Основні параметри вологого повітря. Термодинамічні параметри вологого повітря Термодинамическая модель ВКВ

Міністерство освіти і науки Російської Федерації

Федеральне агентство з освіти

Саратовський державний технічний університет

ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ВОЛОГОГО ПОВІТРЯ

Методичні вказівки

для студентів спеціальностей 280201

денної та заочної форм навчання

Саратов 2009

Мета роботи: Поглиблення знань з розділу технічної термодинаміки «Вологе повітря», вивчення методики розрахунку параметрів вологого повітря і отримання навичок в роботі з вимірювальними приладами.

В результаті роботи повинно бути засвоєно:

1) основні поняття про вологому повітрі;

2) методика визначення параметрів вологого повітря по

розрахунковим залежностям;

3) методика визначення параметрів вологого повітря по

I-d-діаграмі.

1) визначити значення параметрів вологого повітря по

розрахунковим залежностям;

2) визначити параметри вологого повітря за допомогою

I-d-діаграми;

3) скласти звіт про виконану лабораторній роботі.

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ

Повітря, що не містить водяної пари, називається сухим повітрям. У природі сухе повітря не зустрічається, так як атмосферне повітря завжди містить деяку кількість водяної пари.

Суміш сухого повітря з водяною парою називається вологим повітрям. Вологе повітря широко використовується в сушильних і вентиляційних установках, пристроях кондиціонування повітря і т. Д.

Характерна особливість процесів, що протікають у вологому повітрі, полягає в тому, що кількість водяної пари, що міститься в повітрі, змінюється. Пар може частково конденсуватися і, навпаки, вода випаровується в повітря.

Суміш, що складається з сухого повітря і перегрітої водяної пари, називається ненасиченим вологим повітрям. Парціальний тиск пара рп в суміші менше тиску насичення рн, відповідного температурі вологого повітря (рп<рн). Температура пара выше температуры его насыщения при данном парциальном давлении.

Суміш, що складається з сухого повітря і сухого насиченої водяної пари, називається насиченим вологим повітрям. Парціальний тиск водяної пари в суміші дорівнює тиску насичення, що відповідає температурі вологого повітря. Температура пара дорівнює температурі конденсації при даному парціальному тиску пари.

Суміш, що складається з сухого повітря і вологого насиченої водяної пари (тобто в повітрі є частинки сконденсованого пара, що знаходяться в підвішеному стані і випадають у вигляді роси), називається перенасиченим вологим повітрям. Парціальний тиск водяної пари дорівнює тиску насичення, що відповідає температурі вологого повітря, яка дорівнює в даному випадку температурі конденсації знаходиться в ньому пара. У цьому випадку температура вологого повітря називається температурою точки роси tр. Якщо парціальний тиск водяної пари виявиться по яких-небудь причин більше тиску насичення, то частина пара сконденсіруется у вигляді роси.

Основними показниками, що характеризують стан вологого повітря, є вміст вологи d, відносна вологість j, ентальпія I  і щільність r.

Розрахунок параметрів вологого повітря проводиться з використанням рівняння Менделєєва-Клапейрона для ідеального газу, яким з достатнім наближенням підкоряється вологе повітря. Розглядаємо вологе повітря як газову суміш, що складається з сухого повітря і водяної пари.

Відповідно до закону Дальтона, тиск вологого повітря р  одно:

де рв  - парціальний тиск сухого повітря, Па;

рп  - парціальний тиск водяної пари, Па.

Максимальне значення парціального тиску водяної пари дорівнює тиску насиченої водяної пари рн,  відповідного температурі вологого повітря.

Кількість водяної пари в суміші в кг, що припадає на 1 кг сухого повітря, називається влагосодержанием d, Кг / кг:

https://pandia.ru/text/78/602/images/image003_38.gif "width \u003d" 96 "height \u003d" 53 "\u003e, так як, то, (3)

Так як, то, (4)

де V  - обсяг газової суміші, м3;

Rв, Rп  - газові постійні повітря і водяної пари, рівні

Rв\u003d 287 Дж / (кг × К), Rп\u003d 461 Дж / (кг × К);

Т  - температура вологого повітря, К.

Враховуючи що , І, підставляючи вирази (3) і (4) в формулу (2), остаточно одержуємо:

DIV_ADBLOCK64 "\u003e

відносною вологістю j  називається відношення щільності пара (тобто абсолютної вологості rп) До максимально можливої \u200b\u200bабсолютної вологості (щільності rпmax) При даній температурі і тиску вологого повітря:

Так як rп  і rпmax  визначаються при тій же температурі вологого повітря, то

https://pandia.ru/text/78/602/images/image013_6.gif "width \u003d" 107 "height \u003d" 31 "\u003e. (8)

Щільність сухого повітря і водяної пари визначається з рівняння Менделєєва-Клапейрона, записаного для даних двох компонентів газової суміші по (3) і (4).

R  знаходиться за формулою:

https://pandia.ru/text/78/602/images/image015_6.gif "width \u003d" 175 "height \u003d" 64 src \u003d "\u003e.

Ентальпія вологого повітря I  являє собою суму ентальпій 1 кг сухого повітря і d  кг водяної пари:

I= iв+ d× iп . (11)

Ентальпія сухого повітря і пара:

https://pandia.ru/text/78/602/images/image017_4.gif "width \u003d" 181 "height \u003d" 39 "\u003e, (13)

де tм- свідчення мокрого термометра, ° С;

(tc- tм)   - Психрометричний різниця, ° С;

х  - поправка до температури мокрого термометра,%, визначається

за графіком, розташованому на стенді, в залежності від tм  і швидкості

Для визначення тиску вологого повітря використовується барометр.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ І МЕТОДИКА ОБРОБКИ

РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТУ

Виміряти температуру сухого і мокрого термометрів. Визначити натуральну величину температури мокрого термометра за формулою (13). знайти різницю Dt = tc - tм іст  і по психрометричні таблиці визначити відносну вологість повітря.

