5. Построение цикла работы кондиционера на I-d диаграмме

В расчетах процессов кондиционирования воздуха применяют i-d - диаграмму, составленную в 1918 г. проф. Л. К. Рамзиным (рис. 5.1). Эта диаграмма представляет собой графическую интерпретацию уравнения энтальпии влажного воздуха. Она выражает в графическом виде связь основных параметров влажного воздуха ( ).

Диаграмма составляется для давления воздуха р = 750 мм рт. ст.=10⁵Па.

I - d - диаграмма построена в косоугольной системе координат. Вертикальная ось ординат, на которой отложены значения энтальпий i, проходит под углом 135° к оси абсцисс со значениями влагосодержания d. Для удобства отсчета влагосодержания ось абсцисс на диаграмму не наносится, а вместо нее через начало координат проводится вспомогательная горизонтальная линия, на которой откладываются и значения влагосодержаний. Вертикали, проведенные через полученные точки, представляют линии постоянного влагосодержания . На оси ординат вверх и вниз от точка 0, соответствующей i =0 и d =0, отложены значения энтальпий и проведены линии параллельно оси абсцисс, т. е. под углом 135° к вертикали. На полученной сетке из параллелограммов строятся прямые линии изотерм ( ) и кривые линии постоянной относительной влажности ( ).

Нижняя кривая характеризует состояние насыщённого воздуха (кривая насыщения)

На i-d - диаграмму наносятся также значения парциальных давлений водяного пара .

Точка на i-d - диаграмме обозначает вполне определенное состояние воздуха, положение точки определяет его параметры: температуру, относительную влажность, влагосодержание, энтальпию, парциальное давление. Прямая линия, соединяющая любые две точки, соответствует некоторому термодинамическому процессу перехода из одного состояния в другое. Если параметры начального и конечного состояния воздуха соответственно и , d и i, то отношение

(5.1)

называется угловым коэффициентом луча текловлажностного процесса, характеризующим изменение состояния воздуха. Угловой коэффициент имеет размерность кдж/кг влаги. Он показывает, какое количество тепла получает или отдает воздух на каждый 1 кг воспринятой или отданной влаги.

Рис. 5.1 i-d - диаграмма влажного воздуха при давлении 10⁵ Па.

Рассмотрим некоторые характерные точки на i-d - диаграмме (рис. 5.2). Если из произвольной точки А провести луч АБ по вертикали ( ), то процесс будет характеризовать нагревание воздуха без изменения его влагосодержания. Если провести луч АВ

Рис. 5.2 Некоторые характерные точки и процессы на i-d - диаграмме.

до пересечения с кривой насыщения, то этот луч будет представлять процесс охлаждения, а точка В - точку росы (соответствующая ей температура - температура точки росы).

Если воздух в состоянии, определяемом точкой А, увлажнять без подвода или отвода тепла, то процесс, характеризующийся линией АГ, будет происходить без изменения энтальпии ( ). Точка Г на пересечении этой линии с кривой насыщения называется точкой мокрого термометра, а соответствующая ей температура - температурой мокрого термометра (температура влажного воздуха в процессе адиабатического увлажнения при условии полного насыщения). Зная температуры по мокрому и сухому термометрам, можно определить относительную влажность воздуха, что используется в психрометрических методах определения этой величины.

При изотермическом насыщении воздуха водяными парами ( ) его состояние при полном насыщении определится пересечением изотермы, проведенной из точки А до пересечения с пограничной кривой в точке Д, называемой точкой изотермического увлажнения воздуха. В процессе, определяемом линией Ад, влагосодержание и энтальпия увеличиваются.

При кондиционировании воздуха происходят более сложные процессы, чем рассмотренные при постоянных значениях . По линии АЕ происходит охлаждение и осушка, а по АЖ - нагревание и увлажнение воздуха. В различных случаях изменения состояния воздуха угловой коэффициент может изменяться от до .

Если влажный воздух отдает тепло и влагу ( ; ), то это соответствует процессу охлаждения и одновременной осушки воздуха. Угловой коэффициент в этом случае представляется в следующем виде:

. (5.2)

В случае отдачи тепла при неизменном влагосодержании процесс характеризуется лучом, параллельным линии , и направлен вниз:

. (5.3)

Если влажный воздух получает влагу при неизменной энтальпии (адиабатический процесс), то луч процесса направлен по линии и, следовательно, угловой коэффициент

. (5.4)

В случае нагревания влажного воздуха при неизменном влагосодержании процесс будет характеризоваться лучом, параллельным линии и направленным вверх:

. (5.5)

При одновременном поглощении тепла и влаги направление луча процесса будет характеризоваться угловым коэффициентом

. (5.6)

При кондиционировании воздуха в пассажирских вагонах происходит смешивание двух потоков влажного воздуха, наружного и рециркуляционного (из помещения вагона) с последующим охлаждением смеси. Параметры смеси могут быть определены аналитически или по i-d – диаграмме. Если смешивается т₁ кг воздуха с параметрами с т₂ кг воздуха с параметрами , то параметры смеси, имеющей массу т=т₁+ т₂, могут быть рассчитаны по балансу тепла и влаги. Влагосодержание, температура в энтальпия будут соответственно:

; (5.7)

; (5.8)

. (5.9)

Если смешивается масса воздуха т₁ с параметрами, определяемыми на i-d – диаграмме точкой З (см. рис. 5.2), и масса воздуха т₂ с параметрами, определяемыми на i-d – диаграмме точкой И, то параметры смеси представляются точкой К, расположенной на отрезке прямой ЗИ, причем должно выполняться отношение

, (5.10)

т. е. точка К делит линию ЗИ на отрезки, обратно пропорциональные массам составных частей.

Для определения всех параметров влажного воздуха по i-d - диаграмме достаточно знать только два параметра.

i-d - диаграмма широко применяется для расчета процессов изменения температурно-влажностного состояния воздуха в системе кондиционирования воздуха пассажирского вагона.