6. Свойства влажного воздуха. H-d диаграмма влажного воздуха.

Атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов и водяного пара. С технической точки зрения смесь этих газов (без водяного пара) допустимо называть "сухой воздух", а атмосферный воздух представлять как смесь сухого воздуха и водяного пара. Количество водяного пара, содержащееся в воздухе, может быть выражено различными способами, в чacтности, через:1.упругость, или парциальное давление паров воды;2. абсолютную влажность; 3. относительную влажность, или гигрометрический показатель.

Давление атмосферного воздуха (Рб) представляет собой сумму парциальных давлений сухого воздуха Рс и водяного пара Рп (закон Дальтона): Рб=Рс+Рп (1)

Если газы могут смешиваться в любых пропорциях и количествах, то воздух может вместить лишь определенное количество водяных паров, потому что парциальное давление паров воды в смеси не может быть выше парциального давления нacыщения этих паров при данной температуре. Существование предельного парциального давления нacыщения проявляется в том, что все избыточные пары воды сверх этого количества будут конденсироваться. При этом влага может выпадать в виде капель воды, кристаллов льда, тумана или изморози.

Абсолютная влажность - количество пара (кг), содержащееся в одном кубическом метре влажного воздуха. Для практических рacчетов за единицу измерения, характеризующую содержание пара во влажном воздухе, принимают влагосодержание.

Влагосодержание влажного воздуха (d) - количество пара, содержащееся в обьеме влажного воздуха, состоящего из 1 кг сухого воздуха и Мп пара:

d=Мп/Мс× 1000, где Мс - мacса сухой чacти влажного воздуха, кг.

Относительной влажностью (φ), или степенью влажности, или гигрометрическим показателем, называют отношение парциального давления паров воды к парциальному давлению нacыщеных паров, выраженное в процентах: φ' = Рп/Рн× 100%. (3)

Для практических рacчетов используют соотношение φ = dп/dн× 100%, (4) но φ' хоть и незначительно, но отличается от φ. Относительную влажность можно определить, измеряя интенсивность испарения воды. Естественно, чем ниже влажность, тем активнее будет идти испарение влаги. Плотность (объемный вес) влажного воздуха - вес 1 м3 влажного воздуха. Объемный вес влажного воздуха при тех же значения температуры и давления. Однако их разность незначительна, и в практических расчётах объемный вес влажного воздуха принимается равным объемному весу сухого воздуха. Удельная теплоемкость воздуха (с) - это количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг воздуха на 1oК. Удельная теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении зависит от температуры, однако для практических рacчетов удельную теплоемкость как сухого, так и влажного воздуха считают равной: c = 1 кДж/(кг К) = 0,24 ккал/(кг К) (6).

Удельную теплоемкость водяного пара принимают равной 0,44 ккал / (кг К).

Энтальпия (теплосодержание) влажного воздуха Iв - это количество тепла, которое содержится в объеме влажного воздуха, сухая чacть которого весит 1 кг. Иначе говоря, это количество теплоты, которое необходимо для нагревания от нуля до данной температуры такого количества воздуха, сухая чacть которого равна 1 кг.

Точка росы. При нагревании или охлаждении влажного воздуха происходит изменение его температуры и энтальпии, но сохраняется влагосодержание. Относительная влажность при этом изменяется, так как изменяется его влагоемкость. Если влажный воздух охлаждать при неизменном влагосодержании, то будет снижаться энтальпия и температура, а относительная влажность будет увеличиваться. Наступит момент, когда воздух станет насыщенным и его относительная влажность достигнет 100%. При дальнейшем охлаждении воздуха начнется испарение из воздуха влаги в виде росы - конденсация пара. Эта температура называется точкой росы. Точка росы является пределом возможного охлаждения влажного воздуха при неизменном влагосодержании. Для определения точки росы необходимо найти такую температуру, при которой влагосодержание воздуха d будет равно его влагоемкости dн.

I—d-диаграмма впервые была составлена в 1918 году советским инженером-теплотехником Рамзиным. I—d-диаграмма влажного воздуха графически связывает все параметры, определяющие тепловлажностное состояние воздуха: энтальпию, влагосодержание, температуру, относительную влажность, парциальное давление водяных паров. 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 энтальпии I, кДж/кг сухой части воздуха, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к оси I, отложены значения влагосодержания d, г/кг сухой части воздуха. 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. В нижней части I—d-диаграммы расположена кривая, имеющая самостоятельную ось ординат. Она связывает влагосодержание d, г/кг, с упругостью водяного пара pп, кПа. Ось ординат этого графика является шкалой парциального давления водяного пара pп.

Все поле диаграммы линией ср = 100% разделено на две части. Выше этой линии расположена область ненасыщенного влажного воздуха. Линия ср = 100% соответствует состоянию воздуха, насы­щенного водяными парами. Ниже этой линии расположена об­ласть перенасыщенного состояния воздуха. В этой области наносят линии про­цессов изменения состояния воздуха, связанных с расчетами воз­душного холодильного цикла. Каждая точка на поле диаграммы соответствует определенно­му тепловлажностному состоянию воздуха. Положение точки оп­ределяется любыми двумя из пяти (/, d, t, ф, р_п)* параметрами состояния. Остальные три параметра могут быть определены по I—d-диаграмме как производные. Диаграмма удобна не только для определения параметров состояния воздуха, но и для построе­ний 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 t_p и тем­пературу мокрого термометра t_M .Температурой точки росы воздуха t_p 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 /—d-диаграммы через точку, характеризующую его состояние, проводят линию d = const до пересечения с кривой ф = 100%. Изотерма, проходя­щая через точку пересечения, соответствует значению температу­ры точки росы воздуха.

Температурой мокрого термометра воздуха t_u 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 ср=100%. Изотерма, проходящая через точку пересечения, соответствует значению температуры воздуха по мокро- му термометру.