Что характеризует влагосодержание влажного воздуха

Молекулярная физика. Влажность воздуха.

Влажность воздуха — это содержание в воздухе водяного пара.

Окружающий нас атмосферный воздух вследствие непрерывного испарения воды с поверхности океанов, морей, водоемов, влажной почвы и растений всегда содержит в себе водяные пары. Чем больше водяных паров находится в определенном объеме воздуха, тем ближе пар к состоянию насыщения. С другой стороны, чем выше температура воздуха, тем большее количество водяных паров требуется для его насыщения.

В зависимости от количества водяных паров, находящихся при данной температуре в атмосфере, воздух бывает различной степени влажности.

Количественная оценка влажности.

Для того чтобы количественно оценить влажность воздуха, пользуются, в частности, поняти­ями абсолю­тной и относительной влажности.

Относительная влажность воздуха φ — это отношение абсолютной влажности воздуха ρ к плотности ρ₀ насыщенного пара при той же температуре. Относительную влажность выражают в процентах:

.

Концентрация пара связана с давлением (p₀ = nkT), поэтому относительную влажность можно определить как процентное отношение парциального давления p пара в воздухе к давлению p₀ насыщенного пара при той же температуре:

.

Под парциальным давлением понимают давление водяного пара, которое он производил бы, если бы все другие газы в атмосферном воздухе отсутствовали.

Если влажный воздух охлаждать, то при некоторой температуре находящийся в нем пар мож­но довести до насыщения. При дальнейшем охлаждении водяной пар начнет конденсироваться в виде росы.

Источник

Увлажнение воздуха: основные понятия

Air humidification: basic concepts

N. Kondrashin, engineer

Keywords: absolute humidity, relative humidity, psychrometric diagram, adiabatic air humidification, isothermal humidification

In the practice of designing and setting up ventilation and air conditioning systems and cold centers for buildings for various purposes, knowledge of the theoretical and practical foundations of issues related to air humidity is required. We bring to the attention of our readers an article on the basics of this section of air conditioning. The topic is supposed to be developed in the next issue of the magazine.

В практике проектирования и наладки систем вентиляции и кондиционирования воздуха и хладоцентров зданий различного назначения необходимы знания теоретических и практических основ вопросов, касающихся влажности воздуха. Предлагаем вниманию читателей статью об основах данного раздела кондиционирования воздуха. Развить тему предполагается в следующем номере журнала.

Увлажнение воздуха: основные понятия

В практике проектирования и наладки систем вентиляции и кондиционирования воздуха зданий различного назначения необходимо знание вопросов, относящихся к учету влажности воздуха. В 2004 году творческий коллектив НП «АВОК» в составе М. Г. Тарабанова, В. Д. Коркина и В. Ф. Сергеева разработал справочное пособие «Влажный воздух», которое стало первой в отечественной практике попыткой систематизировать определения и расчетные зависимости основных параметров влажного воздуха и привести их в соответствие с международными стандартами. В 2012 году издательство «АВОК-ПРЕСС» выпустило книгу М. Г. Тарабанова «Кондиционирование воздуха», в которой много внимания уделено i-d-диаграмме влажного воздуха. Данной теме посвящен и ряд публикаций в журнале «АВОК». Однако, вопросы, относящиеся к учету влажности воздуха, по-прежнему требуют пристального внимания специалистов. Предлагаем вниманию читателей статью об основах раздела «Влажный воздух». Развить тему предполагается в следующем номере журнала.

Абсолютная и относительная влажность

Влажность воздуха характеризуют два основных параметра – абсолютная и относительная влажность. При разных температурах воздух может поглощать разное количество влаги: чем выше температура, тем больше влаги может содержаться в воздухе. Абсолютная влажность описывает точное количество влаги, содержащейся в воздухе в граммах воды на килограмм воздуха. Относительная влажность показывает, какое количество влаги относительно максимально возможного для этой температуры содержится в воздухе. Поэтому летом при температуре +25 °C и относительной влажности 30 % в воздухе присутствует значительно больше влаги, чем зимой при температуре –5 °C и относительной влажности 80 %. Нагревание воздуха приводит к уменьшению его относительной влажности, при этом значение абсолютной влажности остается тем же самым.

Для каждого значения давления существует определенная точка, при которой воздух становится неспособным поглотить большее количество влаги. Эта температура называется температурой насыщения, или точкой росы. Если понизить температуру воздуха ниже точки росы, из воздуха начинает выпадать конденсат. Предположим, что у нас есть закрытый сосуд, температура воздуха в котором составляет +20 °C. Абсолютная влажность этого воздуха составляет 10 г/кг, а относительная влажность – 70 %. На основе этих данных можно определить по психрометрической диаграмме, что при снижении температуры воздуха на 6 °C или повышении абсолютной влажности на 5 г/кг воздух достигнет точки росы, а стенки сосуда с внутренней стороны запотеют – на них появится конденсат.

