенным водяным паром, и при дальнейшем охлаждении пар начинает конденсироваться в жидкие капли воды. Понятие широко используется в метеорологии, строительстве, холодильной технике и промышленной вентиляции.

¶Физическая суть явления

Воздух способен удерживать определённое количество водяного пары. При повышении температуры воздуха его ёмкость по отношению к пару растёт, при понижении — уменьшается. Если охлаждать воздух с постоянным содержанием влаги, наступает момент, когда давление пара становится равным давлению насыщенного пара при данной температуре. Эта температура и называется точкой росы.

Если температура поверхности, соприкасающейся с воздухом, опускается ниже точки росы, на поверхности начинает образовываться конденсат — капли воды. Именно поэтому запотевают окна в холодную погоду, появляется роса на траве ночью, а на трубах холодильной магистрали образуется иней.

Точка росы зависит от двух параметров: температуры воздуха и его абсолютной влажности (массы водяного пара в единице объёма). Чем больше влаги в воздухе, тем выше точка росы и тем вероятнее конденсация на холодных поверхностях.

¶Зависимость от температуры и влажности

При относительной влажности 100 % точка росы совпадает с температурой воздуха. При снижении относительной влажности точка росы падает. Практические значения для температуры воздуха +20 °C:

По значению точки росы оценивают комфорт пребывания в помещении. Согласно общепринятым критериям, температура точки росы ниже 10 °C считается сухим и комфортным воздухом, от 10 до 16 °C — приемлемой, от 16 до 18 °C — дискомфортной («липко»), выше 18 °C — опасной для здоровья из-за риска перегрева.

¶Точка росы в строительстве

В строительной физике точка росы имеет принципиальное значение для расчёта тепловой изоляции ограждающих конструкций (стен, перекрытий, кровли). Водяной пар из тёплого внутреннего помещения диффундирует через стену наружу. Если точка росы оказывается внутри толщи стены, пар конденсируется, что приводит к увлажнению утеплителя, снижению его теплоизоляционных свойств, появлению плесени и разрушению конструкции.

Расчёт точки росы в стене выполняется построением температурного профиля: по разности температур снаружи и внутри, толщине и теплопроводности слоёв определяют температуру в каждой точке сечения. Строительные нормы (в России — СП 50.13330 «Тепловая защита зданий») требуют, чтобы точка росы не выпадала в слой утеплителя, либо чтобы утеплитель был устойчив к увлажнению (например, экструдированный полистирол).

Основные меры защиты:

• размещение пароизоляции со стороны тёплого помещения;
• применение утеплителей с низкой паропроницаемостью в наружных слоях;
• устройство вентилируемых фасадов и вентзазоров;
• контроль герметичности внутренних поверхностей.

¶Метеорология

В метеорологии точка росы используется как показатель влажности воздуха. Она измеряется психрометром, гигрометром или вычисляется по формулам (например, по формуле Магнуса) на основе температуры и относительной влажности.

Образование росы, тумана, изморози и инея связано с охлаждением воздуха или поверхностей ниже точки росы. Ночной радиационный выхолаживание земли охлаждает приземный слой воздуха; если температура опускается ниже точки росы, выпадает роса, а при сильном охлаждении — изморозь. Туман образуется, когда охлаждение всего объёма воздуха приводит к конденсации пара на ядрах конденсации.

¶Холодильная техника и промышленность

В холодильных установках точка росы определяет режим оттаивания испарителей: при работе холодильника влага воздуха постоянно конденсируется на испарителе в виде инея, что ухудшает теплообмен. Периодическая оттайка снимает наледь.

В промышленной вентиляции и сжатом воздухе точка росы контролируется для предотвращения коррозии трубопроводов и повреждения оборудования. Существуют осушители воздуха, понижающие точку росы до заданного значения (типичные значения для промышленных систем — от +3 до +10 °C).

¶Интересные факты

• Точка росы не может превышать температуру воздуха и не опускается ниже абсолютного минимума, соответствующего минимальному содержанию влаги в атмосфере.
• В авиации точка росы учитывается при оценке риска обледенения воздушного судна: опасная зона — когда разность между температурой воздуха и точкой росы мала.
• В виноделии и сельском хозяйстве прогноз точки росы позволяет оценивать риск заморозков: если ночная температура опускается ниже точки росы при низкой влажности, инея может не быть, но растения всё равно повреждаются отрицательными температурами.

¶Источники

• СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»
• ГОСТ Р 54853—2011 «Воздухопроводы. Методы определения аэродинамических и акустических характеристик»
• Рожков В. А. «Основы микроклимата помещений»
• Ландсберг Г. Е. «Физика атмосферы»
• ASHRAE Handbook — Fundamentals (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers)