зданий различного назначения. 2 глава
Парциальное давление отдельного газа определяется по уравнению Клайперона Pi= где Мi –масса i-го газа, кг; R=8,314 кДж/ (кмоль.К) – универсальная газовая постоянная Отношение массы газа (Mi) j, к объему смеси V называется концентрацией (wi) смеси данного газа в смеси. При расчетах кондиционирования влажный воздух удобно рассматривать как бинарную смесь (двух газов), состоящую из водяного пара (газа с молекулярным весом μп=18) и сухого воздуха (условного однородного газа с молекулярным весом μс.в.=29) Барометрическое давление в этом случае равно сумме парциальных давлений сухого воздуха рс.в. и водяного пара рп: Р= рс.в + рс.в (II.3) Барометрическое давление над уровнем моря в среднем составляет 101.3 кПа. С изменением высоты над уровнем моря расчетное барометрическое давление изменяется и может быть определено на основании климатологических данных. Уравнение состояние удобно записать, пользуясь плотностью ρi, кг/м3 ρi = Мi /V (II.4) Ri =R / μi (II.5) Для сухого воздуха при атмосферном давлении (1 физическая атмосфера =101,325 кПа), плотность ρс.в. ρс.в. = При стандартных условиях (давлении 101,325 и температура 20º С) плотность ρс.в. Доля влаги в воздухе обычно невелика и плотность влажного воздуха мало отличается от плотности сухого воздуха. Плотность влажного воздуха определяется по формуле ρ.в Из формулы II.8 следует важный вывод о том, что плотность влажного воздуха меньше плотности сухого воздуха. При обычных условиях в помещении доля второго члена формулы, определяющего разницу влажного и сухого воздуха при прочих равных условиях составит всего лишь 0,75% величины ρс.в, и инженерных расчетах обычно считают
ρ.в.
При обработке и изменении свойств влажного воздуха в процессе кондиционирования количество его сухой части остается неизменным, поэтому принято при рассмотрении тепловлажностного состояния воздуха все его показатели относить к 1кг сухой части влажного воздуха. Влажность воздуха характеризуется количеством содержащегося в нем водяного пара. Количество водяного пара в кг, приходящегося на 1 кг сухой части влажного воздуха, называется влагосодержанием воздуха d', кг/кг: d' = Численные значения d' являются малой дробью, поэтому в расчетах удобнее пользоваться влагосодержанием d (в граммах влаги на 1 кг сухой части воздуха), для которых формула приобретает вид: d = 1000 d' = 0,623 Влагосодержание воздуха может быть различным, однако его максимальная величина при заданной температуре строго определена насыщенным состоянием водяных паров. В связи с этим, для характеристики степени увлажнения удобно пользоваться показателем относительной влажности воздуха При относительной влажности 100% воздух полностью насыщен водяными парами и его называют насыщенным. Величина
Давление насыщенного водяного пара зависит только от температуры. Его значение определяют экспериментальным путем и приводят в специальных таблицах. Кроме того, имеются ряд формул аппроксимирующих Р п.н
Р п.н =479 + (11,52 + 1.62 t) 2 (II.13) Пользуясь понятием относительной влажности d =623 Теплоемкости 1 сухого воздуха С с.в и водяного пара Сп в обычном для амееаниионного процесса диапазоне температур можно считать постоянными и равными С с.в = 1,005 кДж/(кг ºС), С п = 1.8 кДж/(кг ºС). ¹ Здесь и далее теплоемкость и энтальпия рассматриваются как удельные тепловые величины. Энтальпию сухого воздуха 1 I с.в. при t = 0º С принимают равной нулю. При произвольном значении температуры I с.в = С с.в t. (II. 15) Теплота парообразования для воды при t = 0º С равна r =2500 кДж/кг, поэтому энтальпия пара I п при этой температуры равна r. При произвольной температуре: I п = 2500 + 1.8 t (II.16) Энтальпия влажного воздуха I складывается из энтальпии сухой его части и энтальпии водяных паров. Энтальпия влажного воздуха, отнесенная к 1 кг сухой части влажного воздуха, при произвольной температуре t и влагосодержании d I = 1,005 + (2500 + 1.8 t) d/1000. (II.17) Если ввести характеристику теплоемкости влажного воздуха С в = 1.005 + 1.8 d/1000, (II.18) тогда I = С в t + r d/ 1000 (II.19)
В результате конвективного теплообмена воздуху передается явное тепло, температура воздуха повышается и соответственно изменяется его энтальпия. При поступлении водяного пара (при подаче пара от внешних источников) в воздух передается теплота парообразования и энтальпия воздуха возрастает. В данном случае это происходит вследствие изменения энтальпии водяного пара, масса которого увеличивается. Температура же воздуха остается неизменной.