Психрометрическая диаграмма (диаграмма Молье)

Линии, соответствующие постоянному значению удельной энтальпии h, проходят слева направо и сверху вниз. Линии, обозначающие постоянное влагосодержание x, располагаются вертикально. Горизонтальная ось, на которую нанесены значения влагосодержания х, не проходит через начало координат – так диаграмма становится более наглядной. В качестве второй оси абсцисс можно использовать кривую парциального давления водяного пара, которое зависит только от влагосодержания x и давления воздуха p. На проходящие под наклоном вниз линии нанесены значения удельной энтальпии h. На диаграмме также показаны кривые относительной влажности. Чтобы определять изменения параметров было проще, на диаграмму могут быть нанесены дополнительные линии (Δh/Δx), например для отслеживания изменений при паровом увлажнении воздуха. Изотермы проходят в области ненасыщенного воздуха с небольшим наклоном. После точки насыщения (относительная влажность = 1) линии направлены вниз, поскольку при достижении максимального паросодержания дополнительная вода может присутствовать в воздухе только в жидкой фазе в виде небольших капель (тумана). В зоне тумана изотерма отличается от проходящей через точку насыщения изоэнтальпы (линии постоянной энтальпии) только на небольшое значение энтальпии, вносимое влагой в виде тумана. В области ненасыщенного воздуха проходят кривые постоянной относительной влажности, равномерно разделенные соответствующими изотермами в диапазоне от 0 до 1. На диаграмме видно, что относительная влажность всегда снижается при нагревании воздуха, если влагосодержание x при этом остается постоянным.

Нагрев при постоянной абсолютной влажности

Нагрев воздуха осуществляется при сохранении количества содержащегося в нем водяного пара. При этом энтальпия воздуха увеличивается, а относительная влажность воздуха снижается (именно это имеют в виду, когда говорят «отопление сушит воздух»). В российских условиях нагрев воздуха – обязательная функция большинства вентиляционных агрегатов, поэтому в течение всего отопительного сезона вентиляционные установки подают в помещения свежий воздух с комфортной температурой, но низкой относительной влажностью.

Адиабатическое увлажнение воздуха (распыление или испарение воды)

Если распыление или испарение воды осуществляется без подвода тепла, то затрачиваемая на испарение энергия забирается из окружающего воздуха, и воздух охлаждается. Так как процесс охлаждения проходит в адиабатических условиях, т. е. без потерь тепла и подвода его извне, он называется адиабатическим охлаждением. На психрометрической диаграмме точное направление, в котором происходит процесс охлаждения во время увлажнения, может быть определено на основе характеристики (Δh/(Δx. Расчет характеристики (Δh/(Δx: (Δh = изменение энтальпии, кДж/кг; (Δx = изменение влагосодержания, г/кг.

Принцип адиабатического увлажнения используют системы увлажнения различных типов: ультразвуковые, оросительные (сотовые), форсуночные низкого и высокого давления. Системы различных типов имеют свои особенности и ограничения для применения.

Изотермическое увлажнение (увлажнение с помощью пара)

Если увлажнение воздуха осуществляется паром, то температура, как правило, остается неизменной, поскольку водяной пар не обменивается энергией с воздухом – подведения теплоты для испарения воды уже не требуется. Расчет характеристики (Δh/(Δx выполняется так же, как и в предыдущем случае.

Изотермическое увлажнение воздуха на практике осуществляется в паровых увлажнителях (парогенераторах) с электродным или резистивным нагревом воды. Выбор технологии нагрева в основном зависит от параметров используемой воды.

Увлажнение воздуха: зачем оно нужно?

Большинство людей чувствует себя наиболее комфортно при температуре от +20 до +22 °C и относительной влажности от 40 до 60 %. Если значение относительной влажности опускается ниже 30 %, как это случается в отопительный сезон, начинаются проблемы: сухой воздух стремится поглотить как можно больше влаги, которую он забирает из окружающей среды, в том числе и из находящихся в ней людей. В результате может появиться кожный зуд, жжение в глазах, головная боль и общая усталость – так проявляется обезвоживание.

Сухой воздух вызывает пересыхание слизистых оболочек дыхательных путей и глаз, нарушая их нормальную работу. В результате пыли и болезнетворным микроорганизмам становится проще проникнуть через естественный защитный барьер, что приводит к нарушению нормального функционирования органов дыхания и повышению риска вирусных заболеваний. По данным научных исследований, чтобы снизить риск заражения и вероятность проявления болезненных симптомов до минимально возможного уровня, следует поддерживать влажность воздуха на уровне 40–60 %. Кроме того, падение уровня относительной влажности ниже 35 % приводит к пересыханию одежды, ковров, мебели и других находящихся в помещении предметов, а это способствует усиленному образованию пыли. В сухом воздухе все виды пластиков накапливают электрический заряд, который притягивает еще больше частиц пыли.