Знаючи величину відносної вологості, з виразу (7) знайти парціальний тиск водяної пари.

по (12), (13).

Питома обсяг вологого повітря знаходиться за формулою:

Масу вологого повітря М, Кг, в приміщенні лабораторії визначають за формулою:

де V  - обсяг приміщення, м3;

р  - тиск вологого повітря, Па.

Результати розрахунків і свідчення приладів занести в таблицю за такою формою.

Протокол запису показань вимірювальних приладів

і результатів обчислень

	Найменування визначається величини	позначення	розмірність	чисельна величина
	Тиск вологого повітря
	Температура сухого термометра
	Температура мокрого термометра	tм
	Відносна вологість повітря
	Тиск насиченої пари
	Парціальний тиск водяної пари
	Парціальний тиск сухого повітря
	Щільність вологого повітря
	абсолютна вологість	rп
	Газова постійна вологого повітря
	Ентальпія вологого повітря
	Маса вологого повітря

Далі слід визначити основні параметри вологого повітря по заміряних tc  і tм  за допомогою I-d-діаграми. Точка перетину на I-d-діаграмі ізотерм, відповідних температур мокрого і сухого термометрів, характеризує стан вологого повітря.

Зіставити дані, отримані за I-d-діаграмі, з величинами, визначеними за допомогою математичних залежностей.

Максимальна можлива відносна похибка визначення парціального тиску водяної пари і сухого повітря визначається за формулами:

  https://pandia.ru/text/78/602/images/image022_2.gif "width \u003d" 137 "height \u003d" 51 "\u003e; ,

де через D позначений межа абсолютної похибки вимірювання

Межа абсолютної похибки гігрометра в даній лабораторній роботі становить ± 6%. Абсолютна допустима похибка термометрів психрометра становить ± 0,2%. В роботі встановлено барометр з класом точності 1,0.

ЗВІТ ПРО РОБОТУ

Звіт про виконану лабораторній роботі повинен містити

наступне:

1) короткий опис роботи;

2) протокол записи показань вимірювальних приладів і

результатів обчислень;

3) малюнок з I-d-діаграмою, де визначено стан вологого

повітря в даному експерименті.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Що називається вологим повітрям?

2. Що називається насиченим і ненасиченим вологим повітрям?

3. Закон Дальтона стосовно до вологого повітря.

4 Що називається температурою точки роси?

5. Що називається абсолютною вологістю?

6. Що називається влагосодержанием вологого повітря?

7. В яких межах може змінюватися влагосодержание?

8. Що називається відносною вологістю повітря?

9. У I-d-діаграмі покажіть лінії j \u003d const, I \u003d const; d \u003d const, tс \u003d const, t м \u003d const.

10. Чому дорівнює максимально можлива щільність пара при даній температурі вологого повітря?

11. Чим визначається максимально можливе парціальний тиск водяної пари у вологому повітрі і чому воно дорівнює?

12. Від яких параметрів вологого повітря залежить температура мокрого термометра і як вона змінюється при їх зміні?

13. Як можна визначити парціальний тиск водяної пари в суміші, якщо відомі відносна вологість і температура суміші?

14. Написати рівняння Менделєєва-Клапейрона для сухого повітря, водяної пари, вологого повітря і пояснити все що входять до рівняння величини.

15. Як визначити щільність сухого повітря?

16. Як визначити газову постійну і ентальпію вологого повітря?

ЛІТЕРАТУРА

1. Ляшков основи теплотехніки /. М .: Вища школа, 20с.

2. Зубарев з технічної термодинаміці /,. М .: Енергія, 19с.

ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ВОЛОГОГО ПОВІТРЯ

Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи

по курсам «Теплотехніка», «Технічна термодинаміка та теплотехніка»

Склали: СЕДЕЛКІН Валентин Михайлович

КУЛЕШОВ Олег Юрійович

КАЗАНЦЕВА Ірина Леонідівна

рецензент

редактор

Ліцензія ВД № 000 від 14.11.01

Підписано до друку Формат 60x84 1/16

Бум. тип. Умовн.-друк. л. Уч.-изд. л.

Тираж прим. замовлення Безкоштовно

Саратовський державний технічний університет

Копіпрінтер СГТУ, 7

Стан вологого повітря визначається сукупністю параметрів: температурою повітря t в, відносною вологістю в%, швидкістю руху повітря V в м / с, концентрацією шкідливих домішок З мг / м 3, влагосодержанием d г / кг, теплосодержанием I кДж / кг.

Відносна вологість в частках або в% показує ступінь насиченості повітря водяними парами по відношенню до стану повного насичення і дорівнює відношенню тиску Р п водяної пари в ненасиченому вологому повітрі до парціального тиску Р п. Н. водяної пари в насиченому вологому повітрі при одній і тій же температурі і барометричному тиску:

d \u003d або d \u003d 623, г / кг, (1.2)

де В - барометричний тиск повітря, яка дорівнює загальній кількості парціальних тисків сухого повітря Р С.В. і водяної пари Р П.

Парціальний тиск водяної пари, що знаходяться в насиченому стані, залежить від температури:

КДж / кг, (1.4)

де з В - теплоємність сухого повітря, що дорівнює 1,005;

з П - теплоємність водяної пари, що дорівнює 1,8;

r - питома теплота пароутворення, що дорівнює 2500;

I \u003d 1,005t + (2500 + 1,8t) d * 10 -3, кДж / кг. (1.5)

I-d діаграма вологого повітря. Побудова основних процесів зміни стану повітря. Точка роси і мокрого термометра. Кутовий коефіцієнт і зв'язок його з надходженням тепла і вологи в приміщення

I-d діаграма вологого повітря - це основний інструмент для побудови процесів зміни його параметрів. I-d діаграма заснована на кількох рівняннях: теплосодержания вологого повітря:

I \u003d 1,005 * t + (2500 + 1,8 * t) * d / 1000, кДж / кг (1.6)

в свою чергу тиск водяної пари:

тиск водяної пари, що насичують повітря:

Па (Формула Фільнея), (1.9)

а - відносна вологість повітря,%.