2. На основе системы уравнений, включающей зависимости (II.11), (II.12), (II.17), а также функциональную связь Р п.н. = f (t), была составлена I – d диаграмма, широко используемая в расчетах вентиляции, кондиционирования воздуха, сушке и других процессах, с изменениями состояния влажного воздуха. I-d диаграмма построена в косоугольной системе координат. Такая система позволяет расширить на диаграмме область ненасыщенного влажного воздуха, что делает ее удобной для графических построений. По оси ординат отложены значения энтальпий I, КДж/кг сух. возд., по оси абцисс, направленной под углом 1350к оси I, - значение влагосодержаний d, г/кгсух. возд. Поле диаграммы разбито линиями постоянных энтальпий I = const и влагосодержаний d = const. На диаграмму нанесены также линии постоянных температур t = const.
Если какой-либо точке 1 (рис1), лежащей на изотерме t1 = const, соответствует энтальпия I 1, графически эта энтальпия равна сумме трех отрезков. Размеры отрезков определяются по уравнению (II.17), которое можно записать после преобразования в виде: I 1 = 2,5 +1,005 t1 + 1,8 10-3 t1 d 1 (II. 20)
Рис.1 Рис. 2
Из уравнения (II. 20) и рис.1 можно сделать вывод, что в I-d диаграмме изотермы не параллельны между собой и чем выше температура влажного воздуха, тем больше отклоняются вверх его изотермы. Кроме линий постоянных I, d и t на поледиаграммы нанесены линии постоянных относительных влажностей
Изменение относительной влажности соответственно колебаниям барометрического давления можно проследить, пользуясь формулами (II.11) и (II.12), которые запишем в виде: d = 623 Значение Рп.н, как было сказано ранее, зависит только от температуры, поэтому, если при постоянных d и t изменить давление Р б, то относительная влажность В нижней части I-d диаграммы расположена кривая, имеющая самостоятельную ось ординат. Эта кривая связывает влагосодержание d с парциальным давлением (упругостью) водяного пара Р п, кПа. Ось ординат этого графика является шкалой парциального давления водяного пара Р п. По контуру I-d диаграммы построена шкала угловых коэффициентов лучей процессов изменение состояния воздуха (шкала тепловлажностных отношений).
Все поле диаграммы линией Каждая точка на поле диаграммы соответствует определенному тепловлажностному состоянию воздуха. Положение точки определяется любыми двумя из пяти (I, d, t, (* исключением сочетаний параметров рп, и d, которые имеют однозначную взаимосвязь) Остальные три параметра могут быть определены по I-d диаграмме как производные. Диаграмма удобна не только для определения параметров состояния воздуха, но и для построения изменения его состояния при нагревании, охлаждении, увлажнении, осушении, смешении, при произвольной последовательности и сочетании этих процессов. Кроме основных параметров воздуха, которые использовались при построении, с помощью I-d диаграммы можно найти еще два параметра, которые широко используются в расчетах вентиляции и кондиционирования воздуха: температуру точки росы tр и температуру мокрого термометра tм. (рис.2). Температурой точки росы воздуха t р называется температура, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении постоянного влагосодержания. В соответствии с определением для отыскания температуры точки росы воздуха известного состояния, с помощью I-d диаграммы через точку, характеризующую его состояние, проводят линию d = const до пересечения с кривой Температурой мокрого термометра воздух а t м является такая температура, которую принимает влажный воздух при достижении насыщенного состояния и сохранении постоянной энтальпии воздуха, равной начальной. Через точку, соответствующую состоянию влажного воздуха, проводят линию постоянной энтальпии до пересечения с кривой = 100%. Изотерма, проходящая через точку пересечения, соответствует значению температуры воздуха по мокрому термометру.