Влажность гигроскопичных материалов стремится к равновесию с влажностью окружающего воздуха: после прекращения увлажнения предметы интерьера в помещениях начнут отдавать влагу обратно воздуху. Если в помещении находятся произведения искусства, музыкальные инструменты, мебель или паркет из ценных пород дерева, такое колебание влажности может привести к их растрескиванию и порче, поэтому необходимо не только создать правильную влажность, но и автоматически поддерживать ее, чтобы ни колебания температуры, ни изменения влажности наружного воздуха не могли повлиять на изменение влажности в помещении.

Поделиться статьей в социальных сетях:

Источник

Основные параметры влажного воздуха

Основными характеристиками влажного воздуха являются абсолютная и относительная влажности, влагосодержание и степень насыщения.

Абсолютной влажностью воздуха D называют количество водяного пара (кг), содержащегося в 1 м 3 влажного воздуха. Учитывая, что влажный воздух представляет собой газовую смесь, объем пара в смеси равен объему всей смеси, следовательно, абсолютная влажность может быть выражена в виде плотности пара р_п в смеси при своем парциальном давлении р_п и температуре смеси:

Относительной влажностью воздуха j называется отношение действительной абсолютной влажности воздуха р_п к максимально возможной абсолютной влажности p_s при той же температуре:

или

Соотношение справедливо, когда можно считать, что пар жидкости является идеальным газом вплоть до состояния насыщения.

Из выражения видно, что относительная влажность j определяет отношение парциального давления водяного пара, содержащегося во влажном воздухе, к давлению насыщения при данной температуре. Значение j можно выражать в долях единицы или в процентах. Так как Р_п

Влагосодержание d влажного воздуха — это отношение массы т, водяного пара, содержащегося во влажном воздухе, к массе т_в сухого воздуха:

Влагосодержание d измеряют в килограммах пара на килограмм сухого воздуха (кг/кг) или в граммах на килограмм (г/кг).

Величина d определяет массу пара, содержащегося в 1 кг сухого воздуха или в (1+d) кг влажного воздуха. Величина влагосодержания d определяется следующим образом.

Относительная влажность j и влагосодержание d влажного воздуха определяются с помощью психрометра.

Степень насыщения y влажного воздуха определяется отношением

Путём необходимых преобразований получаем

Для процессов, протекающих в атмосфере, значения величин Р_s и Р_п малы по сравнению с величиной Р, а вблизи насыщения величины Р_s и Р_п мало отличаются друг от друга и поэтому можно считать, что y»j.

Источник

Влажность воздуха. Способы определения влажности воздуха

Содержание

Вещества могут переходить из твёрдого состояния в жидкое, а из жидкого – в газообразное. Последнее превращение называют парообразованием, которое может проходить путем испарения или кипения.

Кипение происходит при определённой температуре для каждой жидкости. А вот испарение жидкости, напротив, происходит при любой ее температуре.

Значит, испарение на нашей планете происходит непрерывно: испаряется вода с поверхностей озер, океанов, рек, различной растительности и т. д. Вследствие этого воздух в нашей атмосфере всегда содержит в себе водяные пары.

Влажность – это понятие, которое характеризует содержание водяного пара в атмосфере. В данном уроке мы разберем понятия абсолютной и относительной влажности воздуха, точки росы, познакомимся с приборами для измерения влажности воздуха.

Абсолютная и относительная влажность

Количество водяных паров в воздухе при определенной температуре определяет степень влажности. Но как эту степень оценить? В этом нам помогут два новых определения: абсолютная влажность и относительная влажность.

Степень влажности определяется фактором того, насколько водяной пар близок или далек от состояния насыщения.

Вспомним: насыщенным называют пар, который находится в динамическом равновесии со своей жидкостью. Число молекул, вылетающих из жидкости, становится равно числу молекул, возвращающихся в нее.

Соответственно, зная только абсолютную влажность, нельзя сказать сухой это воздух или влажный, насколько он близок к состоянию насыщения.

Чаще всего водяной пар, содержащийся в воздухе, является ненасыщенным. Если бы водяной пар в воздухе был всегда насыщенным, то все, что находится на земной поверхности, никогда бы не высыхало.

Точка росы

В любом случае в воздухе находится водяной пар. Если мы будем понижать температуру воздуха, то при определенной температуре сможем довести пар, содержащийся в нем, до состояния насыщения.