У свою чергу в формулу 1.7 входить барометричний тиск Р бар, різний для різних районів будівництва, отже, для точного побудови процесів потрібно I-d діаграма для кожного району.

I-d діаграма (рис.1.1) має косокутну систему координат для збільшення робочої площі, що припадає на вологе повітря і лежить вище лінії \u003d 100%. Кут розкриття може бути різним (135 - 150Є).

I-d діаграма пов'язує воєдино 5 параметрів вологого повітря: тепло і вологовміст, температуру, відносну вологість і тиск водяної пари насичення. Знаючи два з них, по положенню точки можна визначити всі інші.

Основними характерними процесами на I-d діаграмі є:

Нагрівання повітря по d \u003d const (без збільшення вмісту вологи) рис.1.1, точки 1-2. В реальних умовах це нагрівання повітря в калорифері. Збільшується температура і теплосодержание. Зменшується відносна вологість повітря.

Охолодження повітря по d \u003d const. Точки 1-3 на рис.1.1 Цей процес відбувається в поверхневому повітроохолоджувачі. Зменшується температура і теплосодержание. Збільшується відносна вологість повітря. Якщо продовжити охолодження, то процес дійде до лінії \u003d 100% (точка 4) і, не перетинаючи лінію, піде уздовж неї, виділяючи вологу з повітря (точка 5) в кількості (d 4 -d 5) г / кг. На цьому явищі заснована осушення повітря. В реальних умовах процес не доходить до \u003d 100%, а остаточна відносна вологість залежить від початкової величини. За даними професора Кокоріна О.Я. для поверхневих повітроохолоджувачів:

max \u003d 88% при початковому поч \u003d 45%

max \u003d 92% при початковому 45%< нач 70%

max \u003d 98% при початковому поч\u003e 70%.

На I-d діаграмі процес охолодження і осушення позначається прямою лінією, що з'єднує точки 1 і 5.

Однак зустріч з \u003d 100% лінії охолодження по d \u003d const має свою власну назву - це точка роси. Відповідно до положення цієї точки легко визначається температура точки роси.

Ізотермічний процес t \u003d const (лінія 1-6 на рис 1.1). Всі параметри зростають. Збільшується і тепло, і вологовміст, і відносна вологість. В реальних умовах це зволоження повітря парою. Та невелика кількість явного тепла, яке вноситься паром, зазвичай не враховується при побудові процесу, т.к воно незначно. Однак таке зволоження досить енергоємне.

Адіабатний процес I \u003d const (лінія 1-7 на рис.1.1). Знижується температура повітря, збільшується вміст вологи і відносна вологість. Процес здійснюється при безпосередньому контакті повітря з водою, проходячи або через орошаемую насадку, або через камера форсунки.

При глибині зрошуваною насадки 100 мм можна отримати повітря з відносною вологістю \u003d 45% при початковій - 10%, насадка глибиною 200 мм дає \u003d 70%, а 300 мм - \u003d 90% (за даними блоккамер стільникового зволоження фірми ВЕЗА). Проходячи через камера форсунки, повітря зволожується до величини \u003d 90 - 95%, але зі значно більшими енерговитратами на розпорошення води, ніж в зрошуваних насадках.

Продовживши лінію I \u003d const до \u003d 100%, ми отримаємо точку (і температуру) мокрого термометра, це рівноважна точка при контакті повітря з водою.

Однак в апаратах, де відбувається контакт повітря з водою, особливо по адіабатичному циклу, можливе виникнення хвороботворної флори, і тому такі апарати заборонені для використання в ряді медичних і продовольчих галузей.

У країнах з жарким і сухим кліматом апарати на основі адіабатичного зволоження вельми поширені. Так, наприклад, в Багдаді при денній температурі в червні - липні 46єС і відносній вологості 10% такої кулер дозволяє знизити температуру припливного повітря до 23єС і при 10-20-кратному повітрообміні в приміщенні досягти внутрішньої температури 26єС і відносній вологості 60-70%.

При сформованій методиці побудови процесів на I-d діаграмі вологого повітря найменування реперних точок отримали наступну абревіатуру:

Н - точка зовнішнього повітря;

В - точка внутрішнього повітря;

К - точка після нагрівання повітря в калорифері;

П - точка припливного повітря;

У - точка повітря, що видаляється з приміщення;

Про - точка охолодженого повітря;

С - точка суміші повітря двох різних параметрів і мас;

ТР - точка роси;

ТМ - точка мокрого термометра, яка і буде супроводжувати всі подальші побудови.

При змішуванні повітря двох параметрів лінія суміші піде по прямій, що з'єднує ці параметри, а точка суміші буде лежати на відстані, назад пропорційному масам змішуваного повітря.

КДж / кг, (1.10)

Г / кг. (1.11)

При одночасному виділенні в приміщення надлишкового тепла і вологи, що зазвичай буває при знаходженні в приміщенні людей, повітря буде нагріватися і зволожувати по лінії, званої кутовим коефіцієнтом (або променем процесу, або тепловлажностной ставленням) е:

КДж / КГН 2 О, (1.12)

де? Q n - сумарна кількість повного тепла, кДж / год;

W - сумарна кількість вологи, кг / год.

При? Q n \u003d 0 е \u003d 0.

При? W \u003d 0 е\u003e? (Рис.1.2)

Таким чином, I-d діаграма по відношенню до внутрішнього повітрю (або до іншої точки) розбивається на чотири квадранта:

Iе від? до 0 - це нагрівання і зволоження;

IIе від 0 до -? - охолодження і зволоження;

IIIе від -? до 0 - охолодження і осушення;

IVе від 0 до? - нагрів і осушення - у вентиляції і кондиціонування не використовується.

