Предисловие

Под термином «кондиционирование воздуха» пони­мают создание и поддержание в помещениях определен­ных температуры, относительной влажности, состава и скорости движения воздуха, наиболее благоприятных для самочувствия людей, а также для осуществления технологических процессов.

Заданные параметры воздуха поддерживают с помо­щью систем кондиционирования. Под термином «систе­мы кондиционирования воздуха» понимают комплекс технических средств, состоящий из оборудования, пред­назначенного для получения заданных температуры, от­носительной влажности и газового состава воздуха (кондиционеры, местные подогреватели и увлажнители, смесители), устройств для подачи и распределения кон­диционированного воздуха, устройств тепло- и холодоснабжения, средств автоматического контроля и регу­лирования параметров воздуха в зависимости от наз­начения систем, времени года и тепловлажностных на­грузок.

В нашей стране впервые установки кондиционирова­ния воздуха появились в текстильной промышленно­сти более 70 лет назад. Однако до 50-х годов произ­водство оборудования для систем кондиционирования воздуха развивалось недостаточно высокими темпами.

В конце 50-х годов создаются конструкции кондицио­неров различных типов, расширяется номенклатура средств автоматизации систем, увеличивается ассорти­мент и выпуск холодильных машин. Освоение герметич­ных компрессоров позволило создать базу для серийно­го выпуска автономных кондиционеров.

В настоящее время отечественное кондиционеростроение представляет собой высокоразвитую отрасль маши­ностроения,

Значительный вклад в развитие теории и техники кондиционирования воздуха принадлежит советским ученым и инженерам, среди которых необходимо отме­тить Г. В. Архипова, Б. В. Баркалова, А. А. Гоголина, Н. В. Дегтярева, Е. Е. Карписа, О. Я. Кокорина, Л. М. Ладыженского, В. В. Мухина, А. В. Нестеренко и др.

На предприятиях мясной и молочной промышленно­сти основные процессы тепловой и тепловлажностной обработки мясных и молочных продуктов могут быть качественно осуществлены лишь в воздушной среде, характеризующейся определенными температурой, влажностью и скоростью движения.

В последние годы на предприятиях мясной и молоч­ной промышленности в производственных помещениях, характеризующихся значительными избытками тепла и влаги или наличием неприятных запахов, внедряют также системы кондиционирования воздуха в целях улучшения самочувствия обслуживающего персонала.

Настоящий учебник написан в соответствии с про­граммой курса «Основы кондиционирования воздуха». Предназначен для подготовки инженеров-механиков специальности 0529 «Холодильные машины и уста­новки».

В учебнике изложены основные теоретические поло­жения кондиционирования воздуха, а также приведены расчеты для проектирования систем кондиционирования воздуха.

Теоретической базой для изучения курса кондицио­нирования воздуха являются такие дисциплины, как гидравлика и гидравлические машины, термодинамика, теплопередача, основы промышленного строительства, холодильные машины, холодильные установки, физико-технические основы холодильной обработки пищевых продуктов.

Авторы выражают благодарность рецензентам- членам кафедры охраны труда и промышленного строи­тельства Всесоюзного заочного института текстильной и легкой промышленности, д-ру техн. наук, проф. М. П. Калинушкину и д-ру техн. наук, проф. А. А. Гоголину за ценные замечания и полезные советы при подготовке рукописи к изданию,

Глава I

ХАРАКТЕРИСТИКА СОСТОЯНИЯ ВОЗДУХА

§ 1. Основные параметры воздуха

В системах кондиционирования воздух подвергается тепловлажностной обработке (нагреванию, охлажде­нию, увлажнению, осушению), в результате которой из­меняются его параметры.

Основными параметрами воздуха, характеризующи­ми его состояние, а также закономерности перехода из одного состояния в другое, являются температура и давление, влажность и влагосодержание, плотность и удельный объем, теплоемкость и энтальпия.

Температура. В технике кондиционирования воздуха температуру в основном измеряют по термодинамиче­ской шкале температур и международной практической температурной шкале. Кроме того, в ряде стран пользуются шкалой Фаренгейта.

Единицей измерения температуры по термодинами­ческой шкале температур является градус Кельвина, по международной практической температурной шкале— градус Цельсия, равный градусу Кельвина, и по шкале Фаренгейта—градус Фаренгейта.

Температуру, измеренную по международной прак­тической температурной шкале, определяют из выраже­ния

t=Т-T₀

где t - температура по международной практической температурной шкале, °С;

Т— температура по термодинамической шкале температур, К;

T₀ =273,16°С.

В инженерных расчетах значение T₀ принимают рав­ным 273° С.

Соотношение между единицей измерения температуры по шкале Фаренгейта (°Р) и международной прак­тической температурной шкале (°С), а также между

температурами, измеренными по этим шкалам, следующее

1^ F = 5/9 °С, t =5/9 (f – 32), где f - температура по шкале Фаренгейта

Давление. В качестве единицы измерения давления в Международной системе единиц принимают паскаль (Па).