Если после этого продолжать снижать температуру, то пар начнет конденсироваться. В итоге, образуется туман, и выпадают капельки росы. Здесь у нас появляется еще одна новая величина, которая тоже характеризует влажность воздуха, – точка росы.

Точка росы – это температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным.

Влажность воздуха измеряют с помощью специальных приборов: конденсационных и волосных гигрометров и психрометров.

Конденсационный гигрометр

Рассмотрим устройство и принцип работы конденсационного гигрометра (рисунок 1). С помощью него можно определить абсолютную влажность воздуха по точке росы.

В его основе – небольшая металлическая коробка 1. Ее передняя стенка 2 окружена кольцом 3. Поверхности этих элементов хорошо отполированы. Между ними помещена теплоизолирующая прокладка 4. К самой коробке присоединена резиновая груша 5. Внутрь коробки вставлен термометр 6.

Заполним коробку, например, эфиром. Вы уже знаете, что эта жидкость достаточно быстро испаряется. Начнём продувать воздух через коробку с помощью груши. Так мы ускорим испарение эфира, коробка быстро охладится. Вскоре на полированной поверхности появятся капельки росы.

Отметим температуру, которая наблюдается в данный момент. Так мы определили точку росы. Именно в этот момент пар стал насыщенным.

Далее, используя специальные таблицы, можно определить абсолютную влажность воздуха.

Вид обычного лабораторного гигрометра представлен на рисунке 2.

Волосной гигрометр

Из названия этого прибора можно догадаться, что где-то в его устройстве присутствует волос. И, действительно, действие волосного гигрометра (рисунок 3) основано на одном интересном свойстве человеческого волоса. Дело в том, что при увеличении относительной влажности воздуха волос удлиняется.

На шкале этого прибора уже отмечены величины относительной влажности воздуха. При увеличении относительной влажности волос удлиняется, а при уменьшении – укорачивается. При этом стрелка двигается вдоль шкалы, указывая на величину относительной влажности воздуха.

Психрометр

Психрометр (от латинского психрос – холодный, метрио – измерять) представлен на рисунке 4.

Этот прибор состоит из двух термометров. Конец одного из них обмотан тканью и опущен в воду. Вода испаряется, термометр охлаждается. Термометры будут показывать разные значения.

Испарение проходит менее интенсивно при большой относительной влажности, и более интенсивно при малой относительной влажности. Чтобы оценить ее, нужно зафиксировать разность температур на термометрах. Для них также существуют специальные таблицы, из которых можно узнать величину относительной влажности воздуха.

Влажность в окружающем мире

Влажность воздуха важна как в природе, так и в быту человека. Изначально, наше самочувствие часто зависит от этого показателя. Ведь интенсивность испарения влаги с нашего кожного покрова определяется влажностью воздуха. Низкая влажность может приводить к пересыханию слизистых оболочек, проблемам с кожей и волосами, а очень высокая – к ухудшению общего физического состояния.

Влажность воздуха влияет на теплообмен многих организмов с окружающей средой, на жизнь животных и растений. Когда люди выращивают растения в теплицах или оранжереях, им необходимо знать и контролировать влажность воздуха. Таким образом поддерживается нужный режим для их роста и жизнедеятельности.

Значение влажности воздуха играет большую роль в метеорологи для прогнозов погоды. При работе различной техники важно учитывать влажность – при высоких показателях быстрее возникает коррозия. При хранении важных произведений искусств и книг также следят за влажностью.

Источник

Термодинамические параметры влажного воздуха

С этого номера начинаем публикацию серии статей под рубрикой «Мастер-класс» для специалистов, занимающихся системами вентиляции и кондиционирования воздуха (СКВ), а также холодильным оборудованием. В первой статье этой серии изложены основные термины и определения, которые будут использованы в последующих разделах, также рассмотрены основные процессы обработки воздуха до заданных кондиций, при которых человек чувствует себя комфортно (комфортное кондиционирование).

Рис. 1. Отображение процессов обработки воздуха на d–h-диаграмме

Рис. 2. Изображение на d–h-диаграмме параметров воздуха при кондиционировании

Рис. 3. К расчету температуры приточного воздуха

Основные термины и определения

Атмосферный воздух представляет собой не расслаиваемую смесь газов (N2, O2, Ar, CO2 и др.), которую называют сухой воздух, и паров воды. Состояние воздуха характеризуется: температурой t [°C] или Т [К], давлением барометрическим рб [Па], абсолютным рабс = рб + 1 [бар] или парциальным рпар, плотностью ρ [кг/м3], удельной энтальпией (теплосодержанием) h [кДж/кг]. Состояние влаги в атмосферном воздухе характеризуется влажностью абсолютной D [кг], относительной &#981 [%] или влагосодержанием d [г/кг].Давление атмосферного воздуха рб представляет собой сумму парциальных давлений сухого воздуха рс и водяного пара рп (закон Дальтона):

Если газы могут смешиваться в любых количествах, то воздух может вместить лишь определенное количество водяных паров, потому что парциальное давление паров воды рпв в смеси не может быть больше парциального давления насыщения рн этих паров при данной температуре. Существование предельного парциального давления насыщения проявляется в том, что все избыточные пары воды сверх этого количества конденсируются.