Для точного побудови променя процесу на Id діаграмі, слід взяти значення е в кДж / гН 2 О, і відкласти на осі влагосодержание d \u003d 1, або 10 г, а на осі теплосодержание в кДж / кг відповідне е і отриману точку з'єднати з точкою 0 Id діаграми.

Процеси, які не є основними, називаються политропического.

Ізотермічний процес t \u003d const характеризується значенням е \u003d 2530 кДж / кг.

рис.1.1

рис.1.2 I-d діаграма вологого повітря. Основні процеси

Рис. 1. Відображення процесів обробки повітря на d-h-діаграмі

Рис. 2. Зображення на d-h-діаграмі параметрів повітря при кондиціонуванні

Основні терміни та визначення

Атмосферне повітря являє собою не расслаиваемую суміш газів (N2, O2, Ar, CO2 і ін.), Яку називають сухе повітря, і парів води. Стан повітря характеризується: температурою t [° C] або Т [К], тиском барометричним рб [Па], абсолютним рабс \u003d рб + 1 [бар] або парціальним рпар, щільністю ρ [кг / м3], питомої ентальпії (теплосодержанием) h [кДж / кг]. Стан вологи в атмосферному повітрі характеризується вологістю абсолютної D [кг], відносної φ [%] або влагосодержанием d [г / кг] .Тиск атмосферного повітря рб є сумою парціальних тисків сухого повітря рс і водяної пари рп (закон Дальтона):

рб \u003d рс + рп. (1)

Якщо гази можуть змішуватися в будь-яких кількостях, то повітря може вмістити лише певну кількість водяної пари, тому що парціальний тиск парів води РПВ в суміші не може бути більше парціального тиску насичення рн цих парів при даній температурі. Існування граничного парціального тиску насичення проявляється в тому, що всі надлишкові пари води понад цю кількість конденсуються.

При цьому волога може випадати у вигляді крапель води, кристалів льоду, туману або паморозі. Найменша вміст вологи в повітрі може бути доведено до нуля (при низьких температурах), а найбільше - приблизно 3% по масі або 4% за обсягом. Абсолютна вологість D - кількість пара [кг], що міститься в одному кубічному метрі вологого повітря:

де Мп - маса пара, кг; L - обсяг вологого повітря, м3.Прі практичних розрахунках за одиницю виміру, що характеризує вміст пари у вологому повітрі, приймається влагосодержание. Влагосодержание вологого повітря d - кількість пара, що міститься в обсязі вологого повітря, що складається з 1 кг сухого повітря і Мв [г] пара:

d \u003d 1000 (Mп / Mc), (3)

де Мc - маса сухої частини вологого повітря, кг. Відносною вологістю φ або ступенем вологості, або гігрометріческім показником, називають відношення парціального тиску водяної пари до парціального тиску насичених парів, виражене у відсотках:

φ \u003d (рп / pн) 100% ≈ (d / dп) 100%. (4)

Відносну вологість можна визначити, вимірюючи інтенсивність випаровування води. Природно, чим нижче вологість, тим активніше буде йти випаровування вологи. Якщо термометр обмотати вологою тканиною, то показання термометра будуть зменшуватися щодо сухого термометра. Різниця показань температур сухого і мокрого термометрів дають певне значення ступеня вологості атмосферного повітря.

Питома теплоємність повітря c - це кількість тепла, необхідне для нагрівання 1 кг повітря на 1 К. Питома теплоємність сухого повітря при постійному тиску залежить від температури, однак для практичних розрахунків систем ВКВ питома теплоємність як сухого, так і вологого повітря:

сс.в \u003d 1 кДж / (кг⋅К) \u003d 0,24 ккал / (кг⋅К) \u003d 0,28 Вт / (кг⋅К), (5)

Питому теплоємність водяної пари сп приймають рівною:

сп \u003d 1,86 кДж / (кг⋅К) \u003d 0,44 ккал / (кг⋅К) \u003d 0,52 Вт / (кг⋅К), (6)

Сухе або явне тепло - тепло, яке додається або відводиться від повітря без зміни агрегатного стану пара (змінюється температура). Приховане тепло - тепло, що йде на зміну агрегатного стану пара без зміни температури (наприклад, осушення) .Ентальпія (теплосодержание) вологого повітря hв.в - це кількість тепла, яке міститься в обсязі вологого повітря, суха частина якого важить 1 кг.

Інакше, це кількість теплоти, яка необхідна для нагрівання від нуля до заданої температури такої кількості повітря, суха частина якого дорівнює 1 кг. Зазвичай приймають питому ентальпію повітря h \u003d 0 при температурі повітря t \u003d 0 і влагосодержании d \u003d 0. Ентальпія сухого повітря hc.в дорівнює:

hc.в \u003d ct \u003d 1,006t [кДж / кг], (7)

де с - питома теплоємність повітря, кДж / (кг⋅К) .Ентальпія 1 кг водяної пари дорівнює:

hв.п \u003d 2500 + 1,86t [кДж / кг], (8)

де 2500 - прихована теплота випаровування 1 кг води при температурі нуль градусів, кДж / кг; 1,86 - теплоємність водяної пари, кДж / (кг⋅К) .При температурі вологого повітря t і влагосодержании d ентальпія вологого повітря дорівнює:

hв.в \u003d 1,006t + (2500 + 1,86t) × (d / 1000) [кДж / кг], де d \u003d (φ / 1000) dн [г / кг], (9)

Тепло і холодопродуктивність Q системи кондиціонування повітря можна визначити за формулою:

Q \u003d m (h2 - h1) [кДж / ч], (10)

де m - витрата повітря, кг; h1, h2 - початкова і кінцева ентальпії повітря. Якщо вологе повітря охолоджувати при незмінному влагосодержании, то буде знижуватися ентальпія і температура, а відносна вологість буде збільшуватися. Настане момент, коли повітря стане насиченим і його відносна вологість буде дорівнює 100%. При цьому почнеться випаровування з повітря вологи у вигляді роси - конденсація пара.