3. Построение на I-d диаграмме процессов изменения состояния влажного воздуха
При кондиционировании воздуха происходят изменения его тепловлажностного состояния, которые удобно прослеживать и рассчитывать с помощью I-d диаграммы. Нанесем на I-d диаграмму точку 1, соответствующую начальному состоянию воздуха, и точку 2, соответствующую его измененному состоянию (рис.3). Положение луча процесса в I-d диаграмме определяется угловым коэффициентом ε Если влажный воздух изменил свое состояние от начальных значений I1 и d1 до конечных значений I2 и d2, то можно записать отношение: ε = Коэффициент ε измеряется в кДж/кг влаги. Этот параметр называют также тепловлажностным отношением, поскольку он показывает величину приращения количества теплоты на 1кг полученной или отданной воздухом влаги. Если начальные параметры воздуха различны, а значения ε одинаковы, то линии, характеризующие изменение состояние воздуха параллельны меду собой.
Рис.3 (II.7)
Выражение (II.22) можно преобразовать, умножив числитель и знаменатель на расход воздуха G кг/ч, участвующего в процессе: ε = Линии процесса наносятся на I-d диаграмму несколькими способами: · непосредственным нанесением с выполнением вычислений; · с использованием углового масштаба на I-d диаграмме; · с использованием транспортира углового масштаба.
Процессы нагрева и охлаждения.
Простейшим является процесс нагрева, при котором воздух получает явное тепло в результате конвективного теплообмена с сухой нагретой поверхностью. В этом процессе влагосодержание воздуха остается неизменным, поэтому в I-d диаграмме процесс нагрева прослеживается снизу вверх по линии d = const. Если воздух с параметрами точки 1 (t1 В процессе охлаждения воздух отдает только явное тепло в результате конвективного теплообмена с холодной сухой поверхности. В I-d диаграмме этот процесс соответствует направлению сверху вниз по линии d = const; например, при охлаждении воздуха состояния 1 до состояния 3 (рис3) 1кг сухой части воздуха будет отдано Процесс охлаждения воздуха при теплообмене, когда отдается только явное тепло, может протекать до точки 4 (см. рис.3) пересечения луча d 1 = const с линией
4. Процессы адиабатного (изоэнтальпийного) увлажнения.
Тонкий слой воды или ее капли при контакте с воздухом приобретает температуру равную температуре мокрого термометра. При контакте воздуха с водой, имеющей такую температуру, происходит процесс адиабатного (изоэнтальпийного) увлажнения воздух, т.е. энтальпия воздуха, остается практически неизменной. В I-d диаграмме этот процесс можно проследить по линиям I = const (слева вниз направо). Если воздух состояния 1 При кондиционировании часто используют адиабатное увлажнение оборотной водой. Для этого в оросительной камере разбрызгивают воду, которую забирают насосом из поддона этой же камеры. Вода, непрерывно находясь в контакте с воздухом, имеет температуру, близкую к температуре мокрого термометра, и в небольшой части Адиабатный процесс может быть только при значениях tм = 0˚С. Во всех остальных случаях наблюдается отклонение от изоэнтальпии.
5. Изотермический процесс увлажнения.
Если в воздух подать пар, имеющий ту же температуру, что и воздух по сухому термометру, то воздух будет увлажняться, не изменяя своей температуры. Изотермический процесс увлажнения воздуха паром в I-d диаграмме можно проследить по линиям t = const. При подаче пара в воздух с параметрами, определенными точкой 1 (см.рис.II.12) состояние воздуха изменяется по линии t 1= const (слева направо). После увлажнения состоянияе воздуха может соответствовать произвольной точке на этой изотерме, например точке 4 при ассимиляции Δd2 влаги. Предельное состояние воздуха в этом процессе соответствует точке 5 пересечения линии t1 с линией При кондиционировании воздуха используют процесс увлажнения воздуха острым паром, который обычно имеет температуру более 100˚С, т.е. значительно отличается от температуры воздуха. Однако в связи с тем что содержание явного тепла в паре ассимилируемом воздухом, незначительно, луч процесса идет с небольшим отклонением вверх от изотермы. Изменение энтальпии воздуха в основном определяется теплотой парообразования водяного пара, температура воздуха при этом повышается немного. В цехах текстильных производств, где происходит большое выделение явного тепла и одновременно необходимо поддержание высоких значений относительной влажности воздуха, применяют метод местного доувлажнения. В воздухе помещения пневматическими форсунками распыляют воду, мелкие капли, которой полностью испаряются, находясь во взвешенном состоянии в воздухе. Полное испарение разбрызгиваемой водой происходит за счет тепла воздуха помещения. Явное тепло воздуха затрачивается на испарение и в виде скрытого тела водяного пара возвращается в воздух. По существу это является изоэнтальпийным процессом увлажнения воздуха, который должен был бы происходить при I = const. Однако в помещении понижения температуры не происходит, так как затраты тепла на доувлажнение в каждый момент времени покрываются теплоизбытками, поступающими в воздух помещения. Если этот процесс разбить на бесконечные отрезки, в пределах которых малому тепловыделению соответствует столь же малое изоэнтальпийное доувлажнение, то в результате получим, что теоретически процесс местного доувлажнения идет по изотерме, соответствующей температуре помещения, и в I-d диаграмме луч процесса соответствует линии t = const.