При этом влага может выпадать в виде капель воды, кристаллов льда, тумана или изморози. Наименьшее содержание влаги в воздухе может быть доведено до нуля (при низких температурах), а наибольшее — примерно 3 % по массе или 4 % по объему. Абсолютная влажность D — количество пара [кг], содержащееся в одном кубическом метре влажного воздуха:

где Мп — масса пара, кг; L — объем влажного воздуха, м3.При практических расчетах за единицу измерения, характеризующую содержание пара во влажном воздухе, принимается влагосодержание. Влагосодержание влажного воздуха d — количество пара, содержащееся в объеме влажного воздуха, состоящего из 1 кг сухого воздуха и Мв [г] пара:

где Мc — масса сухой части влажного воздуха, кг. Относительной влажностью &#981 или степенью влажности, или гигрометрическим показателем, называют отношение парциального давления паров воды к парциальному давлению насыщенных паров, выраженное в процентах:

&#981 = (рп/pн)100 % ≈ (d/dп)100 %. (4)

Относительную влажность можно определить, измеряя интенсивность испарения воды. Естественно, чем ниже влажность, тем активнее будет идти испарение влаги. Если термометр обмотать влажной тканью, то показания термометра будут уменьшаться относительно сухого термометра. Разность показаний температур сухого и мокрого термометров дают определенное значение степени влажности атмосферного воздуха.

Удельная теплоемкость воздуха c — это количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг воздуха на 1 К. Удельная теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении зависит от температуры, однако для практических расчетов систем СКВ удельная теплоемкость как сухого, так и влажного воздуха:

сс.в = 1 кДж/(кг⋅К) = 0,24 ккал/(кг⋅К) = 0,28 Вт/(кг⋅К), (5)

Удельную теплоемкость водяного пара cп принимают равной:

сп = 1,86 кДж/(кг⋅К) = 0,44 ккал/(кг⋅К) = 0,52 Вт/(кг⋅К), (6)

Сухое или явное тепло — тепло, которое добавляется или отводится от воздуха без изменения агрегатного состояния пара (изменяется температура). Скрытое тепло — тепло, идущее на изменение агрегатного состояния пара без изменения температуры (например, осушка).Энтальпия (теплосодержание) влажного воздуха hв.в — это количество тепла, которое содержится в объеме влажного воздуха, сухая часть которого весит 1 кг.

Иначе, это количество теплоты, которое необходимо для нагревания от нуля до данной температуры такого количества воздуха, сухая часть которого равна 1 кг. Обычно принимают удельную энтальпию воздуха h = 0 при температуре воздуха t = 0 и влагосодержании d = 0. Энтальпия сухого воздуха hc.в равна:

hc.в = ct = 1,006t [кДж/кг], (7)

где с — удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг⋅К).Энтальпия 1 кг водяного пара равна:

hв.п = 2500 + 1,86t [кДж/кг], (8)

где 2500 — скрытая теплота испарения 1 кг воды при температуре нуль градусов, кДж/кг; 1,86 — теплоемкость водяного пара, кДж/(кг⋅К).При температуре влажного воздуха t и влагосодержании d энтальпия влажного воздуха равна:

hв.в = 1,006t + (2500 +1,86t)×(d/1000) [кДж/кг],где d = (&#981/1000)dн [г/кг], (9)

Тепло и холодопроизводительность Q системы кондиционирования воздуха можно определить по формуле:

Q = m(h2 – h1) [кДж/ч], (10)

где m — расход воздуха, кг; h1, h2 — начальная и конечная энтальпии воздуха. Если влажный воздух охлаждать при неизменном влагосодержании, то будет снижаться энтальпия и температура, а относительная влажность будет увеличиваться. Наступит момент, когда воздух станет насыщенным и его относительная влажность будет равна 100 %. При этом начнется испарение из воздуха влаги в виде росы — конденсация пара.

Эта температура называется точкой росы. Температура точки росы для различных температур сухого воздуха и относительной влажности приведена в табл. 1.Точка росы является пределом возможного охлаждения влажного воздуха при неизменном влагосодержании. Для определения точки росы необходимо найти такую температуру, при которой влагосодержание воздуха d будет равно его влагоемкости dн.