Ця температура називається точкою роси. Температура точки роси для різних температур сухого повітря і відносній вологості наведена в табл. 1.Точка роси є межею можливого охолодження вологого повітря при незмінному влагосодержании. Для визначення точки роси необхідно знайти таку температуру, при якій вміст вологи повітря d дорівнюватиме його вологоємності dн.

Графічне побудова процесів обробки повітря

Для полегшення розрахунків рівняння теплосодержания вологого повітря представляють у вигляді графіка, який отримав назву d-hдіаграмма (в технічній літературі іноді використовується термін i-dдіаграмма) .В 1918 р професор Петербурзького університету Л.К. Рамзин запропонував d-hдіаграмму, на якій однозначно відбивається зв'язок між параметрами вологого повітря t, d, h, φ при певному атмосферному тиску pб.

За допомогою d-hдіаграмми графічним методом просто вирішуються завдань, вирішення яких аналітичним шляхом вимагає хоча і простих, але кропітких обчислень. У технічній літературі зустрічаються різні інтерпретації цієї діаграми, які мають незначні відмінності від d-hдіаграмми Рамзина.

Це, наприклад, діаграма Молье (Mollier), діаграма Керіер (Carrier), опублікована Американським товариством з опалення, охолодження та кондиціювання повітря (ASHRAE), діаграма Французької асоціації інженерів в області штучного клімату, вентиляції та холоду (AICVF). Остання діаграма дуже точна, виконана триколірної печаткою.

Однак в нашій країні була поширена і використовується в даний час, як правило, діаграма Рамзина. Вона є в багатьох підручниках, її використовують проектні організації. Тому і нами вона взята за основу (рис. 1) Дана d-hдіаграмма Рамзина побудована в косокутній системі координат. По осі ординат відкладаються значення ентальпії h, а по осі абсцис, розташованої під кутом 135 ° до осі ординат, відкладається влагосодержание d. Початок координат (точка 0) відповідає значенням h \u003d d \u003d 0.

Нижче точки 0 відкладаються негативні значення ентальпії, вище - позитивні. На отриманій таким чином сітці будуються лінії ізотерм t \u003d const, лінії постійних відносних влажностей φ \u003d const, парціального тиску водяної пари і вмісту вологи. Нижня крива φ \u003d 100% характеризує насичене стан повітря і називається прикордонної кривої. При підвищенні барометричного тиску лінія насичення зміщується вгору, а при зниженні тиску - вниз.

Так, при проведенні розрахунків для ВКВ, розташованих в районі м.Києва, необхідно користуватися діаграмою з барометричним давленіемpб \u003d 745 мм рт. ст. \u003d 99 кПа. На d-hдіаграмме область, розташована вище прикордонної кривої (φ \u003d 100%), є областю ненасиченого пара, а область нижче прикордонної кривої - перенасиченого вологого повітря.

У цій області насичений повітря містить вологу в рідкому або твердому фазі. Як правило, цей стан повітря нестійка, тому на d-hдіаграмме процеси в ній не розглядають. На d-hдіаграмме кожна точка вище прикордонної кривої відображає певний стан повітря (температуру, вміст вологи, відносну вологість, ентальпію, парціальний тиск водяної пари).

Якщо повітря піддається термодинамическому процесу, то перехід його з одного стану (точка А) в інше (точка В) відповідає на d-hдіаграмме лінії А-В. У загальному випадку це крива лінія. Однак нас цікавить тільки початкова і кінцеві стану повітря, а проміжні не мають значення, тому лінію можна уявити прямий, що з'єднує початковий і кінцевий стани повітря.

Для визначення на d-hдіаграмме точки, що відповідає деякому станом повітря, досить знати два незалежних один від одного параметра. Шукана точка знаходиться на перетині ліній, відповідним цим параметрам. Провівши перпендикуляри до ліній, на яких відкладаються інші параметри, визначають їх значення. Також визначається на d-hдіаграмме температура точки роси.

Так як температура точки роси є найнижчою температурою, до якої можна охолодити повітря при постійному вологовмісту, то для знаходження точки роси досить провести лінію d \u003d const до перетину з кривою φ \u003d 100%. Точка перетину цих ліній є точка роси, а відповідна їй температура - температура точки роси. За допомогою d-hдіаграмми можна визначити температуру повітря по мокрому термометру.

Для цього з точки з заданими параметрами повітря проводимо ізоентальпу (h \u003d const) до перетину з лінією φ \u003d 100%. Температура, що відповідає точці перетину цих ліній, є температура мокрого термометра. У технічній документації на кондиціонери обумовлюються умови, при яких проводилися вимірювання номінальної холодопродуктивності. Як правило, це температура сухого і мокрого термометрів, відповідна відносної вологості 50%.

Процес нагрівання повітря

При нагріванні повітря лінія термодинамічної процесу проходить по прямій А-В з постійним влагосодержанием (d \u003d const). Температура повітря і ентальпія збільшуються, а відносна вологість зменшується. Витрата тепла на нагрів повітря дорівнює різниці ентальпій кінцевого і початкового станів повітря.

Процес охолодження повітря

Процес охолодження повітря на d-hдіаграмме відображається прямою, спрямованої вертикально вниз, (пряма А-С). Розрахунок проводиться аналогічно процесу нагрівання. Однак якщо лінія охолодження йде нижче лінії насичення, то процес охолодження піде по прямій А-С і далі по лінії φ \u003d 100% від точки С1 до точки С2. Параметри точки С2: d \u003d 4,0 г / кг, t \u003d 0,5 ° С.

