نمودار سایکرومتریک

نمودار سایکرومتریک یا نمودار رطوبت سنجی، یک ابزار مفید برای روشن شدن وضعیت کنترل دما و مقدار رطوبت هوا است. برای تحلیل اقلیم با استفاده از این نرم افزارهایی مانند Climate consultant به آموزش کلایمت کانسولتنت در سایت گروه آپ گرین گرید مراجعه کنید. این نمودار، غلظت های مختلف بخار آب در هوا و همچنین دماهای مربوط به آن، چگالی و محتوای انرژی را نشان می دهد. محور افقی این نمودار نشان دهنده ی دمای خشک، محور عمودی نشان دهنده ی رطوبت مخصوص و منحنی های داخل نمودار نمایانگر درصد رطوبت نسبی است. مقادیر مربوط به دمای تر و نقطه شبنم روی منحنی رطوبت نسبی 100 درصد نشان داده می شود (قیابکلو، 1395: 50).

در مطالعات اقلیمی، مهمترین بخش نمودار سایکرومتریک منطقه آسایش می باشد به طوریکه تمامی تدابیر طراحی اقلیمی قرارگیری شرایط محیطی در محدوده آسایش است. آسایش حرارتی شرایطی از ادراک است که در آن، محیط پیرامون از لحاظ حرارتی رضایت بخش باشد (قیابکلو، 1395: 111). راهکارهای طراحی اقلیمی نیز از مباحثی است که از این نمودار استخراج می شود که در بخش سوم به آن ها اشاره خواهد شد.

• دمای حباب خشک (DB) Dry Bulb

به دمایی گفته می شود که توسط دماسنج معمولی خوانده می شود و نشان دهنده مقدار حرارت محسوس هوا است.
نقطه شبنم و خط اشباع (DP) Dew Point

دمای نقطه شبنم به دمایی گفته می شود که رطوبت موجود در هوا شروع به تقطیر و یا به عبارتی چگالش می کند. دمای نقطه شبنم نشان دهنده رطوبت و بار نهان موجود در هوا است و بهترین شاخص جهت رسیدن به شرایط آسایش است. این عدد بر روی منحنی سمت چپ نمودار نشان داده شده است.

مثال 1 : زمانی که هوای قبلی را سردتر می کنیم، هیچ اتفاقی نمی افتد تا زمانی که به نقطه ای بر روی نمودار می رسیم که تقطیر به وجود می آید که در اینجا دمای 53 درجه فارنهایت است. در این لحظه این هوا با این دما حداکثر مقدار رطوبتی که می تواند داشته باشد را در خود حفظ کرده است. این دما را نقطه شبنم نامگذاری می کنند. از این لحظه به بعد اگر دما به زیر این درجه برسد رطوبت بیشتر از هوا تقطیر می گردد. به طور مثال در دمای 48 درجه، رطوبت 50 grain و در دمای 42 درجه رطوبت 40 grain خواهیم داشت. به خطی که این نقاط شبنم را به یکدیگر وصل می کند، خط اشباع گفته می شود.

مثال 2. در شکل زیر کانال عایق شده ای وجود دارد که دمای هوای داخل آن و به تبع دمای سطح آن 55 درجه فارنهایت است و دمای هوای اطراف کانال 95 درجه است و رطوبت مخصوص 100 grain دارد. می خواهیم ببینیم آیا تقطیر بر روی سطح کانال صورت می گیرد یا نه؟

جواب : پس از ترسیم نقطه خارج از کانال و اتصال به خط اشباع متوجه می شویم دمای نقطه شبنم 67 درجه فارنهایت است.  یعنی در صورتی که دما به زیر این نقطه برسد، تقطیر به وجود می آید که با توجه به دمای 55 درجه فارنهایت، بهتر است توسط عایق کاری دمای سطح کانال را به بالای 67 درجه فارنهایت برسانیم.

• رطوبت نسبی (RH) 

رطوبت نسبی عبارت است از فشار بخار آب موجود در یک هوای غیر اشباع (در حجم و دمای مشخص) نسبت به فشار بخار آب آن هوا در شرایط اشباع. یکی از موارد استفاده رطوبت نسبی مشخص نمودن حداکثر مقدار رطوبتی است که می توان در خانه در فصل زمستان داشت بدون آن که بر روی شیشه ها شبنم بسته شود.