Графическое построение процессов обработки воздуха

Для облегчения расчетов уравнение теплосодержания влажного воздуха [9] представляют в виде графика, получившего название d–hдиаграмма (в технической литературе иногда употребляется термин i–dдиаграмма).В 1918 г. профессор Петербургского университета Л.К. Рамзин предложил d–hдиаграмму, на которой однозначно отражается связь между параметрами влажного воздуха t, d, h, &#981 при определенном атмосферном давлении pб.

При помощи d–hдиаграммы графическим методом просто решаются задач, решение которых аналитическим путем требует хотя и простых, но кропотливых вычислений. В технической литературе встречаются различные интерпретации этой диаграммы, которые имеют незначительные отличия от d–hдиаграммы Рамзина.

Это, например, диаграмма Молье (Mollier), диаграмма Кэриер (Carrier), опубликованная Американским обществом по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE), диаграмма Французской ассоциации инженеров в области искусственного климата, вентиляции и холода (AICVF). Последняя диаграмма очень точная, выполнена трехцветной печатью.

Однако в нашей стране была распространена и используется в настоящее время, как правило, диаграмма Рамзина. Она имеется во многих учебниках, ее используют проектные организации. Поэтому и нами она взята за основу (рис. 1).Данная d–hдиаграмма Рамзина построена в косоугольной системе координат. По оси ординат откладываются значения энтальпии h, а по оси абсцисс, расположенной под углом 135° к оси ординат, откладывается влагосодержание d. Начало координат (точка 0) соответствует значениям h = d = 0.

Ниже точки 0 откладываются отрицательные значения энтальпии, выше — положительные. На полученной таким образом сетке строятся линии изотерм t = const, линии постоянных относительных влажностей &#981 = const, парциального давления водяного пара и влагосодержания. Нижняя кривая &#981 = 100 % характеризует насыщенное состояние воздуха и называется пограничной кривой. При повышении барометрического давления линия насыщения смещается вверх, а при понижении давления — вниз.

Так, при проведении расчетов для СКВ, расположенных в районе г. Киева, необходимо пользоваться диаграммой с барометрическим давлениемpб = 745 мм рт. ст. = 99 кПа. На d–hдиаграмме область, расположенная выше пограничной кривой (&#981 = 100 %), является областью ненасыщенного пара, а область ниже пограничной кривой — перенасыщенного влажного воздуха.

В этой области насыщенный воздух содержит влагу в жидкой или твердой фазе. Как правило, это состояние воздуха неустойчиво, поэтому на d–hдиаграмме процессы в ней не рассматривают. На d–hдиаграмме каждая точка выше пограничной кривой отражает определенное состояние воздуха (температуру, влагосодержание, относительную влажность, энтальпию, парциальное давление водяного пара).

Если воздух подвергается термодинамическому процессу, то переход его из одного состояния (точка А) в другое (точка В) соответствует на d–hдиаграмме линии А–В. В общем случае это кривая линия. Однако нас интересует только начальное и конечные состояния воздуха, а промежуточные не имеют значения, поэтому линию можно представить прямой, соединяющей начальное и конечное состояния воздуха.

Для определения на d–hдиаграмме точки, соответствующей некоторому состоянию воздуха, достаточно знать два независимых друг от друга параметра. Искомая точка находится на пересечении линий, соответствующим этим параметрам. Проведя перпендикуляры к линиям, на которых откладываются другие параметры, определяют их значения. Также определяется на d–hдиаграмме температура точки росы.

Так как температура точки росы является самой низкой температурой, до которой можно охладить воздух при постоянном влагосодержании, то для нахождения точки росы достаточно провести линию d = const до пересечения с кривой &#981 = 100 %. Точка пересечения этих линий есть точка росы, а соответствующая ей температура — температура точки росы. С помощью d–hдиаграммы можно определить температуру воздуха по мокрому термометру.

Для этого из точки с заданными параметрами воздуха проводим изоэнтальпу (h = const) до пересечения с линией &#981 = 100 %. Температура, соответствующая точке пересечения этих линий, есть температура мокрого термометра. В технической документации на кондиционеры оговариваются условия, при которых производились измерения номинальной холодопроизводительности. Как правило, это температура сухого и мокрого термометров, соответствующая относительной влажности 50 %.

Процесс нагревания воздуха

При нагревании воздуха линия термодинамического процесса проходит по прямой А–В с постоянным влагосодержанием (d = const). Температура воздуха и энтальпия увеличиваются, а относительная влажность уменьшается. Расход тепла на нагрев воздуха равен разности энтальпий конечного и начального состояний воздуха.

Процесс охлаждения воздуха

Процесс охлаждения воздуха на d–hдиаграмме отражается прямой, направленной вертикально вниз, (прямая А–С). Расчет производится аналогично процессу нагревания. Однако если линия охлаждения идет ниже линии насыщения, то процесс охлаждения пойдет по прямой А–С и далее по линии &#981 = 100 % от точки С1 до точки С2. Параметры точки С2: d = 4,0 г/кг, t = 0,5 °С.

