Вентиляция. Виды вентиляции, основы расчета Вентиляция, кондиционирование помещений и сооружений

Основные свойства и параметры влажного воздуха

Основные параметры атмосферного воздуха можно разделить на:

• химические (газовый состав воздуха);

• метеорологические (атмосферное давление p, температура t, скорость движения , плотность  и вязкость );

• биологические параметры, к которым относится присутствие в воздухе различного рода колоний бактерий и микроорганизмов;

• присутствие в воздушной среде различных физических примесей (шум, электромагнитные поля и излучения, радиация и т. п.).

В системах кондиционирования воздух подвергается различным видам обработки, направленным на изменение его тепловлажностного состояния, т. е. температуры влажности, теплосодержания.

Атмосферный воздух можно рассматривать как состоящий из сухой части и водяных паров. Сухая часть воздуха является смесью газов. В нее входят азот (78% по объему), кислород (21%), инертные газы (около 1%), в основном аргон, а также в небольших количествах углекислота и другие газы. Содержание указанных компонентов в сухом воздухе более или менее стабильно. Количество же водяных паров в атмосферном воздухе измеряется в широких пределах и зависит от климатических условий и времени года. Поскольку в атмосферном воздухе имеется то или иное количество водяных паров, он может рассматриваться как влажный воздух.

К влажному воздуху могут быть применены основные законы идеальных газов.

Согласно закону Дальтона атмосферное (барометрическое) давление может быть представлено как сумма давлений сухого воздуха и водяных паров:

, (1 )

p_с.в. - парциальное давление сухого воздуха, Па;

p_в.п. - парциальное давление водяных паров, Па.

Сухая часть воздуха и водяные пары, входящие в состав влажного воздуха, занимают весь объем и имеют одинаковую температуру.

Для влажного воздуха и входящих в его состав сухого воздуха и водяных паров могут быть составлены следующие характеристические уравнения идеальных газов:

для сухой части воздуха , (2)

для водяных паров (3)

для влажного воздуха (5.)

где p_в.в —давление влажного воздуха, которое принимается равным атмосферному давлению;

- масса сухой части воздуха;

- газовая постоянная сухой части воздуха, Дж/(кгК) ( =287 Дж/(кгК));

- масса водяного пара;

- газовая постоянная водяных паров, Дж/(кгК) ( =463 Дж/(кгК));

- масса влажного воздуха;

- газовая постоянная влажного воздуха, Дж/(кгК);

V — объем влажного воздуха;

Т — температура, К.

Газовая постоянная для влажного воздуха определяется из выражения:

(6)

Применяют следующие характеристики влажности воздуха. Абсолютная влажность атмосферного воздуха е (в г/м³), или плотность водяного пара, представляет собой массу водяных паров, содержащихся в единице объема атмосферного воздуха при определенных давлении и температуре. Абсолютную влажность можно определить из характеристического уравнения для водяных паров, приняв V= 1 м³. Тогда масса водяных паров, определенная из этого уравнения, выражает величину абсолютной влажности:

Относительная влажность  (%) показывает степень насыщения воздуха водяными парами. Она выражает отношение абсолютной влажности воздуха е при данном состоянии к абсолютной влажности его при полном насыщении при тех же значениях температуры и давления e_max.

.

Относительная влажность может быть также выражена отношением парциального давления водяных паров при данном состоянии р к парциальному давлению этих паров при полном насыщении воздуха p_н (%):

.

При обработке в системах кондиционирования влажного воздуха изменяется количество водяных паров, содержащихся в воздухе, содержание же сухого воздуха остается постоянным. Поэтому при расчетах процессов, связанных с увлажнением и осушкой воздуха, удобно пользоваться единицей измерения влажности, которая бы выражала отношение переменною количества водяных паров к неизменной массе сухого воздуха.

Такой единицей является влагосодержание d', которое отражает количество водяных паров; кг, приходящееся на 1 кг сухой части влажного воздуха.

, ( 7)

где р — полное барометрическое давление. Па.

Численные значения d' обычно являются малой величиной, поэтому в практических расчетах удобнее пользоваться влагосодержанием (в г влаги на 1 кг сухой части влажного воздуха), для которого предыдущая формула приобретает вид:

.

Относительная влажность воздуха с достаточной точностью (2-3% в сторону уменьшения) может быть вычислена как отношение действительного влагосодержания d к влагосодержанию при полном насыщении d_н:

.

Удельную теплоемкость сухого воздуха с_с.в. и удельную теплоемкость водяного с_в.п. в обычном для кондиционирования воздуха диапазоне температур можно считать постоянными и равными:

с_с.в.=1,005 кДж/(кг ^оС) и с_в.п.=1,8 кДж/(кг ^оС)

Энтальпия влажного воздуха  количество теплоты, необходимое для нагревания от 0 ^оС до данной температуры такого количества влажного воздуха, сухая часть которого имеет массу 1 кг

Удельную энтальпию сухого воздуха при t = 0 ^оС принимают равной нулю. При произвольном значении температуры

I_с.в.=с_с.в.t.

Теплота парообразования для воды при t = 0 ^оС равна r=2500 кДж/кг.

Энтальпия пара I_в.п. во влажном воздухе при этой температуре равна i. При произвольной температуре:

I_в.п.= 2500+1,8t.

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' равна:

. (8 )

Введем в данную формулу характеристику теплоемкости влажного воздуха с_в = 1,005t + 1,8d/1000.

В результате подучим:

(9)

В результате конвективного теплообмена воздуху передается явная теплота, температура воздуха повышается и соответственно, увеличивается его энтальпия.

При поступлении водяного пара от внешних источников в воздух передается теплота парообразования и энтальпия воздуха возрастает. Изменение энтальпии водяного пара в этом случае происходит за счет увеличения его массы. Температура воздуха при этом остается неизменной.

При температуре воздуха ниже 0 ^оС энтальпия его имеет отрицательное значение.