Диаграмма d- I влажного воздуха

При более строгом определении под следует пони­мать отношение парциальных давлений водяных паров рп, находящихся в ненасыщенном влажном воздухе к их парциальному давлению в насыщенном воздухе при той же температуре

Для об­ласти температур, характерных для кондиционирования воздуха

 

Плотность влажного воздуха ρ равна сумме плотностей сухого воздуха и водяного пара

где - плотность сухого воздуха при данных температуре и давлении, кг/м³.

Для вычисления плотности влажного воздуха можно воспользоваться другой формулой:

Из уравнения видно, что с увеличением парциального давления пара при неизменных давлении p (барометрическом) и температуре T плотность влажного воздуха уменьшается. Поскольку это уменьшение незначительно, на практике принимают .

Степень насыщения влажного воздуха ψ - отношение его влагосодержания d к влагосодержанию насыщенного воздуха при той же темпе­ратуре: .

Для насыщенного воздуха .

Энтальпия влажного воздуха I (кДж/кг) - количество тепла, содержащееся в воздухе, отне­сенное к 1 кг сухого или (1+d) кг влажного воздуха.

За нулевую точку принимают энтальпию сухого воздуха (d = 0) с температурой t = 0°С. Поэтому энтальпия влажного воздуха может иметь положительные и отрицательные значения.

Энтальпия сухого воздуха

где - массовая теплоемкость сухого воздуха.

Энтальпия водяного пара включает количество теплоты, необходимое для превращения воды в пар при t =0^oC и количество теплоты, затраченной на нагрев полученного пара до температуры t ^oC. Энтальпия d кг водяного пара содержащегося в 1 кг сухого воздуха: ,

= 2500 - скрытая теплота парообразования (испарения) воды при t=0^oC;

- массовая теплоемкость водяных паров.

Энтальпия влажного воздуха равна сумме энтальпии 1 кг сухого воздуха и энтальпии d кг водяных паров:

,

где - теплоемкость влажного воздуха, отнесенная к 1 кг сухого воздуха.

Когда воздух находится в состоянии тумана, в нем могут быть взвешенные капли влаги d_вод и даже кристал­лы льда d_л. Энтальпия такого воздуха в общем виде

Энтальпия воды =4.19t, энтальпия льда .

При температуре больше нуля градусов (t >0°C) в воздухе будет капельная влага, при t < 0°С - кристаллы льда.

Температура точки росы -температура воздуха, при которой в изобарном процессе охлаж­дения парциальное давление водяного пара р_п становится рав­ным давлению насыщения . При этой температуре начинается выпадение влаги из воздуха.

Т.е. точкой росы называют ту температуру, при которой имеющийся в воздухе водяной пар при своей неизменной плотности становится вследствие охлаждения воздуха насыщенным паром (j =100%). Для приведенных выше примеров (см. табл. 2.1), когда при 25^оС абсолютная влажность j становится 50 %, точкой росы будет температура около 14 ^оС. А когда при 20^оС абсолютная влажность j становится 50 %, точкой росы будет температура около 9^оС.

Человек при высоких значениях точки росы чувствует себя некомфортно (см.табл.2.2).

Таблица 2.2 – Ощущения человека при высоких значениях точки росы

Точка росы, °C	Восприятие человеком	Относительная влажность (при 32 °C), %
более 26	крайне высокое восприятие, смертельно опасно для больных астмой	65 и выше
24—26	крайне некомфортное состояние
21—24	очень влажно и некомфортно	52—60
18—21	неприятно воспринимается большинством людей	44—52
16—18	комфортно для большинства, но ощущается верхний предел влажности	37—46
13—16	комфортно	38—41
10—12	очень комфортно	31—37
менее 10	немного сухо для некоторых

 

В районах с континентальным климатом условия с точкой росы между 15 и 20 °C доставляют некоторый дискомфорт, а воздух с точкой росы выше 21 °C воспринимается как душный. Нижняя точка росы, менее 10 °C, коррелирует с более низкой температурой окружающей среды, и тело требует меньшего охлаждения. Нижняя точка росы может пойти вместе с высокой температурой только при очень низкой относительной влажности.

Диаграмма d- I влажного воздуха

 

Расчет и анализ процессов тепловлажностной обработки воздуха по вышеприведенным зависимостям сложен. Для расчета процессов, происходящих с воздухом при изменении его состоя­ния, используют тепловую диаграмму влажного воздуха в коор­динатах d-I (влагосодержание - энтальпия), которая была предложена нашим соотечественником профессором Л.К.Рамзиным в 1918г.

 

Л. К. Рамзин (1887—1948) — советский инженер-теплотехник, изобретатель

прямоточного котла. http://ru.wikipedia.org/wiki/Рамзин

 

Она получила широкое распространение у нас и за гра­ницей. Диаграмма d-I влажного воздуха графически связывает все параметры, определяющие тепловлажностное состояние воздуха: энтальпию, влагосодержание, температуру, относительную влажность, парциальное давление водяных паров.

Построение диаграммы основано на зависимости .

Чаще всего диаграмма d-I строится для давления воздуха, равного 0,1013 МПа (760 мм рт.ст.). Встречаются диаграммы и для других барометрических давлений.

Ввиду того, что барометрическое давление на уровне моря изменяется от 0,096 до 0,106 МПа (720 - 800 мм рт.ст.), рас­четные данные по диаграмме следует рассматривать как сред­ние.

Диаграмму строят в косоугольной системе координат (под 135°). При этом диаграмму становится удобной для графических построений и для расчетов процессов кондиционирования воздуха, поскольку расширяется область ненасыщенного влажного воздуха. Однако в целях сокращения размеров диаграммы и удобства использования зна­чения d сносят на условную ось, расположенную под 90° к оси I.

Диаграмма d-I изображена на рисунке 1. Поле диаграммы разбито линиями постоянных значений энтальпии I = const и влагосодержания d = const. На него нанесены также линии постоянных значений температуры t = const, которые не параллельны между собой — чем выше температура влажного воздуха, тем больше отклоняются вверх его изотермы. Кроме линий постоянных значений I, d, t, на поле диаграммы нанесены линии постоянных значений относительной влажности воздуха φ = const. Иногда наносят линию парци­альных давлений водяного пара р_п и линии других параметров.

Рисунок 1 – Тепловая диаграмма d-I влажного воздуха

Существенное значение имеет следующее свойст­во диаграммы. Если воздух изме­нил свое состоя­ние от точки а до точки б, без­различно по како­му процессу, то на диаграмме d-I это изменение мож­но представить в виде отрезка пря­мой аб. При этом приращению энтальпии возду­ха будет соот­ветствовать отре­зок бв=I_б -I_а. Изотерма, прове­денная через точ­ку а, разделит отрезок бв на две части:

отрезок бд, представляющий из­менение доли ощу­тимого тепла (за­паса тепловой энергии, измене­ние которой приводит к изменению температуры тела): .

отрезок дв, определяющий в масштабе изменение теплоты парообразования (изменение этой теплоты не вызывает изменения температуры тела): .

Отрезок aг соответствует изменению влагосодержания воздуха . Точку росы находят, опустив перпенди­куляр из точки состояния воздуха (например из точки б) на условную ось d до пересечения с линией насыщения (φ=100%). На рис. 2.6 К-точка росы для воздуха, начальное состояние которого определяла точка б.

Направление процесса, происходящего в воздухе, характеризуется изменениями энтальпии I и влагосодержания d.