Процесс осушения влажного воздуха

Осушение влажного воздуха абсорбентами без изменения теплосодержания (без отвода и подвода тепла) происходит по прямой h = const, то есть по прямой А–D, направленной вверх и влево (прямая А–D1). При этом влагосодержание и относительная влажность снижаются, а температура воздуха возрастает, т.к. в процессе абсорбции происходит конденсация пара на поверхности абсорбента, и освобожденная скрытая теплота пара переходит в тепло явное. Пределом этого процесса является точка пересечения прямой h = const с ординатой d = 0 (точка D1). Воздух в этой точке полностью освобожден от влаги.

Адиабатическое увлажнение и охлаждение воздуха

Адиабатическое увлажнение и охлаждение (без теплообмена c внешней средой) на d–hдиаграмме от исходного состояния (точка N) отражается прямой, направленной вниз по h = const (точка K). Процесс происходит при контакте воздуха с водой, постоянно циркулирующей в оборотном цикле. Температура воздуха при этом падает, влагосодержание и относительная влажность возрастают.

Пределом процесса является точка на кривой &#981 = 100 %, которая является температурой мокрого термометра. Одновременно эту же температуру должна приобрести рециркулирующая вода. Однако в реальных СКВ при адиабатических процессах охлаждения и увлажнения воздуха точка &#981 = 100 %, несколько не достигается.

Смешение воздуха с различными параметрами

На d–hдиаграмме параметры смешанного воздуха (с параметрами, соответствующими точкам (X и Y) можно получить следующим образом. Соединяем точки Х и Y прямой. Параметры смешанного воздуха лежат на этой прямой, и точка Z делит ее на отрезки, обратно пропорциональные массе воздуха каждой из составных частей. Если обозначить пропорцию смеси n = Gx/Gy, то чтобы на прямой Х–Y найти точку Z, необходимо прямую Х–Yразделить на количество частей n + 1 и от точки X отложить отрезок, равный одной части.

Точка смеси всегда будет ближе к параметрам того воздуха, сухая часть которого имеет большую массу. При смешивании двух объемов ненасыщенного воздуха с состояниями, соответствующими точкам Х1 и Y1, может случиться, что прямая Х1–Y1 пересечет кривую насыщения &#981 = 100 % и точка Z1 окажется в области туманообразования. Такое положение точки смеси Z2 показывает, что в результате смешения будет происходить выпадение влаги из воздуха.

Точка смеси Z1 при этом перейдет в более устойчивое состояние на кривую насыщения &#981 = 100 % в точку Z2 по изоэнтальпе. При этом на каждый килограмм смеси выпадает dZ1 – dZ2 грамм влаги.

Угловой коэффициент на d–hдиаграмме

ε = (h2 – h1)/(d2 – d1) = Δh/Δd (11)

однозначно определяет характер процесса изменения влажного воздуха. Причем значения величин Δh и Δd могут иметь знак «+» или «–», либо они могут быть равны нулю. Величина ε называется тепловлажностным отношением процесса изменения влажного воздуха, а при изображении процесса лучом на d–hдиаграмме — угловым коэффициентом:

ε = 1000(Δh/Δd) = ±(Qизб/Мв), кДж/кг, (12)

Таким образом, угловой коэффициент равен отношению избытков тепла к массе выделившейся влаги. Угловой коэффициент изображается отрезками лучей на рамке поля d–hдиаграммы (шкала угловых коэффициентов). Так, для определения углового коэффициента процесса X–Z необходимо из точки 0 (по шкале температур) провести прямую параллельную линии процесса X–Z до шкалы угловых коэффициентов. В данном случае линия O–N укажет угловой коэффициент, равный 9000 кДж/кг.

Термодинамическая модель СКВ

Процесс подготовки воздуха перед подачей его в кондиционируемое помещение составляет совокупность технологических операций и называется технологией кондиционирования воздуха. Технология тепловлажностной обработки кондиционируемого воздуха определяется начальными параметрами воздуха, подаваемого в кондиционер, и требуемыми (задаваемыми) параметрами воздуха в помещении.

Для выбора способов обработки воздуха строят d–hдиаграмму, позволяющую при определенных исходных данных найти такую технологию, которая обеспечит получение заданных параметров воздуха в обслуживаемом помещении при минимальных расходах энергии, воды, воздуха и т.д. Графическое отображение процессов обработки воздуха на d–hдиаграмме называется термодинамической моделью системы кондиционирования воздуха (ТДМ).

