Конденсирование - это процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое или твердое состояние, при охлаждении, или увеличении давления. Конденсирование - процесс обратный парообразованию. Слово “парообразование” может показаться странным и непривычным. Однако это правильный термин, который обобщает все виды перехода в газообразное состояние вещества. Более привычное нам слово - “испарение” - частный случай парообразования.
Бывают и другие. Например, процесс перехода из твёрдого в газообразное состояние называется “сублимацией”. Тоже частный случай парообразования.
Но как правило, в случае с водой речь идёт об испарении. Сублимацию мы можем наблюдать когда “тает” сухой лёд (твёрдый оксид углерода). Он “тает” не в жидкость, а сразу в газ
Придётся ещё объяснить, что такое “пар” и чем он отличается от газа. Если очень сильно упростить, то пар это газовое состояние вещества, при таких условиях, при которых может существовать жидкая форма этого вещества. К примеру, при комнатной температуре, вода или ацетон, могут быть и в жидком виде и в воздухе. В воздухе будет пар. Но газы в составе воздуха (азот, кислород, оксид углерода) при комнатной температуре и обычном давлении в 1 атмосферу, жидкими не могут быть. Собственно поэтому их и называют просто газами и не говорят, что они пар.
Процессы испарения и конденсации могут быть представлены следующими схемами:
жидкость (фаза) → испарение (процесс) → пар (фаза)
пар (фаза) → конденсация (процесс) → жидкость (фаза)
Либо как замкнутый цикл:
жидкость (фаза) → испарение (процесс) → пар (фаза) → конденсация (процесс) → жидкость (фаза)
В результате происходит перенос тепла и перенос вещества (воды) от одних предметов к другим. Поверхности с которых происходит испарение теряют воду и охлаждаются. Поверхности на которые происходит конденсирование получают воду и нагреваются.
Влага попадает в воздух
Парообразованием называется процесс перехода жидкости в пар. Испарением называется парообразование с поверхности жидкости. Парообразование во всём объёме жидкости называется кипением.
Кипение жидкости происходит при определённой температуре, называемой температурой кипения. Температура кипения зависит от давления. Чем больше давление, тем выше температура. К примеру в скороварках, давление больше, и вода кипит при большей температуре, ускоряя приготовление пищи. И наоборот, в горах при приготовлении еды, её приходиться дольше варить, потому что температура кипения воды уменьшается. К примеру на высоте 3000 метров, вода кипит уже при температуре 90 °C.
Испарение происходит при любой температуре. Так как испарение происходит только с поверхности жидкости, то чем больше эта поверхность, тем интенсивнее происходит испарение.
Любое парообразование охлаждает жидкость. При кипении, температура поддерживается непрерывным нагреванием. Если нагревание прекратить, то прекратится и кипение. При испарении, если нагревания не происходит, то просто падает температура. В мокрой одежде холодно не только потому что вода проводит тепло лучше чем воздух. В мокрой одежде будет прохладнее, чем совсем без одежды, потому что вода непрерывно испаряется с поверхности одежды и охлаждает её, и человека под ней.
Что может остановить испарение, так это образование насыщенного пара. Насыщенным паром называют такую концентрацию пара в воздухе, при которой наступает равновесие, и концентрация пара больше не увеличивается.
Максимальное количество водяного пара, которое может содержаться в воздухе, зависит от температуры. Чем выше температура, тем больше водяного пара может содержаться в воздухе. Это связано с тем, что при повышении температуры увеличивается скорость движения молекул воды, что способствует переходу вещества из жидкости в газообразное состояние. Например, при температуре 20 °C максимальное количество водяного пара, которое может содержаться в воздухе, составляет около 17 г/м³, а при температуре 30 °C - уже около 30 г/м³. Причём это не линейная зависимость, потому что при температуре 40 °C это уже около 51 г/м³.
Количество водяного пара в воздухе называют влажностью воздуха. Влажность бывает абсолютная и относительная.
Абсолютная влажность - это количество водяного пара, содержащегося в воздухе на единицу объема или массы воздуха. Она измеряется в граммах на кубический метр (г/м³).
