книги из ГПНТБ / Сорокин, Н. С. Вентиляция, отопление и кондиционирование воздуха на текстильных предприятиях учебник

Доувлажнение существенно повышает эффективность устано­ вок для кондиционирования воздуха, способствуя снижению его температуры и повышению влажности.

Особо следует отметить влияние доувлажнения на электриче­ ское состояние воздушной среды в рабочих залах. Известно, что распыление воды сопровождается образованием электрических за­ рядов в воздухе. Это явление называют эффектом Ленарда (по имени ученого, открывшего его).

В то же время в текстильной промышленности почти на всех переходах производственного процесса на перерабатываемом про­ дукте возникают преимущественно положительные заряды стати­ ческого электричества. Эти заряды создают в воздушной среде производственных помещений электрические поля того же знака.

Особое значение имеет электризация волокон в прядильном производстве. В вытяжных приборах прядильных машин вследст­ вие трения натуральных, искусственных и большинства синтетиче­ ских волокон о вытяжные валики возникают электростатические заряды положительного знака. Одноименно заряженные волокна отталкиваются друг от друга, что приводит к увеличению пушисто­ сти пряжи, нарушению связи между волокнами, выпаданию их из імычки, увеличению запыленности воздуха в цехе и в конечном счете к повышению обрывности пряжи.

Как показали опыты Е. В. Горбуновой, положительные заряды статического электричества могут быть частично или полностью нейтрализованы установками доувлажнения воздуха, так как при распылении воды этими установками образуются ионы преиму­ щественно отрицательного знака.

На величину и знак зарядов большое влияние оказывает каче­ ство распыляемой воды. Наибольший эффект дает дистиллирован­ ная вода, при распылении которой образуются отрицательные ионы. По эффективности далее следует кипяченая, умягченная и грунто­ вая вода. При прочих равных условиях лучший эффект получается при распылении воды при температуре 15-Е30° С. При распылении любой воды при температуре выше 40° С образуются заряды пре­ имущественно положительного знака, поэтому в системах доувла­ жнения нецелесообразно распылять подогретую воду.

Следует также отметить, что отрицательные ионы оказывают благоприятное действие на здоровье, самочувствие и работоспособ­ ность людей.

Г л а в а VI

ТЕПЛО- И ВЛАГООБМЕН МЕЖДУ ВОЗДУХОМ И ВОДОЙ

1.Тепловой и влажностный баланс

Воросительной части кондиционера воздух соприкасается с рас­ пыленной водой. При этом происходит тепло- и влагообмен между

60

Положим, что воздух с начальными параметрами ів и dB, ха­ рактеризуемый на диаграмме точкой А (рис. 20), обрабатывается водой постоянной температуры. Допустим далее, что после кон­ такта с водяной поверхностью воздух, характеризуемый на диа­ грамме точкой В, стал иметь конечные параметры і„ и dK. Тогда количество тепла Q, воспринятое воздухом от воды, будет равно

Аі — приращение теплосодержания в кДж/кг; Ad — приращение влагосодержания в г/кг.

Величины Аі и Ad могут быть как положительными, так и от­ рицательными в зависимости от того, какой водой обрабатывается

Из прямоугольного равнобедренного треугольника ADC следует:

DC —AD = Admd.

Заменяя в формуле (44) геометрические отрезки физическими

61

Как известно, отношение масштабов —— на і — d-диаграмме

выражает удельный прирост теплосодержания воздуха на 1 г во­ дяного пара.

Зная е, по формуле (45а), легко найти угол а и провести луч AB, изображающий направление данного процесса.

Соответственно найденным углам а, на і — d-диаграмме из на­ чала координат (т. е. точки, в которой ( = 0, і = 0 и d = 0) проводят лучи (угловой масштаб). Чтобы не пересекать диаграмму большим числом дополнительных линий, на полях диаграммы наносят лишь концы лучей. Против каждого луча отмечают соответствующее зна­

насыщенному состоянию воздуха и равны івас и duac. Такое со­ стояние воздуха, очевидно, будет в слое, граничащем с поверх­ ностью воды. С достаточной степенью точности можно принять тем­ пературу воздуха в пограничном слое, равной температуре поверх­ ности воды.

Итак, если нам известна температура воды т, то точка В0 (рис. 21) на диаграмме, лежащая на пересечении изотермы г и кривой ф=100°/о, будет характеризовать состояние воздуха в слое, граничащем с поверхностью воды. Соединив точку Во с точкой А, получим луч AB о, представляющий собой геометрическое место воз­ можных состояний воздуха по выходе из камеры. Положение точки В, характеризующей состояние воздуха по выходе из камеры, зависит от степени орошения его водой, продолжительности кон­ такта воздуха с водой, степени распыла воды, скорости движения воздуха в камере и ряда других причин.

При соответствующих условиях воздух по выходе из камеры может быть насыщен, и тогда точка В совпадает с точкой В0.