Параметры наружного воздуха, подаваемого в кондиционер для последующей обработки, изменяются в течение года и суток в большом диапазоне. Поэтому можно говорить о наружном воздухе как о многомерной функции Xн = хн(t). Соответственно, совокупность параметров приточного воздуха есть многомерная функция Xпр = хпр(t), а в обслуживаемом помещении Xпом = хпом(t) (параметры в рабочей зоне).

Технологический процесс есть аналитическое или графическое описание процесса движения многомерной функции Xн к Xпр и далее к Xпом. Отметим, что под переменным состоянием системы х(&#981) понимаются обобщенные показатели системы в различных точках пространства и в различные моменты времени. Термодинамическую модель движения функции Xн к Xпом строят на d–hдиаграмме, а затем определяют алгоритм обработки воздуха, необходимое оборудование и способ автоматического регулирования параметров воздуха.

Построение ТДМ начинают с нанесения на d–hдиаграмму состояния наружного воздуха данного географического пункта. Расчетная область возможных состояний наружного воздуха принимается по СНиП 2.04.05–91 (параметры Б). Верхней границей является изотерма tл и изоэнтальпа hл (предельные параметры теплого периода года). Нижней границей является изотерма tзм и изоэнтальпа hзм (предельные параметры холодного и переходных периодов года).

Предельные значения относительной влажности наружного воздуха принимаются по результатам метеорологических наблюдений. При отсутствии данных принимают диапазон от 20 до 100 %.Таким образом, многомерная функция возможных параметров наружного воздуха заключена в многоугольнике abcdefg (рис. 2). Затем наносят на d–hдиаграмму требуемое (расчетное) значение состояния воздуха в помещении или в рабочей зоне.

Это может быть точка (прецизионное кондиционирование) или рабочая зона Р1Р2Р3Р4 (комфортное кондиционирование). Далее определяют угловой коэффициент изменения параметров воздуха в помещении ε и проводят линии процесса через граничные точки рабочей зоны. При отсутствии данных о тепло-влажностном процессе в помещении ориентировочно можно принять в кДж/кг: предприятия торговли и общественного питания — 8500–10000; зрительные залы — 8500–10000; квартиры — 15000–17000; офисные помещения — 17000–20000.

После этого строят зону параметров приточного воздуха. Для этого на линиях ε, проведенных из граничных точек зоны Р1Р2Р3Р4, откладывают отрезки, соответствующие расчетному перепаду температур:

где tпр — расчетная температура приточного воздуха. Решение задачи сводится к переводу параметров воздуха из многомерной функции Хн к функции Хпом. Величину Δt принимают по нормам или рассчитывают, исходя из параметров системы холодоснабжения. Например, при использовании воды в качестве хладоносителя конечная температура воды в камере орошения tw составит:

tw = t2 + Δt1 + Δt2 + Δt3, (14)

где t1 — температура воды на выходе чиллера (5–7 °C); Δt1 — повышение температуры воды в трубопроводе от чиллера до водяного теплообменника кондиционера (1 °C); Δt2 — нагрев воды в камере орошения (2–3 °С); Δt3 — нагрев воды за счет коэффициента байпассирования (1°С).Таким образом, температура воды, контактируемой с воздухом, будет tw = 9–12 °С. Практически влажность воздуха достигает величины не более &#981 = 95 %, что повышает tw до 10–13 °С. Температура приточного воздуха будет:

tw = t2 + Δt2 + Δt3 + Δt4, (15)

где Δt4 — нагрев воздуха в вентиляторе (1–2 °С); Δt5 — нагрев воздуха в приточном воздуховоде (1–2 °С).Таким образом, температура приточного воздуха будет 12–17 °С. Допустимый перепад температур удаляемого и приточного воздуха Δt для производственных помещений составляет6–9 °С, торговых залов — 4–10 °С, а при высоте помещения более 3 м — 12–14 °С.

В общем случае параметры удаляемого из помещения воздуха отличаются от параметров воздуха в рабочей зоне. Разница между ними зависит от способа подачи воздуха в помещение, высоты помещения, кратности воздухообмена и других факторов. Зоны У, П и Р на d–h диаграмме имеют одинаковую форму и расположены вдоль линии ε на расстояниях, соответствующих разностей температур:Δt1 = tпом – tпр и Δt2 = tуд – tпом. Соотношение между tпр, tпом и t оценивается коэффициентом:

m1 = (tпом – tпр)/(tуд – tпр) = (hпом – hпр)/(hуд – hпр), (16)

Таким образом, процесс кондиционирования воздуха сводится к приведению множества параметров наружного воздуха (многоугольник abcdef) к допустимому множеству параметров приточного воздуха (многоугольник П1П2П3П4).При проектировании, как правило, пользуются электронными d–h диаграммами, различные варианты которых можно найти в Интернете.

Источник