Состояние влажного воздуха на психометрической диаграмме определяется с помощью двух указанных параметров. Если, мы выберем любую температуру по сухому термометру и любую температуру по мокрому термометру, то точка пересечения этих линий на диаграмме является точкой, обозначающей состояние воздуха при данных температурах. Состояние воздуха в данной точке обозначено совершенно определённо.
Когда на диаграмме найдено определённое состояние воздуха, все остальные параметры воздуха могут быть определены с помощью J-d диаграммы .
Пример 1.
t = 35°С , а температура точки росы ТР равна t Т.Р. = 12°С , чему равна температура по мокрому термометру?
Решение см. рисунок 6.
На шкале температур находим численное значение температуры точки росы t Т.Р. = 12°С и проводим линию изотермы φ = 100% . Получаем точку с параметрами точки росы — Т.Р .
Из этой точки d = const t = 35°С .
Получаем искомую точку А
Из точки А проводим линию постоянного теплосодержания — J = const до пересечения с линией относительной влажности φ = 100% .
Получаем точку мокрого термометра - Т.М.
Из полученной точки — Т.М. проводим линию изотермы — t = const до пересечения со шкалой температур.
Считываем искомое численное значение температуры мокрого термометра — Т.М. точки А , которое равно
t Т.М. = 20,08°С.
Пример 2.
Если температура влажного воздуха по сухому термометру равна t = 35°С , а температура точки росы t Т.Р. = 12°С , чему равна относительная влажность?
Решение см. рисунок 7.
t = 35°С и проводим линию изотермы — t = const .
t Т.Р. = 12°С и проводим линию изотермы — t = const до пересечения с линией относительной влажности φ = 100% .
Получаем точку росы — Т.Р .
Из этой точки — Т.Р. проводим линию постоянного влагосодержания — d = const t = 35°С .
Это и будет искомая точка А , параметры которой были заданы.
Искомая относительная влажность в этой точке будет равна
φ А = 25%.
Пример 3.
Если температура влажного воздуха по сухому термометру равна t = 35°С , а температура точки росы t Т.Р. = 12°С , чему равна энтальпия воздуха?
Решение см. рисунок 8.
На шкале температур находим численное значение температуры по сухому термометру — t = 35°С и проводим линия изотермы — t = const .
На шкале температур находим численное значение температуры точки росы — t Т.Р. = 12°С и проводим линию изотермы — t = const до пересечения с линией относительной влажности φ = 100% .
Получаем точку росы — Т.Р.
Из этой точки — Т.Р. проводим линию постоянного влагосодержания — d = const до пересечения с линией изотермы по сухому термометру t = 35°С .
Это и будет искомая точка А , параметры которой были заданы. Искомое теплосодержание или энтальпия в этой точке будет равна
J А = 57,55 кДж/кг.
Пример 4.
При кондиционировании воздуха, связанного с его охлаждением (тёплый период года) мы в основном заинтересованы в определении количества тепла, которое должно быть отведено, чтобы в достаточной степени охладить воздух для поддержания расчётных параметров микроклимата в помещении. При кондиционировании воздуха, связанного с его нагревом (холодный период года), наружный воздух необходимо подогреть для обеспечения расчётных условий в рабочей зоне помещения.
Предположим, например, что наружная температура воздуха по мокрому термометру равна t H T.M = 24°С , а в кондиционируемом помещении необходимо поддерживать t B T.M = 19°С по мокрому термометру.
Общее количество тепла, которое необходимо отвести от 1 кг сухого воздуха, определяется по следующей методике.
См. рисунок 9.
Энтальпия наружного воздуха при t H T.M = 24°С по мокрому термометру равна
p= J Н = 71,63 кДж/ на 1 кг сухого воздуха.
Энтальпия внутреннего воздуха при t B TM = 19 °С по мокрому термометру равна
J В = 53,86 кДж/ на 1 кг сухого воздуха.
Разность энтальпий между наружным и внутренним воздухом равна:
JН — JВ = 71,63 — 53,86 = 17,77 кДж/кг.
Исходя из этого, общее количество тепла, которое должно быть отведено при охлаждении воздуха с t H T.M = 24°С по влажному термометру до t B T.M = 19°С по влажному термометру, равно Q = 17,77 кДж на 1 кг сухого воздуха , что равно 4,23 ккал или 4,91 Вт на 1 кг сухого воздуха.
Пример 5.
Во время отопительного сезона необходимо нагреть наружный воздух с t Н = - 10°С по сухому термометру и с t H T.M = - 12,5°С по мокрому термометру до температуры внутреннего воздуха t В = 20°С по сухому термометру и t B T.M = 11°С по мокрому термометру. Определить количество сухого тепла, которое должно быть добавлено к 1 кг сухого воздуха.
Решение см. рисунок 10.
На J–d диаграмме по двум известным параметрам – по температуре сухого термометра t Н = - 10°С и по температуре мокрого термометра t H T.M = - 12,5°С определяем точку наружного воздуха исходя из температуры по сухому термометру t Н = - 10°С и из температуры наружного воздуха – Н .
Соответственно, определяем точку внутреннего воздуха – В .
Считываем теплосодержание — энтальпию наружного воздуха — Н , которая будет равна
J Н = - 9,1 кДж/ на 1 кг сухого воздуха.
Соответственно, теплосодержание — энтальпия внутреннего воздуха — В будет равна
J В = 31,66 кДж/ на 1 кг сухого воздуха
Разность энтальпий внутреннего и наружного воздуха равна:
ΔJ = J В — J Н = 31,66 — (-9,1) = 40,76 кДж/ кг.
Это изменение количества тепла является изменением количества тепла только сухого воздуха, т.к. нет изменения его влагосодержания.
Сухое или явное тепло – тепло , которое добавляется или отводится от воздуха без изменения агрегатного состояния пара (изменяется только температура).
Скрытая теплота – тепло, идущее на изменение агрегатного состояния пара без изменения температуры. Температура точки росы обозначает влагосодержание воздуха.
При изменении температуры точки росы происходит изменение влагосодержания, т.е. иными словами, влагосодержание может быть изменено только при изменении температуры точки росы. Необходимо отметить поэтому, что если температура точки росы остаётся постоянной, то влагосодержание также не изменяется.
Пример 6.
Воздух, который имеет начальные параметры t Н = 24°С по сухому термометру и t H T.M = 14°С по мокрому термометру, должен быть кондиционирован, чтобы его конечные параметры стали равны t К = 24°С по сухому термометру и t K T.M = 21°С по мокрому термометру. Необходимо определить количество добавляемой скрытой теплоты, а также количество добавляемой влаги.
Решение см. рисунок 11.
На шкале температур находим численное значение температуры по сухому термометру — t Н = 24°С , и проводим линию изотермы — t = const .
Аналогично, на шкале температур находим численное значение температуры по мокрому термометру — t H T.M. = 14°С , проводим линию изотермы — t = const .
Пересечение линии изотермы — t H T.M. = 14°С с линией относительной влажности — φ = 100% даёт точку мокрого термометра воздуха с начальными заданными параметрами — точка М.Т.(Н) .
Из этой точки проводим линию постоянного теплосодержания — энтальпии — J = const до пересечения с изотермой — t Н = 24°С .
Получаем точку на J-d диаграмме с начальными параметрами влажного воздуха — точка Н , т считываем численное значение энтальпии
J Н = 39,31 кДж/ на 1 кг сухого воздуха.
Аналогично поступаем для определения точки влажного воздуха на J-d диаграмме с конечными параметрами — точка К .
Численное значение энтальпии в точке К будет равно
J К = 60,56 кДж/ на 1 кг сухого воздуха.
В данном случае к воздуху с начальными параметрами в точке Н необходимо добавить скрытое тепло, чтобы конечные параметры воздуха находились в точке К .
Определяем количество скрытого тепла
ΔJ = J К - J Н = 60,56 — 39,31 = 21,25 кДж/ кг.
Проводим из начальной точки — точка Н , и конечной точки — точка К вертикальные линии постоянного влагосодержания — d = const , и считываем значения абсолютной влажности воздуха в этих точках:
J Н = 5,95 г / на 1 кг сухого воздуха;
J К = 14,4 г / на 1 кг сухого воздуха.
Взяв разность абсолютных влажностей воздуха
Δd = d К -d Н = 14,4 — 5,95 = 8,45 г / на 1 кг сухого воздуха
получим количество влаги, добавляемой на 1 кг сухого воздуха.
Изменение количества тепла является изменением количества только скрытой теплоты, т.к. нет изменения в температуре воздуха по сухому термометру.
Наружный воздух при температуре t Н = 35°С по сухому термометру и t H T.M. = 24°С по мокрому термометру — точка Н , должен быть перемешан с рециркуляционным воздухом, имеющим параметры t Р = 18°С по сухому термометру и φ Р = 10% относительной влажности — точка Р.
