книги / Насосы. Вентиляторы. Кондиционеры

Р а з д е л 3

КОНДИЦИОНЕРЫ

3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОНДИЦИОНЕРАХ

3.1.1. ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА

Бытовые и технологические процессы в помещениях со­ провождаются выделением вредностей. Под вредностями понимают поступаемые в помещение в избыточном количе­ стве теплота, влага, газы и пары, а также пыль, носителем которых является воздух (кроме лучистой теплоты).

Конечная цель работы систем вентиляции и кондицио­ нирования состоит в обеспечении требуемых параметров воздушной среды помещений. При кондиционировании из помещения извлекается загрязненный воздух, в аппаратах установок кондиционирования осуществляются различные процессы его обработки и подается чистый. Таким образом, воздух является основной рабочей средой процессов в систе­ мах вентиляции и кондиционирования.

Свойства воздуха определяются его газовым составом, тепловлажностным состоянием и содержанием вредных газов, паров и пыли. Атмосферный воздух является одно­ родной смесью нескольких газов, составляющих сухую его часть, и некоторого количества водяных паров. Состав газов сухой части воздуха сравнительно постоянен и приведен в табл. 3.1. Водяные пары всегда присутствуют в атмосфер­ ном воздухе, и поэтому смесь сухой части воздуха и водя­ ных паров называют влажным воздухом. В зависимости от времени года и местных климатических условий количе­ ство водяных паров изменяется в широком диапазоне.

Особенность влажного воздуха в диапазоне его темпера­ тур и давлений, представляющих практический интерес для расчета установок кондиционирования [от -5 0 до + (50-*- 60) °С], заключается в том, что один из компонентов — водя­ ной пар — при снижении температуры может переходить в Другую фазу (жидкую или твердую) и вследствие этого вы­ падать из смеси. Поэтому количество водяного пара в рас­ сматриваемой смеси не может быть произвольным и в зави­ симости от температуры и полного давления смеси количе-

В таком случае барометрическое давление влажного воз­ духа рб равно сумме парциальных давлений сухого воздуха рс в и водяного пара ри:

Чем больше водяного пара находится в паровоздушной смеси, тем больше парциальное давление водяного пара в смеси.

Парциальное давление водяного пара во влажном возду­ хе не может быть выше величины ps — давления насыще­ ния при данной температуре влажного воздуха, т. е.

Ри “ Ps-

Максимальное парциальное давление водяного пара во влажном воздухеps определяется только температурой смеси и не зависит от давления смеси рб.

Влажный воздух, в котором рп < ps, называют ненасы­ щенным, а влажный воздух, у которогорп = ps — насыщен­ ным влажным воздухом. Водяной пар, содержащийся в не­ насыщенном влажном воздухе (т. е. пар, у которогорп < ps), находится в перегретом состоянии. Если понижать темпе­ ратуру ненасыщенного влажного воздуха, сохраняя его дав­ ление постоянным, то можно достигнуть состояния насыще­ ния. При этом перегретый водяной пар, имеющий началь­ ную температуру t х (точка 1 на р —^-диаграмме, рис. 3.1), будет охлажден до температуры £2> Для которой давление пара соответствует состоянию насыщения (точка 2), и при дальнейшем понижении температуры из воздуха будет вы­ падать влага и уменьшаться парциальное давление пара. Температура, при которой давление рп становится равным ps, называется точкой

росы.

При обработке и изме­ нении свойств влажного воздуха в процессе кон­ диционирования количе­ ство его сухой части ос­ тается неизменным, поэто­ му принято при рассмот­ рении тепловлажностного состояния воздуха все

его показатели относить к 1 кг сухой части влажного воз­ духа.

Влагосодержание, абсолютная и относительная влаж ­ ность. Влажность воздуха характеризуется количеством со­ держащегося в нем пара. Массовым влагосодержанием d

называют отношение массового количества влаги, содержа­ щейся во влажном воздухе, GBOfl к массовому количеству сухого воздуха Gc в:

d = G,вод

'с. в

т. е., d представляет собой массу влаги (в килограммах), при­ ходящейся на 1 кг сухого воздуха или, что то же самое, на (1 + d) кг влажного воздуха. Иногда d выражают в граммах влаги на 1 кг сухого воздуха.