Пользуясь схемой на рис. 21, можно найти температуру воды, которую надо иметь в камере, чтобы по заданному начальному и конечному состоянию воздуха получить нужное направление про­

62

цесса. Для этого надо соединить точки А и В прямой и луч AB продолжать до пересечения с кривой ср=100%. Изотерма, прохо­ дящая через точку Во, даст искомую температуру воды в камере.

2. Возможные случаи направления процессов при обработке воздуха водой

При исследовании этого вопроса прежде всего необходимо от­ метить, что все возможные направления процессов при контакте воздуха с водяной поверхностью лежат в пределах криволинейного треугольника АВС (рис. 22), у которого одной стороной является

такте с водой

пограничная кривая ср=100%, а двумя другими сторонами — ка­ сательные к этс^й кривой, проведенные из точки, характеризующей начальное состояние воздуха.

Действительно, если представить себе направление процесса, выходящего из пределов этого треугольника, то луч, проведенный из точки А, не пересечет кривую ср=100%. Следовательно, темпе­ ратуру воды, при которой можно осуществить протекание этого процесса, подобрать нельзя. Например, нельзя осуществить про­ цесс нагревания воздуха при d = const или его подсушки при £ = const, обрабатывая воздух водой.

Теперь рассмотрим характерные направления процессов, кото­ рые могут протекать в пределах треугольника АВС. Можно раз­ личить семь характерных процессов.

В первом процессе (луч 1, см. рис. 22) %>tc, т. е. температура воды в камере выше температуры воздуха по сухому термометру. Очевидно, этот процесс пойдет выше изотермы, и все параметры воздуха tc, і и d будут увеличиваться. Следовательно, в этом про­ цессе произойдут нагревание и увлажнение воздуха.

Во втором процессе (луч 2) т= /‘с- Это условие характеризует изотермический процесс, т. е. процесс, идущий по £ = const с увели-

63

чением значений і и d. В этом случае происходит изотермическое увлажнение воздуха.

В третьем процессе (луч 3) tc> x> tM. Здесь направление про­ цесса идет между изотермой и энтальпией; при этом теплосодер­ жание и влагосодержание воздуха увеличиваются, в то время как его температура понижается. Это объясняется тем, что скрытое тепло, потребное на испарение влаги и забираемое из воздуха, пре­ вышает количество явного тепла, получаемого воздухом от нагре­ той воды. Следовательно — это процесс охлаждения и увлажнения воздуха с повышением теплосодержания.

Так как во всех трех рассмотренных случаях теплосодержание воздуха растет, то для получения этих процессов необходимо в ка­ мере распылять подогретую воду.

В четвертом процессе (луч 4) %= tM, изменение состояния воз­ духа пойдет по i=const, т. е. без притока тепла извне. Здесь вода не отнимает тепло из воздуха и не отдает его, а поэтому надо рас-' пылять в камере рециркуляционную воду, которая, совершая в ка­ мере замкнутый цикл (от насоса к форсункам, к фильтру для очи­ стки и снова к насосу), приобретает постоянную температуру, рав­ ную температуре воздуха по мокрому термометру.

Следует заметить, что при т = /м теплосодержание воздуха в ка­ мере увеличивается на величину теплосодержания воды, перешед-

нако эта величина применительно к увлажнительным камерам на­ столько незначительна, что ею можно пренебречь и считать что процесс в камере протекает по і= const.

В этом процессе температура воздуха снижается в результате того, что тепло на испарение воды берется из сухого воздуха и переходит в скрытое тепло водяного пара. Такой способ обработки воздуха водой наиболее распространен на текстильных предпри­ ятиях, так как при его осуществлении расходуется минимальное количество воды и в то же время снижается температура воздуха в камере тем больше, чем суше обрабатываемый воздух. Следова­ тельно, этот процесс характеризует адиабатическое (изоэнтальпическое) увлажнение и охлаждение воздуха.

В пятом процессе (луч 5) Направление этого про­ цесса лежит между линиями i = const и d = const; при таком вари­ анте уменьшаются теплосодержание и температура воздуха, но его влагосодержание увеличивается. В этом процессе происхо­ дят охлаждение и увлажнение воздуха с понижением теплосодер­ жания.

В шестом процессе (луч 6) %=tv. Этот процесс интересен тем, что в камере при распылении холодной воды, имеющей темпера­ туру, равную точке росы, процесс обработки воздуха водой пойдет по d —const, произойдет снижение теплосодержания и температуры воздуха, но влагосодержание останется постоянным, сколько бы воды ни распыляли в камере. Здесь происходит охлаждение воз­ духа при постоянном влагосодержании, т. е. сухое охлаждение.

64

При седьмом процессе (луч 7) т<^р. Здесь снижаются не только теплосодержание и температура воздуха, но также и его влагосодержание. Следовательно, если воздух в камере пропускать через холодную водяную завесу, имеющую температуру ниже точки росы, произойдет подсушка воздуха. Итак, в этом процессе воздух охлаж­ дается и подсушивается.