Смесь должна состоять из 25% наружного воздуха и 75% рециркуляционного воздуха. Определить конечные температуры смеси воздуха по сухому и влажному термометрам.
Решение см. рисунок 12.
Наносим на J-d диаграмму точки Н и Р согласно исходных данных.
Соединяем точки Н и Р прямой линией — линией смеси.
На линии смеси НР определяем точку смеси С исходя из соотношения, что смесь должна состоять из 25% наружного воздуха и 75% рециркуляционного воздуха. Для этого от точки Р откладываем отрезок равный 25% всей длины линии смеси НР . Получим точку смеси С .
Оставшаяся длина отрезка СН равна 75% длины линии смеси НР .
Из точки С проводим линию постоянной температуры t = const и на шкале температур считываем температуру точки смеси t С = 22,4°С по сухому термометру.
Из точки С проводим линии постоянного теплосодержания J = const до пересечения с линией относительной влажности φ = 100% и получаем точку температуры мокрому термометра t C T.M. смеси. Для получения численного значения из этой точки проводим линию постоянной температуры и на шкале температур определяем численное значение температуры влажного термометра смеси, которое равно t C T.M. = 12°С .
При необходимости на J-d диаграмме можно определить все недостающие параметры смеси:
- теплосодержание, равное J С = 33,92 кДж/кг ;
- влагосодержание, равное d С = 4,51 г/кг ;
- относительную влажность φ С = 27 % .
Влажный воздух - это смесь сухого воздуха c водяным паром. Свойства влажного воздуха характеризуются следующими основными параметрами: температура по сухому термометру t, барометрическое давление P б, парциальное давление водяного пара P п, относительная влажность φ, влагосодержание d, удельная энтальпия i, температура точки росы t р, температура мокрого термометра t м, плотность ρ.
i-d диаграмма представляет собой графическую зависимость между основными параметрами воздуха t, φ, d, i при определённом барометрическом давлении воздуха P б и используется для визуализации результатов расчёта процессов обработки влажного воздуха.
i-d диаграмма впервые была составлена в 1918 году советским инженером-теплотехником Л. К. Рамзиным.
Диаграмма построена в косоугольной системе координат, что позволяет расширить область ненасыщенного влажного воздуха и делает диаграмму удобной для графических построений. По оси ординат диаграммы отложены значения удельной энтальпии i, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к оси i, отложены значения влагосодержания d. Поле диаграммы разбито линиями постоянных значений удельной энтальпии i=const и влагосодержания d=const. На диаграмму нанесены также линии постоянных значений температуры t=const, которые не параллельны между собой, а чем выше температура влажного воздуха, тем больше изотермы отклоняются вверх. На поле диаграммы нанесены также линии постоянных значений относительной влажности φ=const.
Относительной влажностью называется отношение парциального давления водяного пара, содержащегося во влажном воздухе заданного состояния, к парциальному давлению насыщенного водяного пара при той же температуре.
Влагосодержание - это масса водяного пара во влажном воздухе, приходящаяся на 1 кг массы сухой его части.
Удельная энтальпия - это количество теплоты, содержащееся во влажном воздухе при заданных температуре и давлении, отнесённое к 1 кг сухого воздуха.
i-d диаграмма кривой φ=100% разбита на две области. Вся область диаграммы, лежащая выше этой кривой, характеризует параметры ненасыщенного влажного воздуха, а ниже - область тумана.
Туман является двухфахной системой, состоящей из насыщенного влажного воздуха и взвешенной влаги в виде мельчайших капель воды или частичек льда.
Для расчёта параметров влажного воздуха и построения i-d диаграммы используются четыре основных уравнения:
1) Давление насыщенного водяного пара над плоской поверхностью воды (t > 0) или льда (t ≤ 0), кПа:
где α в, β в - постоянные для воды, α в = 17,504, β в = 241,2 °С
α л, β л - постоянные для льда, α л = 22,489, β л = 272,88 °С
2) Относительная влажность φ, %:
где P б - барометрическое давление, кПа
4) Удельная энтальпия влажного воздуха i, кДж/кг с.в.:
Температура точки росы - это температура, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении постоянного влагосодержания.
Для отыскания температуры точки росы на i-d диаграмме через точку, характеризующую состояние воздуха, нужно провести линию d=const до пересечения с кривой φ=100%. Температура точки росы является предельной температурой, до которой можно охладить влажный воздух при постоянном влагосодержании без выпадения конденсата.
