Kaasujen liukenemisen laskennallinen määrittely

Henryn lain mukaan kaasujen liukeneminen nesteisiin on suoraan verrannollinen nesteen kanssa kontaktissa olevan kaasun osapaineeseen. Nesteeseen liukenevan kaasun mooliosuus voidaan laskea kaavan 1 avulla.

Kaava 1.
Kaava 1.

jossa pa on nesteen kanssa kosketuksissa olevan kaasun osapaine ja H on Henryn vakio, jonka arvoja typelle ja hapelle on annettu taulukossa 1. Kaavasta 1 voidaan johtaa kaava 2,

Kaava 2.
Kaava 2.

jonka avulla saadaan kaasukonsentraatio (mol/m3) vedessä; ρ on veden tiheys.

H
5 °C10 °C15 °C20 °C25 °C30 °C35 °C40 °C45 °C50 °C60 °C70 °C80 °C90 °C
O22,913,273,644,014,384,755,075,355,635,886,296,636,856,99
N​25,976,687,388,048,659,249,8510,410,911,31212,512,612,6

Taulukko 1. Henryn vakion arvoja (GPa) hapelle ja typelle niiden liuetessa veteen eri lämpötiloissa

Henryn laki ilmaisee siis tasapainotilan, johon kaasun kanssa kontaktissa oleva neste riittävän pitkän ajan kuluttua asettuu. Jos esimerkiksi ilmakehään tuodaan astia, jossa on täysin kaasutonta vettä, saavutetaan tasapainotila aluksi aivan veden pintakerroksessa, jonka jälkeen kaasukonsentraatio kasvaa myös vähitellen syvemmällä vedessä. Prosessi voidaan laskea ns. Fickin lain nimellä tunnetun teorian avulla käyttäen apuna ns. numeerisia laskentamenetelmiä.

Vesijohtoveden kaasukonsentraatio

Kaavan 2 avulla saadaan ilmakehästä veteen lämpötilassa 10 °C liukenevaksi hapen määräksi 0.36 mol/m³ ja typen 0.65 mol/m³. Mittausten mukaan vesijohtoveden on todettu olevan likimain kyllästystilassa liuenneiden kaasujen suhteen; käyttövesi sisältää siis noin 1 mol/m³ liuenneita kaasuja, eli kaasun tilavuutena ilmaistuna 24 l/m³ (100 kPa, 20 °C).

​Happi ja typpi patteriverkostossa

Patteriverkoston vedestä happi korroosion vuoksi häviää lähes täysin jo muutamassa tunnissa, joten ilmaustarvetta aiheuttaa liian korkea typpikonsentraatio.

Kun typen kyllästystila kerrostalon patteriverkoston vedessä ylittyy, alkaa yleensä pumppuun nähden etäisimmän linjan ylimmän patterin yläosassa vapautua kuplia. Näissä kuplissa on myös vesihöyryä, jonka osapaine kuplassa on menoveden lämpötilaa vastaava veden höyrynpaine. Olkoon lämpötila tämän patterin yläosassa 70 °C (höyrynpaine 31.2 kPa) ja paine 150 kPa. Tällöin typen osapaine kuplassa on 118.8 kPa. Kaavan 2 mukaan typpikonsentraatioksi vedessä saadaan tällöin 0.52 mol/m³. Siis jo ylipaine 50 kPa ylimmän kerroksen pattereissa takaa sen, että kaasuongelmia ei korkeallakaan menoveden lämpötilalla esiinny, jos veden typpikonsentraatio saadaan tasolle 0.5 mol/m³ (12 l/m³).