Относительная влажность - это отношение фактического количества водяного пара, содержащегося в воздухе, к максимальному количеству водяного пара, которое может содержаться при данной температуре и давлении. Она измеряется в процентах (%). Например, если при определенной температуре максимальное количество водяного пара, которое может содержаться в воздухе, равно 10 г/м³, а фактическое количество водяного пара составляет 5 г/м³, то относительная влажность будет равна 50%. Относительную влажность измеряют сравнивая показания сухого и мокрого термометров в специальной таблице.
Из опыта мы знаем, что на тёплом воздухе или на тёплой поверхности предметы сохнут быстрее. Это объясняется тем, что чем теплее воздух, тем больше он может взять в себя водяного пара.
Таким образом, получается, что источниками влаги в воздухе являются тёплые и мокрые предметы, либо влажные предметы с большой поверхностью. А таких в человеческом жилье предостаточно: это душ в ванной комнате, это влажное бельё, если оно развешано в помещении, это еда в процессе приготовления, и остывания, это стиральная и посудомоечная машины. Да и сами люди являются предметами тёплыми и влажными, как бы неоднозначно это не звучало. В холодную погоду прекрасно видно образование тумана в выдыхаемом человеком воздухе.
Приготовление еды занимает первое место с большим отрывом, потому что на кухне самые высокие температуры и часто интенсивное кипение. Не просто так, профессиональные кухни, типа ресторанных, оснащены мощными вытяжками. Их задача удалить влажный воздух из помещения, пока он горячий. Потому что когда такой воздух остывает образуется конденсат.
Почему появляется конденсат на окнах
Когда тёплый и влажный воздух остывает, то его абсолютная влажность остаётся прежней, но относительная влажность меняется. Количество водяного пара остаётся прежним, но меняется количество пара, которое может удерживать воздух. В определённый момент, если остывание продолжается, относительная влажность становиться равна 100%, и образуется насыщенный пар.
Ещё это состояние принято называть “точкой росы”. Это название не совсем верное, во-первых, потому что это скорее “точка тумана”, так как роса образуется на поверхности, а во-вторых, потому что “точка” эта - точка на графике, а не в реальном пространстве. Для того, чтобы говорить о точке на графике, надо сначала сказать, какие у этого графика оси, и что там вообще этот график описывает. Потому, мы постараемся не использовать понятие “точка росы”, но прояснить этот термин необходимо, так как он может встречаться в других источниках.
Самая быстрая и самая нежелательная форма конденсата - это туман. Туман образуется при смешивании холодного и тёплого воздуха. Обычно такая история происходит, если есть неплотное закрывание, или другое сквозное отверстие на улицу. В очень холодную погоду мы можем наблюдать образование тумана просто открыв окно на улицу. Но при интенсивном проветривании, этот туман тут же снова испаряется. Похожим образом испаряется туман над чашкой чая. То что мы видим - это именно туман, хотя это и называется паром. Туман, как правило образуется при нарушении герметичности.
Но это не единственная форма конденсата. На холодных предметах может образовываться роса практически минуя форму тумана. Воздух охлаждается у самой поверхности и вода переходит в жидкое состояние.
При дальнейшем охлаждении, вода переходит в твёрдую фазу и происходит обледенение. Обычно в домах такое случается редко. Сейчас умеют делать довольно тёплые окна. Обледенение можно увидеть, например, в морозильных камерах. Там это тоже происходит от нарушения герметичности.
Имеет смысл заметить, что при образовании конденсата выделяется всё то тепло, которое было затрачено для испарения жидкости. Холодный воздух или холодная поверхность, которые вызвали процесс конденсата нагреваются. Но если существует путь для оттока тепла, то тепло уходит на улицу, или в случае морозильной камеры, вызывает дополнительную работу компрессора.
Последствия образования конденсата
Конденсат может образовываться на окнах, стенах, потолке. Особенно подвержены конденсату такие помещения как ванная комната и кухня.