Температура мокрого термометра - это температура, которую принимает ненасыщенный влажный воздух с начальными параметрами i 1 и d 1 в результате адиабатного тепло- и массообмена с водой в жидком или твёрдом состоянии, имеющей постоянную температуру t в =t м после достижения им насыщенного состояния, удовлетворяющего равенству:
где c в - удельная теплоёмкость воды, кДж/(кг·°C)
Разность i н - i 1 обычно невелика, поэтому процесс адиабатного насыщения часто называют изоэнтальпийным, хотя в действительности i н = i 1 только при t м = 0.
Для отыскания температуры мокрого термометра на i-d диаграмме через точку, характеризующую состояние воздуха, нужно провести линию постоянной энтальпии i=const до пересечения с кривой φ=100%.
Плотность влажного воздуха определяется по формуле, кг/м 3:
где T - температура в градусах Кельвина
Количество теплоты, необходимое для нагревания воздуха, можно рассчитать по формуле, кВт:
Количество теплоты, отводимое от воздуха при охлаждении, кВт:
где i 1 , i 2 - удельная энтальпия в начальной и конечной точках соответственно, кДж/кг с.в.
G с - расход сухого воздуха, кг/с
где d 1 , d 2 - влагосодержание в начальной и конечной точках соответственно, г/кг с.в.
При смешении двух потоков воздуха влагосодержание и удельную энтальпию смеси определяют по формулам:
На диаграмме точка смеси лежит на прямой 1-2 и делит её на отрезки, обратно пропорциональные смешиваемым количествам воздуха:
|
Возможен случай, когда точка смеси 3* окажется ниже линии φ=100%. В этом случае процесс смешения сопровождается конденсацией части содержащегося в смеси водяного пара и точка смеси 3 будет лежать на пересечении линий i 3* =const и φ=100%.
На представленном сайте на странице "Расчёты" можно рассчитать до 8 состояний влажного воздуха с построением лучей процессов на i-d диаграмме.
Чтобы определить начальное состояние, нужно указать два параметра из четырёх (t, φ, d, i) и расход сухого воздуха L с *. Расход задаётся в предположении плотности воздуха 1,2 кг/м 3 . Отсюда определяется массовый расход сухого воздуха, используемый в дальнейших вычислениях. В выходную таблицу выводятся фактические значения объёмного расхода воздуха, соответствующие реальной плотности воздуха.
Новое состояние можно вычислить, определив процесс и задав конечные параметры.
На диаграмме отображаются следующие процессы: нагрев, охлаждение, адиабатическое охлаждение, пароувлажнение, смешение и общий процесс, определяемый двумя любыми параметрами.
| Процесс | Обозначение | Описание |
| Нагрев | O | Вводится заданная конечная температура, либо заданная тепловая мощность. |
| Охлаждение | C | Вводится заданная конечная температура, либо заданная холодильная мощность. Этот расчет основан на допущении, что температура поверхности охладителя остается неизменной, и начальные параметры воздуха стремятся в точку с температурой поверхности охладителя при φ=100%. Как будто происходит смешение воздуха начального состояния с полностью насыщенным воздухом у поверхности охладителя. |
| Адиабатическое охлаждение | A | Вводится заданная конечная относительная влажность, либо влагосодержание, либо температура. |
| Пароувлажнение | P | Вводится заданная конечная относительная влажность, либо влагосодержание. |
| Общий процесс | X | Вводятся значения двух параметров из четырёх (t, φ, d, i), являющиеся конечными для заданного процесса. |
| Смешение | S | Этот процесс определяется без задания параметров. Используются два предыдущих значения расхода воздуха. Если при смешении достигается максимально допустимое влагосодержание, то происходит адиабатическая кондесация водяных паров. В результате вычисляется количество сконденсированной влаги. |
ЛИТЕРАТУРА:
1. Бурцев С.И., Цветков Ю.Н. Влажный воздух. Состав и свойства: Учеб. пособие. - СПб.: СПбГАХПТ, 1998. - 146 c.
2. Справочное пособие АВОК 1-2004. Влажный воздух. - М.: АВОК-ПРЕСС, 2004. - 46 с.
3. ASHRAE Handbook. Fundamentals. - Atlanta, 2001.
hd-диаграмма влажного воздуха (рис. 14.1), предложенная в 1918 г.