При расчетах систем кондиционирования атмосфер­ный воздух рассматривают как смесь сухого воздуха и водяного пара. Общее давление, создаваемое атмосфер­ным воздухом, равно сумме давлений сухой его части и водяного пара Р_б^" = p_c.в^" + p_п ,

где Р_б — давление атмосферного воздуха, Па,

p_c.в — парциальное давление сухого воздуха, Па; p_п — парциальное давление водяного пара, Па

Парциальное давление водяного пара, находящего­ся в воздухе, не превышает парциального давления на­сыщенного водяного пара

p_п p_н,

где p_н — парциальное давление насыщенного водяного пара при тем­пературе I воздуха, Па

Чем больше p_н отличается от p_п, тем больше влаги может воспринимать воздух (при одной и той же тем­пературе). Если парциальное давление водяного па­ра в воздухе равно парциальному давлению насыщен­ного водяного пара, то воздух не может воспринимать водяной пар и участвовать в массообменных процессах.

Давление насыщенного водяного пара зависит толь­ко от температуры воздуха (с повышением температуры давление p_н увеличивается).

Физические характеристики насыщенного водяного пара приведены в приложении I.

Влажность и влагосодержание воздуха. Содержание влаги в атмосферном воздухе характеризуется абсолют­ной и относительной влажностью, а также влагосодержанием.

Абсолютная влажность атмосферного воздуха, или плотность водяного пара, представляет собой массу во-

дяных паров, содержащихся в единице объема атмос­ферного воздуха при определенных давлении и темпе­ратуре

_п=M_п/V

где _п — абсолютная влажность атмосферного воздуха, г/м3;

M_п —масса водяного пара, находящегося в атмосферном воз­духе, г;

V -объем атмосферного воздуха, м3.

Абсолютную влажность атмосферного воздуха в сос­тоянии его насыщения называют влагоемкостью н, зна­чение которой повышается с увеличением температуры воздуха:

Температура, ° С -10 —20 0 +10 +20 +30 +40 Влагоемкость, г/м3 1,1 2,3 4,9 9,4 17,2 30,1 50,8

Относительную влажность атмосферного воздуха оп­ределяют через отношение абсолютной влажности н к его влагоемкости 

где  -относительная влажность атмосферного воздуха, %.

Относительную влажность воздуха рассчитывают также по формуле

Влагосодержанием называют отнесенную к единице массы сухого воздуха массу водяных паров, содержа­щихся в атмосферном воздухе,

где d - влагосодержание атмосферного воздуха, г водяных паров в 1 кг сухого воздуха;

Мс.в — масса сухого воздуха, кг.

Плотность и удельный объем. Плотность атмосфер­ного воздуха находят по уравнению

где — плотность атмосферного воздуха, кг/м3;

М— масса атмосферного воздуха, кг.Удельный объем атмосферного воздуха определяют из отношения где  - удельный объем атмосферного воздуха, м3 /кг. При расчете производительности систем кондициони­рования находят массу сухого воздуха в заданном объ­еме Мс.в=Vc.в

где c.в — масса сухого воздуха, находящегося в 1 м3 атмосферного воздуха (плотность сухого воздуха), кг/м3.

Значения плотности сухого воздуха c.в , парциаль­ного давления насыщенного водяного пара Рп, находя­щегося в атмосферном воздухе, и влагосодержания dн атмосферного воздуха при полном насыщении его вла­гой, приведены в приложении II.

Удельная теплоемкость и энтальпия. Теплоемкость атмосферного воздуха относят к единице массы его су­хой части

где с — удельная теплоемкость атмосферного воздуха, кДж/(кгК):

с _с.в— удельная теплоемкость сухого воздуха, кДж/(кгК) [с _с.в = 1,005 кДж/ (кгК)];

с_п—удельная теплоемкость водяного пара, кДж/(кгК) [с_п = 1.8 кДж/(кгК)].

Энтальпию атмосферного воздуха также относят к единице массы сухого воздуха и определяют как сумму энтальпий сухого воздуха и водяного пара при 0° С (скрытая теплота фазового перехода) и температуре

I = 1,005t + (2500 + 1,8t)d10-3

ИЛИ

I ct+2500d10-3, (1)

где I —энтальпия атмосферного воздуха, кДж/кг;

2500— скрытая теплота фазового перехода жидкость — пар, кДж/кг.

Из уравнения (1) видно, что энтальпия атмосферно­го воздуха складывается из двух составляющих, одна

из которых зависит от температуры, а другая—от влагосодержания воздуха. Первую составляющую этальпии называют явным теплом, а вторую — скрытым теплом.

Таким образом, энтальпия атмосферного воздуха при постоянном давлении является функцией двух парамет­ров: температуры и влагосодержания.

Если при понижении температуры воздуха и увели­чении влагосодержания его энтальпия постоянна, то уменьшение явного тепла компенсируется увеличением скрытого. Значения энтальпии и влагосодержания атмо­сферного воздуха приведены в приложении III.