Процес осушення вологого повітря

Осушення вологого повітря абсорбентами без зміни теплосодержания (без відводу і підведення тепла) відбувається по прямій h \u003d const, тобто по прямій А-D, спрямованої вгору і вліво (пряма А-D1). При цьому вміст вологи і відносна вологість знижуються, а температура повітря зростає, тому що в процесі абсорбції відбувається конденсація пари на поверхні абсорбенту, і звільнена прихована теплота пара переходить в тепло явне. Межею цього процесу є точка перетину прямої h \u003d const з ординатою d \u003d 0 (точка D1). Повітря в цій точці повністю звільнений від вологи.

Адіабатичне зволоження і охолоджування повітря

Адіабатичне зволоження і охолоджування (без теплообміну c зовнішнім середовищем) на d-hдіаграмме від вихідного стану (точка N) відображається прямою, спрямованої вниз по h \u003d const (точка K). Процес відбувається при контакті повітря з водою, постійно циркулює в оборотному циклі. Температура повітря при цьому падає, вологовміст і відносна вологість зростають.

Межею процесу є точка на кривій φ \u003d 100%, яка є температурою мокрого термометра. Одночасно цю ж температуру повинна придбати рециркулируют вода. Однак в реальних ВКВ при адіабатичних процесах охолодження і зволоження повітря точка φ \u003d 100%, дещо не досягається.

Змішання повітря з різними параметрами

На d-hдіаграмме параметри змішаного повітря (з параметрами, відповідними точкам (X і Y) можна отримати наступним чином. З'єднуємо точки Х і Y прямий. Параметри змішаного повітря лежать на цій прямій, і точка Z ділить її на відрізки, обернено пропорційні масі повітря кожної із складових частин. Якщо позначити пропорцію суміші n \u003d Gx / Gy, то щоб на прямий Х-Y знайти точку Z, необхідно пряму Х-Yразделіть на кількість частин n + 1 і від точки X відкласти відрізок, що дорівнює одній частині.

Точка суміші завжди буде ближче до параметрів того повітря, суха частина якого має велику масу. При змішуванні двох обсягів ненасиченого повітря з станами, відповідними точкам Х1 і Y1, може статися, що пряма Х1-Y1 перетне криву насичення φ \u003d 100% і точка Z1 виявиться в області туманоутворення. Такий стан точки суміші Z2 показує, що в результаті змішування буде відбуватися випадання вологи з повітря.

Точка суміші Z1 при цьому перейде в більш стійкий стан на криву насичення φ \u003d 100% в точку Z2 по ізоентальпе. При цьому на кожен кілограм суміші випадає dZ1 - dZ2 грам вологи.

Кутовий коефіцієнт на d-hдіаграмме

ставлення:

ε \u003d (h2 - h1) / (d2 - d1) \u003d Δh / Δd (11)

однозначно визначає характер процесу зміни вологого повітря. Причому значення величин Δh і Δd можуть мати знак «+» або «-», або вони можуть бути рівні нулю. Величина ε називається тепловлажностной ставленням процесу зміни вологого повітря, а при зображенні процесу променем на d-hдіаграмме - кутовим коефіцієнтом:

ε \u003d 1000 (Δh / Δd) \u003d ± (Qизб / Мв), кДж / кг,(12)

Таким чином, кутовий коефіцієнт дорівнює відношенню надлишків тепла до маси виділилася вологи. Кутовий коефіцієнт зображується відрізками променів на рамці поля d-hдіаграмми (шкала кутових коефіцієнтів). Так, для визначення кутового коефіцієнта процесу X-Z необхідно з точки 0 (за шкалою температур) провести пряму паралельну лінії процесу X-Z до шкали кутових коефіцієнтів. В даному випадку лінія O-N вкаже кутовий коефіцієнт, що дорівнює 9000 кДж / кг.

Термодинамічна модель ВКВ

Процес підготовки повітря перед подачею його в кондиціонером приміщення становить сукупність технологічних операцій і називається технологією кондиціонування повітря. Технологія обробки їх кондиціонером повітря визначається початковими параметрами повітря, що подається в кондиціонер, і необхідними (задаються) параметрами повітря в приміщенні.

Для вибору способів обробки повітря будують d-hдіаграмму, що дозволяє при певних вихідних даних знайти таку технологію, яка забезпечить отримання заданих параметрів повітря в приміщенні, що обслуговується при мінімальних витратах енергії, води, повітря і т.д. Графічне відображення процесів обробки повітря на d-hдіаграмме називається термодинамічної моделлю системи кондиціонування повітря (ТДМ).

Параметри зовнішнього повітря, що подається в кондиціонер для подальшої обробки, змінюються протягом року і доби в великому діапазоні. Тому можна говорити про зовнішньому повітрі як про багатовимірної функції xн \u200b\u200b\u003d хн (t). Відповідно, сукупність параметрів припливного повітря є багатовимірна функція Xпр \u003d Хпр (t), а в приміщенні, що обслуговується Xпом \u003d хпом (t) (параметри в робочій зоні).

Технологічний процес є аналітичне або графічне опис процесу руху багатовимірної функції xн \u200b\u200bдо Xпр і далі до Xпом. Відзначимо, що під змінним станом системи х (φ) розуміються узагальнені показники системи в різних точках простору і в різні моменти часу. Термодинамічну модель руху функції xн \u200b\u200bдо Xпом будують на d-hдіаграмме, а потім визначають алгоритм обробки повітря, необхідне обладнання і спосіб автоматичного регулювання параметрів повітря.

Побудова ТДМ починають з нанесення на d-hдіаграмму стану зовнішнього повітря даного географічного пункту. Розрахункова область можливих станів зовнішнього повітря приймається за СНиП 2.04.05-91 (параметри Б). Верхньою межею є ізотерма TЛ і ізоентальпа Hл (граничні параметри теплого періоду року). Нижньою межею є ізотерма tзм і ізоентальпа hзм (граничні параметри холодного і перехідних періодів року).