Рис.14.1. hd-диаграмма влажного воздуха
Л. К. Рамзиным, широко используется для решения практических задач в тех областях, где рабочим телом служит влажный воздух. По оси ординат откладывают энтальпию h, кДж/кг влажного воздухa, а по оси абсцисс влагосодержание d,г/кг с.в. Для удобства (сокращение площади диаграммы) ось абсцисс направлена под углом 135° к оси ординат. На данной диаграмме вместо наклонной оси абсцисс проведена горизонтальная линия, на которой нанесены действительные значения d.На hd-диаграмме линии h = const - это циклонные линии, а линии d = const - вертикальные прямые.
Из уравнения
следует, что в координатах hd изотермы изображаются прямыми линиями. Кроме того, на диаграмму наносят кривые φ = const.
Кривая φ = 100%делит поле на две области и является своего рода пограничной кривой: φ < 100% характеризует область ненасы-щенного влажного воздуха (в воздухе содержится перегретый пар); φ > 100% - область, в которой влага находится в воздухе час-тично в капельном состоянии;
φ - 100% характеризует насыщен-ный влажный воздух.
За начало отсчета параметров влажного воздуха выбирают точку 0,для которой Т = 273,15 К, d = 0, h = 0.
Любая точка на hd-диаграмме определяет физическое состоя-ние воздуха. Для этого должны быть заданы два параметра (например, φ и t или h u d). Изменение состояния влажного воз-духа изобразится на диаграмме линией процесса. Рассмотрим ряд примеров.
1) Процесс нагревания воздуха происходит при постоянном влагосодержании, так как количество пара в воздухе в данном случае не изменяется. На hd-диаграмме этот процесс изображается лини-ей 1-2 (рис.14.2). В данном процессе повышаются температура и энтальпия воздуха, и уменьшается его относительная влажность.
Рис. 14.2 Изображение на hd- диаграмме характерных процессов изменения состояния воздуха
2) Процесс охлаждения воздуха на участке над кривой φ-100%также протекает при постоянном влагосодержании (процесс 1-5). Если продолжать процесс охлаждения до точки 5" -неположенной на кривой φ-100%,то в этом состоянии влажный воздух будет насыщенным. Температура в точке 5 есть температу-ра точки росы. Дальнейшее охлаждение воздуха (ниже точки 5) приводит к конденсации части водяного пара.
3) В процессе адиабатного осушения воздуха конденсация влага
происходит за счет теплоты влажного воздуха без внешнего тепло-обмена. Этот процесс протекает при постоянной энтальпии (процесс 1-7), причем влагосодержание воздуха уменьшается, а температура его увеличивается.
4) Процесс адиабатного увлажнения воздуха, сопровождающий-ся увеличением влагосодержания воздуха и уменьшением его темпе-ратуры, изображен на диаграмме линией 1-4.
Процессы адиабатного увлажнения и осушения воздуха широко используются для обеспечения заданных параметров микроклима-та в сельскохозяйственных производственных помещениях.
5) Процесс осушения воздуха при постоянной температуре изображается линией 1-6, а процесс увлажнения воздуха при постоян-ной температуре - линией 1-3.
I-d диаграмма влажного воздуха была составлена профессором Леонидом Константиновичем Рамзиным в 1918 г. Она графически связывает 5 параметров влажного воздуха:
· удельное теплосодержание (энтальпию) I в ,
· температуру t ,
· относительную влажность φ ,
· парциальное давление водяных паров p п .
Зная любые два из этих параметров, можно определить все остальные.
Диаграмма составляется для определённого барометрического давления.
На оси ординат (по вертикали) откладываются значения теплосодержания (энтальпии) I с сухого воздуха, на оси абсцисс (по горизонтали) – влагосодержание d . Линии постоянного теплосодержания (энтальпии) I=const (адиабаты) проходят под углом 135º к оси ординат. Линии постоянного влагосодержания d =const проходят параллельно оси ординат.
Также наносятся кривые линии постоянных относительных влажностей φ =const и под углом к оси ординат линии изотерм t=const.
Линии φ =0 и d =0 совпадают, поскольку одинаково характеризуют полное отсутствие влаги в воздухе.
Через точку пересечения линий с параметрами d =0 и t =0 проходит линия I=0. Значения теплосодержания (энтальпии) выше этой линии – положительные, ниже – отрицательные.
Линия φ=100% делит диаграмму на две части. Выше линии – область влажного ненасыщенного воздуха. Сама линия φ =100% соответствует насыщенному воздуху – «кривая насыщения ». Ниже линии – область перенасыщенного воздуха, «зона тумана », где вода находится в воздухе во взвешенном состоянии в жидкой или твёрдой фазе.