Запотевшие окна в квартире могут вести к разнообразным неприятным последствиям. Во-первых, влага, впитываясь в материалы, существенно ухудшает их теплоизолирующие свойства. Это особенно заметно, если в качестве утепления использованы пористые материалы, вроде минеральной ваты. Вода проникает в них и сильно влияет на их свойства, делая стены менее эффективными в сохранении тепла.
Во-вторых, влага может привести к разрушению стен. Обои и штукатурки, находящиеся под воздействием влаги, могут потерять свою декоративность и механическую прочность. В случае, когда конденсат скапливается на негидроскопичных поверхностях и не впитывается, а стекает вниз, на пол, паркет или ламинат, повреждая их. Это может привести к возникновению пятен, деформации или даже полной деградации напольного покрытия.
Внешний вид помещения портит третье - плесень. А плесень, во-первых, не только портит эстетику, но и представляет серьезную угрозу для здоровья. Ее споры могут вызывать приступы астмы или аллергии у людей, находящихся в помещении. Поэтому борьба с плесенью должна стать приоритетной задачей для всех, кто стремится обеспечить безопасность и комфорт в своем доме или офисе.
Долгое время проблема плесени была недооценена, а ведь ее последствия могут быть крайне опасными. Плесень, разрастаясь на поверхностях, выделяет токсичные вещества, которые могут негативно влиять на дыхательную и иммунную системы человека. Кроме того, при длительном воздействии плесень может разрушать стены и поверхности, что влечет за собой дополнительные расходы на ремонт и восстановление.
Что делать для предотвращения образования конденсата на окнах в квартире
- Вентиляция. Хорошая система вентиляции предотвращает образование конденсата, удаляя влажный воздух из помещения до того как он остыл . Это особенно важно в ванной комнате или кухне, где влажность может быть выше.
- Вытяжка. Под вытяжкой обычно понимают принудительную вентиляцию специальными воздушными насосами или вентиляторами. Локальная вытяжка позволяет удалить горячий влажный воздух непосредственно с места образования - над плитой. Вытяжка должна быть правильно настроена и регулярно очищаться от загрязнений.
- Проветривание. Регулярное проветривание помещений также помогает снизить влажность воздуха и устранить конденсат. Открывайте окна на короткое время, чтобы обновить воздух в помещении. Особенно важно проветривать холодные остеклённые балконы. Потому что проветривая помещение, люди открывают дверь или окно на балкон, а дальше воздух не проходит, он остывает на балконе и оставляет там всю воду. Зимой, заиндевелые стёкла, это конечно красиво, но через них не особо видно улицу, и проходит меньше света.
- Приточная вентиляция. Приточная вентиляция является эффективным способом подачи свежего воздуха в помещение. Правильно сделанная приточная вентиляция позволяет подогреть уличный воздух перед попаданием в помещение. Это особенно полезно в помещениях, где нет возможности открывать окна и двери.
- Решетки на дверях в ванную комнату. Установка решеток на двери в ванную комнату позволяет улучшить циркуляцию воздуха и высушить ванную от остатков воды и конденсата.
- Решетки в подоконнике. Для глубоких окон, в толстых стенах решётки в подоконниках позволяют направить тепло от батареи отопления к окну. Таким образом они позволяют улучшить циркуляцию воздуха и предотвратить конденсат на стекле окна. Это особенно полезно в холодные периоды года и для окон закрытых шторами. Шторы мешают притоку тёплого воздуха к окну.
- Отопление и обогрев. Поддержание оптимальной температуры помещения помогает предотвратить образование конденсата. Смысл отопления заключается в том, чтобы нагревать самые охлаждаемые места и не допускать сильного температурного перепада в помещении. В полностью металлическом автомобиле одиночное стекло не запотевает под воздействием обогрева или потока тёплого воздуха из “печки”, даже зимой.
- Утепление. Утепление окон предотвращает потери тепла, и делает отопление более эффективным. Для окон мероприятия по утеплению могут заключаться в устранении продуваний, заменой уплотнителей или регулировкой фурнитуры, а также в замене стеклопакета на более высокий класс по энергосбережению.
Контроль влажности в помещении имеет огромное значение для сохранения здоровья людей, а также для предотвращения повреждения самого жилища.