Граничні значення відносної вологості зовнішнього повітря приймаються за результатами метеорологічних спостережень. При відсутності даних приймають діапазон від 20 до 100% .Таким чином, багатовимірна функція можливих параметрів зовнішнього повітря укладена в багатокутнику abcdefg (рис. 2). Потім наносять на d-hдіаграмму необхідну (розрахункове) значення стану повітря в приміщенні або в робочій зоні.

Це може бути точка (прецизионное кондиціонування) або робоча зона Р1Р2Р3Р4 (комфортне кондиціонування). Далі визначають кутовий коефіцієнт зміни параметрів повітря в приміщенні ε і проводять лінії процесу через граничні точки робочої зони. При відсутності даних про тепло-вологісного процесі в приміщенні орієнтовно можна прийняти в кДж / кг: підприємства торгівлі і громадського харчування - 8500-10000; зали для глядачів - 8500-10000; квартири - 15000-17000; офісні приміщення - 17000-20000.

Після цього будують зону параметрів припливного повітря. Для цього на лініях ε, проведених з граничних точок зони Р1Р2Р3Р4, відкладають відрізки, відповідні розрахунковому перепаду температур:

Δt \u003d tпом - tпр, (13)

де tпр - розрахункова температура припливного повітря. Рішення завдання зводиться до перекладу параметрів повітря з багатовимірної функції Хн до функції Хпом. Величину Δt приймають за нормами або розраховують, виходячи з параметрів системи холодопостачання. Наприклад, при використанні води в якості холодоносія кінцева температура води в камері зрошення tw складе:

tw \u003d t2 + Δt1 + Δt2 + Δt3, (14)

де t1 - температура води на виході чилера (5-7 ° C); Δt1 - підвищення температури води в трубопроводі від чиллера до водяного теплообмінника кондиціонера (1 ° C); Δt2 - нагрівання води в камері зрошення (2-3 ° С); Δt3 - нагрів води за рахунок коефіцієнта байпассірованія (1 ° С) .Таким чином, температура води, контактіруемие з повітрям, буде tw \u003d 9-12 ° С. Практично вологість повітря досягає величини не більше φ \u003d 95%, що підвищує tw до 10-13 ° С. Температура припливного повітря буде:

tw \u003d t2 + Δt2 + Δt3 + Δt4, (15)

де Δt4 - нагрівання повітря у вентиляторі (1-2 ° С); Δt5 - нагрівання повітря в припливно повітроводі (1-2 ° С) .Таким чином, температура припливного повітря буде 12-17 ° С. Допустимий перепад температур видаляється і припливного повітря Δt для виробничих приміщень составляет6-9 ° С, торгових залів - 4-10 ° С, а при висоті приміщення більш 3 м - 12-14 ° С.

У загальному випадку параметри видаляється з приміщення повітря відрізняються від параметрів повітря в робочій зоні. Різниця між ними залежить від способу подачі повітря в приміщення, висоти приміщення, кратності повітрообміну і інших чинників. Зони У, П і Р на d-h діаграмі мають однакову форму і розташовані уздовж лінії ε на відстанях, що відповідають різниць температур: Δt1 \u003d tпом - tпр і Δt2 \u003d tуд - tпом. Співвідношення між tпр, tпом і t оцінюється коефіцієнтом:

m1 \u003d (tпом - tпр) / (tуд - tпр) \u003d (hпом - hпр) / (hуд - hпр),(16)

Таким чином, процес кондиціонування повітря зводиться до приведення безлічі параметрів зовнішнього повітря (багатокутник abcdef) до допустимого безлічі параметрів припливного повітря (багатокутник П1П2П3П4) .При проектуванні, як правило, користуються електронними d-h діаграмами, різні варіанти яких можна знайти в Інтернеті.

Однією з поширених діаграм є діаграма, розроблена компанією Daichi (Москва), www.daichi.ru. За допомогою цієї діаграми можна знайти параметри вологого повітря при різному барометричному тиску, побудувати лінії процесів, визначити параметри суміші двох потоків повітря і др.Техніческая реалізація цього перетворення може бути представлена \u200b\u200bрізними структурними схемами ВКВ: прямоточною, з рециркуляцією повітря або рекуперацією тепла, які будуть розглянуті в наступних номерах нашого журналу.

Лекція СУШКА.

Сушінням називається процес видалення вологи з твердих тіл шляхом її випаровування і відведення утворюються пари.

Часто тепловій сушці передують механічні способи видалення вологи (віджимання, відстоювання, фільтрування, центрифугування).

У всіх випадках при сушінні у вигляді пари видаляється легколетучий компонент (вода, органічний розчинник, і.т.д.)

За фізичної сутності сушка є процесом спільного тепло, масопереносу і зводиться до переміщення вологи під впливом теплоти з глибини висушується до його поверхні і подальшого її випаровуванню. У процесі сушіння вологе тіло прагне до стану рівноваги з навколишнім середовищем, тому його температура і вологовміст в загальному випадку є функцією часу і координат.

У практиці використовується поняття вологість  v, яка визначається як:

(5.2)

Якщо то тоді

За способом підведення теплоти розрізняють:

Конвективну сушку, що проводиться шляхом безпосереднього контакту матеріалу і сушильного агента;

Контактну (кондуктивную) сушку, тепло передається до матеріалу через розділяє їх стінку;

Радіаційну сушку - шляхом передачі теплоти інфрачервоним випромінюванням;

Сублимационную сушку, при якій волога видаляється з матеріалу в замороженому стані (зазвичай в вакуумі);

Діелектричну сушку, при якій матеріал висушується в полі струмів високої частоти.

При будь-якому способі сушіння матеріал знаходиться в контакті з вологим повітрям. У більшості випадків з матеріалу видаляється вода, тому зазвичай розглядають систему сухе повітря - пари води.

Параметри вологого повітря.

Суміш сухого повітря з парами води є вологим повітрям. Параметри вологого повітря:

Відносна і абсолютна вологість;

Теплоємність і ентальпія.

