4. Термодинамическое и физико-математическое описание параметров состояния и I-d-диаграмма влажного воздуха

Практически все процессы вентиляции и кондиционирования связаны с атмосферным воздухом, который является влажным воздухом, т. к. в атмосферном воздухе всегда присутствуют водяные пары. Сумма парциальных давлений газовых компонентов смеси равна полному давлению смеси (закон Дальтона):Р = Р₁ + Р₂ + ... + Р_i = ΣР_i

Барометрическое давление влажного воздуха, определяется как давление смеси газов:Р_в = Р_св + Р_п

где Р_св, Р_п – парциальные давления сухого воздуха и водяных паров.

Давление насыщенного водяного пара является функцией только температуры и может быть определено по таблице.

Температуры водяного пара и сухого воздуха одинаковы и равны температуре влажного воздуха. Компоненты влажного воздуха занимают объем, равный объему всей смеси. Парциальное давление каждого компонента смеси определяется уравнением Клапейрона.р_i = m_i R_i T_см / V_см

Влажный воздух называется ненасыщенным, если его температура больше температуры насыщенного пара, соответствующей парциальному давлению водяных паров. При этом пар во влажном воздухе перегретый.

Влажный воздух называется насыщенным, если его температура равна температуре насыщения при данном парциальном давлении водяных паров. Эта температура влажного воздуха называется температурой точки росы.

Если температура воздуха станет меньше температуры точки росы, то излишняя влага будет выделяться из воздуха (конденсироваться) в виде тумана, росы, а парциальное давление водяных паров и температура насыщения будут снижаться.

Абсолютной влажностью воздуха называется масса водяного пара содержащегося в одном кубическом метре влажного воздуха. Она численно равна плотности пара при его парциальном давлении Р_п и температуре Т.

Относительной влажностью воздуха называется отношение его абсолютной влажности при данной температуре и парциальном давлении пара (Т и Р_п) к максимально возможной абсолютной влажности при той же температуре и давлении насыщения Р_н.

Относительная  влажность выражается в процентах:

φ = А/А_max*100% = ρ_вл.в./ρ_max*100% = Р_п / Р_н *100%

Влагосодержанием называется масса водяного пара, приходящаяся на 1 кг сухого воздуха

Удельную теплоемкость влажного воздуха относя к единице массы сухой части воздуха.С = С_с.в. + С_в.п.·d·10^-3 = 1,005+1,68·d·10^-3

Удельная энтальпия – ее также относят к массе сухого воздуха.

I = С_с.в. ·t·10^-3·r·d + С_в.п.·d·t·10^-3 = 1,005t + (2500+ С_в.п.·t)·d·10^-3

Проф. Л. К. Рамзиным в 1918 г. была составлена так называемая I-d - диаграмма, широко используемая в расчетах вентиляции, кондиционирования воздуха, осушки и других процессов, связанных с изменением состояния влажного воздуха. В I-d - диаграмме графически связаны все параметры, определяющие тепловлажностное состояние воздуха: I, d, t, φ, р_п. Она построена в косоугольной системе координат. Такая система позволяет расширить на диаграмме область ненасыщенного влажного воздуха, что делает диаграмму удобной для графических построений. По оси ординат диаграммы отложены значения энтальпии I, кДж/кг сухой части влажного воздуха, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к оси I, отложены значения влагосодержания d, г/кг сухой части влажного воздуха. Поле диаграммы разбито линиями постоянных значений энтальпии I =const и влагосодержания d =const. На него нанесены также линии постоянных значений температуры t = const.

Используя диаграмму, можно выполнять следующие определения:

– по заданному на диаграмме положению точки состояния влажного воздуха определять все параметры состояния;

– по заданным двум любым параметрам состояния определить положение на диаграмме точки, определяющей состояние влажного воздуха и значения недостающих параметров;

– по заданным условиям построить и рассчитать любой процесс с влажным воздухом.