I-d диаграммы и схемы определения параметров влажного воздуха для точки А.
ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА
И ИХ ИЗОБРАЖЕНИЕ НА I-d ДИАГРАММЕ
При рассмотрении процессов изменения состояния влажного воздуха принимается следующее допущение : свойства воздуха изменяются во всём его объёме одновременно .
На самом деле это не так, поскольку слои, наиболее близкие к горячим поверхностям, будут иметь температуру более высокую, чем удаленные. Исходя из этого, следует, что в качестве действующих принимаются средние значения параметров воздуха для всего объёма.
Обработка влажного воздуха – т. е. изменение его параметров, производится специальными устройствами. Ниже приводится описание только назначения и принципа действия таких устройств, без рассмотрения их конструкции, разновидностей и монтажа.
К элементарным устройствам, являющимся инструментами воздействия на параметры воздуха, относятся:
· калорифер
· оросительная (форсуночная) камера (водяной увлажнитель)
· паровой увлажнитель (парогенератор)
КАЛОРИФЕР
Калорифер – этотеплообменноеустройство, изменяющее температуру воздуха без влияния на влагосодержание.
Сухой нагрев
Процесс наблюдается только в теплообменнике (калорифере).
Нагрев воздуха происходит при неизменном влагосодержании (d = const), т. к. влага никуда не уходит, и ниоткуда не добавляется, поскольку обрабатываемый воздух контактирует только с сухой поверхностью теплообменника (калорифера). Изменяется только количество явной теплоты.
При этом процессе не меняется влагосодержеание, увеличиваются температура и энтальпия, и падает относительная влажность (t 2 >t 1 ,I 2 >I 1 ,φ 2 <φ 1 , d 2 =d 1 =const).
Теплозатраты на нагрев воздуха в калорифере:
Q К = ∆I∙G , кДж/ч = , Вт, где
∆I – разность теплосодержаний кДж/кг воздуха после и до калорифера соответственно;
G – расход воздуха, проходящего через калорифер, кг/ч
Сухое охлаждение
Охлаждение воздуха происходит при неизменном влагосодержании (d=const), т. к. влага никуда не уходит, и ниоткуда не добавляется, поскольку воздух контактирует только с сухой поверхностью теплообменника (калорифера). Изменяется только количество явной теплоты.
При этом не меняется влагосодержание, снижается температура и теплосодержание (энтальпия), и возрастает относительная влажность (t 2 <t 1 ,I 2 <I 1 ,φ 2 >φ 1 , d 2 =d 1 =const).
Затраты холода в калорифере определяются в порядке, аналогичном расчётам теплозатрат. При этом отрицательное значение теплозатрат будет означать затраты не тепла, а холода.
Точка росы
Если в ходе сухого охлаждения процесс по линии d = const достигает линии относительной влажности φ = 100%, то при дальнейшем снижении температуры из воздуха начинает выделяется влага, т. к. происходит конденсация паров воды.
Точка росы – состояние насыщенного воздуха (φ =100%) при данном влагосодержании d . Она находится в точке пересечения линий d =const и φ =100%. Изотерма, проходящая через эту точку, соответствует температуре точки росы t ТР .
Суть процесса состоит в том, что при охлаждении воздуха, содержащего водяные пары в неизменном количестве, наступает такая температура, при которой пар не может удерживаться воздухом и переходит в жидкое состояние.
Охлаждение с осушкой
Если температура поверхности теплообменника (калорифера) t пов ниже температуры точки росы, то при дальнейшем понижении температуры воздуха процесс после достижения точки росы далее проходит уже вдоль линии φ =100%. При этом пар конденсируется и, соответственно – уменьшается влагосодержание воздуха. Также, в ходе процесса уменьшается и энтальпия, а относительная влажность достигает предельно возможной величины 100% (t 2 <t 1 ,I 2 <I 1 ,φ 1 <φ 2 ≈100%, d 2 <d 1 ).
Количество влаги, удалённой из каждого килограмма воздуха, определяется как разница значений влагосодержания в точке росы и в конечной точке процесса Δd =d 2 – d ТР, d ТР = d 1 . Расход воды, сконденсирующейся в калорифере, определяется по формуле: W = G .
Следует отметить, что на практике процесс может идти не строго по линии φ =100%, а вдоль неё, при значениях φ порядка 95%. При этом конечная температура воздуха будет несколько выше температуры поверхности теплообменника (калорифера).