В трех последних случаях необходимо в камере распылять хо­ лодную воду. При этом под холодной водой понимается вода, имеющая температуру ниже значения tM, а под нагретой — имею­ щая температуру выше значения tM-

Мы разобрали процессы обработки воздуха водой, имеющей постоянную температуру. Однако в действительности температура воды в кондиционере меняется от тн до тк.

Напишем уравнение теплового баланса в камере для воды и воздуха. Если в камере распыляется G кг/ч воды при начальной температуре ти и конечной тк, то количество тепла Qi, восприни­ маемое водой, составит

QI = 4G(TK—т„) кДж/ч,

где 4 — теплоемкость воды в кДж/кг-град.

Количество тепла Q& воспринимаемое воздухом, согласно при­ веденной ранее формуле (41), будет равно

Qi = L(iH— ік) кДж/ч.

Если пренебречь теплопередачей через стенки камеры и тепло­ содержанием воды, испарившейся в воздух, то можно считать, что количество тепла, воспринимаемого водой и отдаваемого воздухом, равно по абсолютной величине и различно по знаку.

Следовательно,

иной мере происходит адиабатическое увлажнение воздуха. В са­ мом деле, при распылении холодной воды часть ее нагревается воздухом до температуры мокрого термометра, после чего начи­ нается адиабатическое испарение, а при распылении нагретой воды часть ее охлаждается до tM, а затем начинается также адиа­ батическое испарение. Строго говоря, нельзя осуществить процесса, протекающего при d = const, так как некоторая часть воды нагре­ вается до 4г, а затем неизбежно происходит адиабатическое увлаж­ нение воздуха.

Отклонение в направлении действительных процессов в ороси­ тельной камере от теоретических, изображенныхна рис. 22, будет

65

тем меньше, чем больше коэффициент орошения воздуха водой. Современные кондиционеры работают с большими коэффициен­ тами орошения, обычно в пределах 1ч-2 кг воды/кг воздуха, в связи с чем отклонения в направлении действительных процес­ сов от теоретических незначительны. В то же время при больших коэффициентах орошения при охлаждении, увлажнении и осушке воздуха температура воды в камере орошения меняется незначи­ тельно; разность температур тк—ти, как правило, составляет 1,5ч-2° С. Поэтому для практических расчетов можно с достаточ­ ной точностью считать, что температура воды в оросительной ка­ мере кондиционеров при указанных процессах постоянна.

3. Расчет форсуночных камер

Для расчета форсуночных камер при политропических процес­ сах воспользуемся методом относительного изменения теплосодер­ жания и температуры обрабатываемого воздуха, предложенным Л. М. Зусмановичем из решений дифференциальных уравнений явного и полного теплообмена.

Дифференциальное уравнение явного теплообмена dQnп, про­

где а — коэффициент явного теплообмена; ß — коэффициент влагообмена;

^ц — начальная температура воздуха по сухому термометру;

т— температура воды;

г— скрытое тепло испарения;

dF — поверхность тепло- и влагообмена.

В результате решения этих уравнений и больших эксперимен­ тальных исследований Л. М. Зусманович предложил следующие

2. Безразмерное изменение теплосодержания Аі обрабатывае­

66

росы, соответствующей начальному его состоянию. 3. Температурный критерий Ми учитывающий влияние началь­ ных параметров воздуха и воды на процесс тепло- и влагообмена,

где а — коэффициент пропорциональности._

По исследованиям Л. М. Зусмановича At и Ді могут быть пред­ ставлены в общем виде

Уравнения (53) и (54) в общем виде описывают все семь про­ цессов, возникающих при контакте воздуха с водой.

Для процессов явного теплообмена при понижении теплосодер­

Для процессов, протекающих с понижением теплосодержания воздуха, включая процессы с его'охлаждением и подсушкой, с су­ хим охлаждением по d = const и с охлаждением и увлажнением воздуха, формула (54) имеет вид

Чтобы облегчить расчеты оросительных камер, Л. М. Зусманович составил номограммы; одна из таких номограмм, составленная по формулам (55) и (56) для форсунок грубого распыла с диа­ метром выхода 4ч-5 мм, приведена на рис. 23. Для определения критерия R служит номограмма, показанная на рис. 24.

Ниже приведен численный пример использования этих номо­ грамм.

(точка В ). Обработка воздуха производится в двухрядной форсуночной камере. Найти расход холодной воды для осуществления данного процесса.

Сначала находим значения критериев Дt и Аі, пользуясь зависимостями (49) и (50).

67

Значения (к и /Р находим из построения на і— d-диаграмме (см. рис. 25).

Рис. 23. Номограмма Л . М. Зусмановича для расчета форсуночной камеры при политропическнх процессах

Рис. 24. Номограмма для определения критерия R

Находим далее Ді:

ДІ- _ t~H~t'K_^58~ 51 0 ,4 4 .

ін — ip 58 — 42

Значение іР находим также из рис. 25.

Определим далее значение критерия М і по формуле (51), предварительно

68

69