مثال 1 . اگر دمای هوا 35 درجه فارنهایت و دمای اتاق 75 درجه فارنهایت باشد. دمای 35 درجه را به خط اشباع متصل کرده و سپس مانند عکس زیر به صورت افقی حرکت می کنیم تا به خط عمودی دما ثابت 75 درجه برسیم. این نقطه بین نقاط 20 درصد و 30 درصد که تقریبا 23 درصد است، قرار می گیرد. بنابراین ماکزیمم رطوبت نسبی در زمستان 23 درصد است و کنترل رطوبت باید بر اساس آن صورت گیرد.

• دمای حباب تر (WB)

دمای حباب تر به دمایی گفته می شود که توسط یک دماسنج معمولی با حباب پیچیده شده در فیتیله نمناک خوانده می شود. 

مثال 1 . یک پوند هوای با دمای 75 درجه فارنهایت و رطوبت مخصوص 60 grain را در نظر بگیریم. این مقدار هوا را از یک محفظه که آب را به هوا اسپری می کند، عبور می دهیم. در حالت اول هوا دارای رطوبت نسبی 45 درصد است ولی پس از عبور از محفظه اسپری ( در صورتی که اسپری به طور صحیح طراحی شده باشد) به رطوبت نسبی 100 درصد می رسد. دمای هوا در این حالت 61.5 درجه فارنهایت است و این همان دمای حباب تر است. در نظر داشته باشید بر روی خط اشباع دمای حباب تر و دمای حباب خشک و دمای نقطه شبنم با یکدیگر برابر است. رطوبت مخصوص هم 82 grain است.  علت کاهش دمای هوا این است که هنگامیکه آب به هوا اضافه می گردد، جهت تبخیر احتیاج به گرما دارد که از هوا دریافت کرده و باعث می شود دمای هوا کاهش یابد.

تغییرات گرمای محسوس و نهان

تغییرات در دمای حباب خشک و رطوبت مخصوص به تغییرات گرمای محسوس و نهان وابسته هستند. تغییرات حرارت محسوس ناشی از تغییرات دمای هوا به صورت یک خط افقی بر روی نمودار سایکرومتریک نشان داده می شود. به فرآیندی که در آن افزایش دمای حباب خشک اتفاق می افتد، گرمایش و به فرآیندی که در آن کاهش دمای حباب خشک اتفاق می افتد، سرمایش گفته می شود. در این فرآیندها حباب تر تغییر پیدا کرده ولی رطوبت مخصوص و دمای نقطه شبنم ثابت باقی می ماند.

تغییرات در گرمای نهان زمانی اتفاق می افتد که آب موجود در هوا چگالش شده و یا تبخیر گردد و دمای حباب خشک تغییر نکند. این فرآیند توسط خط عمودی در تصویر بالا نشان داده شده است. اگر در این فرآیند رطوبت مخصوص افزایش یابد، به آن رطوبت زنی (بردار شماره 3) و اگر کاهش یابد به آن رطوبت گیری (بردار شماره 4) گفته می شود. در این حالت ها ضمن ثابت بودن دمای حباب خشک، مقدار حباب تر، رطوبت مخصوص و نقطه شبنم تغییر می یابند.

ضریب محسوس

همانطور که بیان شد، حرارت محسوس دارای یک حرکت افقی و حرارت نهان دارای حرکت عمودی است. در صورتی که این دو فرآیند را با محورهای افقی و عمودی نمایش بدهیم، محور مجموع این دو دارای یک شیب به سمت چپ و رو به پایین در نمودار سایکرومتریک خواهد بود. طول این محور گرمای کل بوده و شیب آن را ضریب حرارت محسوس تعریف می کنیم.   
 

ضریب حرارت محسوس را با SHF[1] -Sensible Heat Factor نمایش می دهیم. در صورتی که هیچ حرارت نهانی نداشته باشیم این ضریب برابر 1 خواهد بود و محور گرمای کل بر محور گرمای محسوس منطبق می شود. اگر SHF برابر .8  باشد یعنی 80 % گرمای کل را گرمای محسوس و فقط 20% را گرمای نهان تشکیل می دهد. بدیهی است هر چه عدد ضریب حرارت محسوس کمتر شود، مقدار حرارت نهان بیشتر و مقدار حرارت محسوس کوچکتر می گردد.

تهیه کننده: نیما جعفریان یزدی