Л.К.Рамзин построил «i, d » – диаграмму, которая широко используется в расчетах сушки, кондиционирования воздуха в ряде других расчетов, связанных с изменением состояния влажного воздуха. Эта диаграмма выра-жает графическую зависимость основных параметров воздуха (t , φ, p п, d , i ) при заданном барометрическом давлении.
Элементы «i , d » – диаграммы показаны на рис. 7.4. Диаграмма по-строена в косоугольной системе координат с углом между осями i и d 135°. По оси ординат откладываются величины энтальпий и температур воздуха (i , кДж/кг сухого воздуха и t , °С), по оси абсцисс – величины влагосодержаний влажного воздуха d , г/кг.
Рис. 7.4. Примерная «i, d » – диаграмма
Ранее уже упоминалось, что параметры (t °C, i кДж/кг, φ %, d г/кг, p П Па), определяющие состояние влажного воздуха, на «i , d » – диаграмме можно графически изобразить точкой. Например, на рис. ниже точке А соответствуют параметры влажного воздуха: температура t = 27 °С, относительная влажность φ = 35 %, энтальпия i = 48 кДж/кг, влагосодер-жание d = 8 г/кг, парциальное давление пара p П = 1,24 кПа.
Необходимо учитывать тот факт, что полученные графическим путем параметры влажного воздуха соответствуют барометрическому (атмосферному) давлению 760 мм рт. ст., для которого была построена приведенная на рис. «i, d » – диаграмма.
Практика использования графоаналитических расчетов для определения парциального давления пара с помощью «i, d » – диаграмм показывает, что расхождения между полученными результатами (в пределах 1 - 2 %) объясняется степенью точности построения диаграмм.
Если параметры точки А на «i, d » – диаграмме (рис. 7.5) i А ,d А, а конечного Б – i Б, d Б, то отношение (i Б – i А) / (d Б – d А) · 1000 = ε представ-ляет собой угловой коэффициент линии (луча), характеризующий данное изменение состояния воздуха в координатах «i, d » – диаграммы.
Рис. 7.5. Определение углового коэффициента ε с использованием «i, d » – диаграммы.
Величина ε имеет размерность кДж/кг влаги. С другой стороны, в практике использования «i, d » – диаграмм заранее известна полученная расчетным путем величина ε.
В таком случае на «i, d » – диаграмме можно построить луч, соответ-ствующий полученному значению ε. Для этого используют набор лучей, соответствующих различным значениям углового коэффициента и нанесенных по контуру «i, d » – диаграммы. Построение этих лучей произ-водилось следующим образом (см. рис. 7.6).
Для построения углового масштаба рассматривают различные изменения состояния влажного воздуха, приняв при этом одинаковые начальные параметры воздуха для всех рассматриваемых на рисунке 4 случаев – это начало координат (i 1 = 0, d 1 = 0). Если конечные параметры обозначить через i 2 и d 2 , то выражение углового коэффициента можно записать в этом случае
ε = 
.
Например, принимая d 2 = 10 г/кг и i 2 = 1 кДж/кг (соответствует точке 1 на рис. 1.4), ε = (1/10)·1000 = 100 кДж/кг. Для точки 2 ε = 200 кДж/кг и так далее для всех рассматриваемых точек на рисунке 1.4. Для i = 0 ε = 0, т.е. лучи на «i ,d » – диаграмме совпадают. Аналогичным путем могут быть на-несены лучи, имеющие отрицательные значения угловых коэффициентов.
На полях «i,d » – диаграммы нанесены направления масштабных лучей для значений угловых коэффициентов в пределах от – 30000 до + 30000 кДж/кг влаги. Все эти лучи исходят из начала координат.
Практическое использование углового масштаба сводится к параллельному переносу (например, с помощью линейки) масштабного луча с известным значением углового коэффициента в заданную точку на «i,d » – диаграмме. На рис. показан перенос луча с ε = 100 в точку Б.
Построение на «i, d » – диаграмме углового масштаба.
Определение температуры точки росы t Р и температуры мокрого термометра t М с помощью « i, d » – диаграммы.
Температура точки росы – это температура воздуха в насыщенном состоянии при данном влагосодержании. На «i, d » – диаграмме для определении t Р необходимо из точки данного состояния воздуха (точка А на рис. ниже) опуститься по линии d = const до пересечения с линией насыщения φ = 100 % (точка Б). В таком случае изотерма, проходящая через точку Б, соответствует t Р.