Вологе повітря, при невеликих P  і Т,  можна вважати бінарної сумішшю ідеальних газів - сухого повітря і водяної пари. Тоді за законом Дальтона можна записати:

(5.3)

де P  - тиск парогазової суміші , P c г- парціальний тиск сухого повітря, - парціальний тиск водяної пари.

Вільний або перегрітий пар - при даних Т і Р  він не конденсується. Максимально можливий зміст парів в газі, вище якого спостерігається конденсація, відповідає умовам насичення при певній Ті парціальним тиском .

Розрізняють абсолютну, відносну вологість і вологовміст повітря.

абсолютна вологість  - це маса водяної пари в одиниці об'єму вологого повітря (Кг / м 3). Поняття абсолютної вологості збігається з поняттям щільності пара при температурі Т і парціальному тиску .

Відносна вологість- це відношення кількості водяної пари в повітрі до максимально можливого, за даних умов, або відношення щільності пара за даних умов до щільності насиченої пари при тих же умовах:

За рівняння стану ідеального газу Менделєєва - Клайперона для пара у вільному і насиченому стані маємо:

  і (5.5)

Тут М п - маса одного моля пара в кг, R - газова постійна.

З урахуванням (5.5) рівняння (5.4) приймає вид:

Відносна вологість визначає влагоемкость сушильного агента (повітря).

тут G П  - маса (масова витрата) пара, L - маса (масова витрата) абсолютно сухого газу. Висловимо величини G П і L через рівняння стану ідеального газу:

,

Тоді співвідношення (5.7) перетвориться до виду:

(5.8)

Маса 1 благаючи сухого повітря в кг.

вводячи   і з огляду на   отримаємо:

(5.9)

Для системи повітря - водяна пара ,   . Тоді маємо:

(5.10)

Отже, встановлено зв'язок між змістом вологи х і відносною вологістю φ повітря.

Питома теплоємність  вологого газу приймається аддитивной величиною теплоемкостей сухого газу та пара.

Питома теплоємність вологого газу c, Віднесена до 1 кг сухого газу (повітря):

(5.11)

де питома теплоємність сухого газу, питома теплоємність пара.

Питома теплоємність, віднесена до 1 кг  парогазової суміші:

(5.12)

При розрахунках зазвичай використовують з.

Питома ентальпія вологого повітря Н  відноситься до 1 кг абсолютно сухого повітря і визначається при даній температурі повітря Т як сума ентальпій абсолютно сухого повітря і водяної пари:

(5.13)

Питому ентальпію перегрітої пари визначають за наступним виразом.

Як відомо, сухе повітря  (СВ) складається на 78% з азоту, на 21% з кисню і близько 1% складають діоксид вуглецю, інертні та інші гази. Якщо в повітрі є, то таке повітря називається вологим повітрям  (ВВ). З огляду на, що при вентиляції приміщень складу сухої частини повітря практично не змінюється, а може змінюватися тільки кількість вологи, в вентиляції прийнято розглядати ВВ як бінарну суміш, що складається тільки з двох компонентів: СВ і водяні пари (ВП). Хоча до цієї суміші застосовні всі газові закони, однак при вентиляції з достатньою точністю можна вважати, що повітря практично весь час знаходиться під атмосферним тиском, так як тиску вентиляторів досить малі в порівнянні з барометричним тиском. Нормальний атмосферний тиск становить 101,3 кПа, а тиску, що розвиваються вентиляторами, складають зазвичай не більше 2 кПа. Тому нагрівання і повітря в вентиляції відбуваються при постійному тиску.

З термодинамічних параметрів ВВ, якими оперують в курсі вентиляції, можна виділити наступні:

1. густина;
2. теплоємність;
3. температура;
4. влагосодержание;
5. парціальний тиск водяної пари;
6. відносна вологість;
7. температура точки роси;
8. ентальпія (теплосодержание);
9. температура по мокрому термометру.

термодинамічні параметри  визначають стан ВВ і певним чином пов'язані один з одним. Особливими, що не термодинамічних параметром, є рухливість, тобто швидкість повітря, і концентрація речовини (крім вологи). Вони ніяк не пов'язані з іншими термодинамічними параметрами  і можуть бути будь-якими незалежно від них.

Під впливом різних факторів може змінювати свої параметри. Якщо повітря, укладений в деякому обсязі (наприклад, приміщенні), знаходиться в контакті з гарячими поверхнями, він нагрівається, Тобто підвищується його температура. При цьому нагріванню піддаються безпосередньо ті верстви, які межують з гарячими поверхнями. Через нагрівання змінюється, і це призводить до виникнення конвективних течій: Відбувається процес турбулентного обміну. За рахунок наявності турбулентного перемішування повітря в процесі вихреобразования сприйнята прикордонними шарами поступово передається більш віддаленим верствам, в результаті чого весь обсяг повітря както підвищує  свою температуру.

З розглянутого прикладу ясно, що шари близькі до гарячих поверхонь, матимуть температуру вищу, ніж віддалені. Інакше кажучи, температура за обсягом не однакова (і іноді різниться досить значно). Тому температура, як параметр повітря, в кожній точці буде мати своє індивідуальне, локальне значення. Однак характер розподілу локальних температур за об'ємом приміщення передбачити вкрай важко, тому в більшості ситуацій доводиться говорити про якийсь середньому значенні того чи іншого параметра повітря. Середнє значення температури  виводиться з припущення, що сприйняте тепло виявиться рівномірно розподілено за обсягом повітря, і температура повітря в кожній точці простору буде однакова.

Більш менш вивчений питання про розподіл температури по висоті приміщення, однак навіть у цьому питанні картина розподілу може сильно змінюватися під дією окремих факторів: Струменевих течій в приміщенні, наявності екрануючих поверхонь будівельних конструкцій і устаткування, температури і розмірів теплових джерел.