6. Политропические процессы тепло - и влагообмена. Многие процессы изменения состояния воздуха при кондиционировании связаны с одновременным внесением в воздух или отведением из него тепла и влаги. Такое изменение состояния воздуха происходит, например, в помещениях, где, одновременно выделяется и явное тепло и водяной пар, или где воздух одновременно охлаждается и осушается. При произвольном соотношении количеств ассимилированных воздухом тепла и влаги изменение воздуха можно изобразить на I-d диаграмме линиями, имеющими различные направления. Если потоку воздуха, сухая часть которого составляет G кг/ч, передать Q кДж/ч тепла и W кг/ч влаги, то его энтальпия изменится на Δ I кДж/кг: Q = G Δ I, а влагосодержание - на Δ d′ кг/кг: W = G Δ d′. Отношение правых и левых частей уравнений, есть показатель направления луча процесса изменения состояния воздуха в I-d диаграмме и соответствует угловому коэффициенту ε = Q/W = Δ I/ Δ d′. Изменение состояния воздуха в помещении при его обработке в камерах сводится к изменению его энтальпии и влагосодержания. Зная начальное состояние и количество G, величину полных теплопоступлений Q и влагопоступлений W в воздух, можно, пользуясь показателем ε и I-d диаграммой определить конечные параметры воздуха. В другом случае неизвестными при прочих известных данных, могут быть: расходы воздуха G, тепла Q и влаги W. Политропический процесс, с произвольным показателем ε включает в себя по существу все возможные процессы изменения тепловлажностного состояния воздуха.
7. Процессы смешения.
При кондиционировании в ряде случаев наружный воздух, подаваемый в помещение смешивается с внутренним (рециркуляция внутреннего воздуха). Возможны и другие случаи, связанные с перемешиванием масс воздуха разного состояния. Процесс смешения воздуха при построении на I-d диаграмме изображаются прямой, соединяющие точки состояния воздуха смешиваемых масс. Точка смеси всегда располагается на этой прямой и делит ее на отрезки, обратно пропорциональные смешиваемым количеством воздуха. Если смешать воздух состояния 1 в количестве G с воздухом состояния 2 в количестве n G, то точка смеси 3 разделит отрезок 1-2 или его проекции ΔI1-2 и Δd1-2 на части 1-3, 3-2 или ΔI1-3 ΔI3-2 и Δd1-3, Δd3-2:
Возможен случай, когда точка смеси 3′, окажется в области ниже линии Δd = d3′ - d3
8. Психрометрическая диаграмма. В отличие от I – d диаграммы, где в основе построения приняты графические взаимосвязи между параметрами влажного воздуха, которые нанесены на координатную сетку I, d, в психрометрической диаграмме использована система координат tc – х. Основными параметрами важного воздуха, между которыми определяется взаимосвязь на tc – х диаграмме являются tc, х, I, tм, tр, φ и Рб. Основой графического построения является равномерная сетка параллельных изолиний tc и влагосодержаний х. Характерная особенность психрометрической диаграммы заключается в параллельности (в реальном для СКВ диапазоне) нанесения изолиний температур tc, tм, tр и энтальпи I. Кроме того, на диаграмме нанесены линии относительной влажности и удельного объема 1/ρ. В ряде случаев по оси ординат наносится шкала упругости водяного пара р п. Линии I =const расположены параллельно линиям tм=const., что выполнено с определенными допущениями, поэтому на поле диаграммы нанесены изолинии поправок к значениям I.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|