Определение значений t Р и t М на «i,d » – диаграмме
Температура мокрого термометра t М равна температуре воздуха в насыщенном состоянии при данной энтальпии. В «i, d » – диаграмме t М проходит через точку пересечения изотермы с линией φ = 100 % (точка В) и практически совпадает (при параметрах, имеющих место в системах кондиционирования) с линией I = const, проходящей через точку Б.
Изображение процессов нагревания и охлаждения воздуха на « i, d » -диаграмме. Процесс нагревания воздуха в поверхностном теплообменнике – калорифере в «i, d » – диаграмме изображается вертикальной линией АБ (см. рис.ниже) при d = const, так как влагосодержание воздуха при кон-такте с сухой нагретой поверхностью не изменяется. Температура и энтальпия при нагревании увеличивается, а относительная влажность уменьшается.
Процесс охлаждения воздуха в поверхностном теплообменнике-воздухоохладителе может быть реализован двумя путями. Первый путь – охлаждение воздуха при постоянном влагосодержании (процесс а на рис. 1.6). Этот процесс при d = const протекает в том случае, если температура поверхности воздухоохладителя будет выше температуры точки росы t Р. Процесс пройдет по линии ВГ или в крайнем случае – по линии ВГ’.
Второй путь – охлаждение воздуха при уменьшении его влагосодержания, что возможно только при выпадении влаги из воздуха (случай б на рис. 7.8). Условие реализации такого процесса – температура поверхности воздухоохладителя или любой другой поверхности, контак-тирующей с воздухом должна быть ниже температуры точки росы воздуха в точке Д. В этом случае будет происходить конденсация водяного пара в воздухе и процесс охлаждения будет сопровождаться уменьшением влаго-содержания в воздухе. На рис. этот процесс пойдет по линии СЖ, причем точка Ж соответствует температуре t П.В. поверхности воздухоохладителя. На практике процесс охлаждения заканчивается раньше и достигает, например, точки Е при температуре t Е.
Рис. 7.8. Изображение процессов нагревания и охлаждения воздуха на «i, d » – диаграмме
Процессы смешения двух потоков воздуха в « i, d » – диаграмме.
В системах кондиционирования воздуха используются процессы смешения двух потоков воздуха с различным их состоянием. Например, использование рециркуляционного воздуха или смешение подготовлен-ного воздуха с воздухом внутри помещения при подаче его из кондицио-нера. Возможны и другие случаи смешения.
Представляет интерес для расчетов процессов смешения найти связь между аналитическими расчетами процессов и их графическими изображе-ниями на «i, d » – диаграмме. На рис. 7.9 представлены два случая осуществления процессов смешения: а) – точка состояния воздуха на «i, d » – диаграмме лежит выше линии φ = 100 % и случай б) – точка смеси лежит ниже линии φ = 100 %.
Рассмотрим случай а). Воздух состояния точки А в количестве G А с параметрами d А и i А смешивается с воздухом состояния точки В в количес-тве G B c параметрами d B и i B . При этом принимают условие, что расчеты производятся на 1 кг воздуха состояния А. Тогда величиной n = G В /G А оценивают, какое количество воздуха состояния точки В приходится на 1 кг воздуха состояния точки А. Для 1 кг воздуха состояния точки А можно записать балансы теплоты и влаги при смешении
i A + i B = (1 + n )i СМ;
d A + nd B = (1 + n )d СМ,
где i СМ и d СМ – параметры смеси.
Из уравнений получают:
.
Уравнение является уравнением прямой линии, любая точка которой указывает параметры смешения i СМ и d СМ. Положение точки смешения С на прямой АВ может быть найдено по соотношению сторон подобных треугольников АСД и СВЕ
Рис. 7.9. Процессы смешения воздуха в «i, d » – диаграмме. а) – точка смеси лежит выше линии φ = 100 %; б) – точка смеси лежит ниже φ = 100 %.
,
т.е. точка С делит прямую АВ на части, обратно пропорциональные массам смешиваемого воздуха.
Если положение точки С на прямой АВ известно, то можно найти массы G A и G B . Из уравнения следует
,
Аналогично
На практике возможен случай, когда в холодный период года точка смеси С 1 ’ лежит ниже линии φ = 100 %. В этом случае в процессе сме-шения будет иметь место конденсация влаги. Сконденсированная влага выпадает из воздуха и будет находиться после смешения в состоянии насыщения при φ = 100 %. Параметры смеси достаточно точно определя-ются точкой пересечения линии φ = 100 % (точка С 2) и i СМ = const. При этом количество выпавшей влаги равно Δd .