Иногда оказывается более удобным иметь дело с числом молей водяного пара и сухого воздуха. В этом случае можно определить мольное влагосодержание как отношение числа молей сухого воздуха к числу молей водяного пара. Число молей водяного пара в смеси равно величине GB0Д/ЦВ0Д, а число молей сухого воздуха — величине Gc В/Цс „» где рвод и цс — молекулярные массы соответственно воды и возду­ ха. Отсюда следует, что

Так как Цс в = 28,96 и цвод = 18,016, то получим

л; = l,6 1 d

ИЛИ

Величины d и х характеризуют влажный воздух, в кото­ ром вода может находиться как в виде пара, так и в виде капелек влаги или кристаликов льда (снег).

Уравнение Клайперона для одного моля сухого воздуха имеет вид

где V — объем, занимаемый одним молем сухого воздуха; R — удельная газовая постоянная, R = 8,314 кДжДкмоль • К); Т —• абсолютная температура воздуха, К.

Если мольное влагосодержание равно х, то для х молей воды, занимающих тот же объем V, уравнение Клайперона будет иметь вид

откуда с учетом (3.1) имеем для случая, когда влажный воздух находится при атмосферном давлении,

A i

(3.6)

Ра —A i

Учитывая (3.2), находим

dn=0,62Æ (3)-

и для случая, когда влажный воздух находится при атмо­ сферном давлен ии ,—

Соотношения (3.5-3.8) относятся лишь к тому случаю, когда влага содержится в виде пара, так как только в этом случае может быть применено уравнение идеального газа (3.4). Поэтому величины dn и хп (с индексом «п») называют

паросодержанием.

Влагосодержание воздуха может быть различным, однако его максимальное значение при заданной температуре стро­ го определено насыщенным состоянием водяных паров. В связи с этим для характеристики степени увлажненности воздуха используют показатель относительной влажности воздуха, который отражает отношение парциального давле­ ния водяного пара, содержащегося во влажном воздухе, к давлению насыщения водяного пара при данной темпера­ туре (т. е. к максимально возможному парциальному давле­ нию водяного пара при этой температуре):

При других давлениях рс плотность сухого воздуха оп­ ределяют по формуле

Доля влаги в воздухе обычно невелика, и плотность влаж ­ ного воздуха мало отличается от плотности сухого воздуха.

Плотность влажного воздуха определяют по формуле

Из формулы (3.11) следует важный вывод о том, что плот­ ность влажного воздуха меньше плотности сухого воздуха.

Поскольку разность рс в и рв в невелика и составляет не более 0,75 % величины рс в, в инженерных расчетах обычно считают

Рв. в ~ Рс. в

Калорические свойства влажного воздуха. Энтальпия влажного воздуха I складывается из энтальпии сухой его части и энтальпии водяных паров. Энтальпию влажного воз­ духа, отнесенная к 1 кг сухой части влажного воздуха, при произвольной температуре t и влагосодержании d опреде­ ляют по формуле

Известно, что теплоемкость влажного воздуха

св = 1,005 + l,8d/1000 .

Тогда, с учетом (3.12) имеем

/ = св2 + г<2/1000,

где — теплота парообразования для воды при 2 = 0 °С, г =

=2500 кД ж /кг.

Врезультате конвективного теплообмена воздуху переда­

ется явная теплота, температура воздуха повышается и соот­ ветственно меняется его энтальпия. При поступлении водя­ ного пара (при подаче пара от внешних источников) в воздух передается теплота парообразования и энтальпия воздуха возрастает- В данном случае это происходит вследствие из­

менения энтальпии водяного пара, масса которого увеличи­ вается. Температура же воздуха остается неизменной.

Кроме характеристик тепловлажностного состояния свой­ ства воздуха определяются содержанием в нем вредных газов и паров. Количество этих вредностей в литрах обычно относят к 1 м3 воздуха. Содержание пыли в воздухе обычно измеряют в миллиграммах на метр в кубе или в граммах на килограмм.

/ —d -диаграмма влажного воздуха. Аналитический рас­ чет и анализ процессов обработки воздуха по приведенным выше уравнениям и психометрическим таблицам доволь­ но сложен. На практике применяется графоаналитический метод, основанный на использовании I —d -диаграммы, пред­ ложенной в 1918 г. Л. К. Рамзиным.

В I —d-диаграмме [рис. 3.2 (см. вкладку)] графически свя­ заны все параметры, определяющие тепловлажностное со­ стояние воздуха, это I, d, t, ср, рп. Диаграмма построена в косо­ угольной системе координат, которая позволяет расширить на диаграмме область ненасыщенного влажного воздуха, что делает ее удобной для графических построений. По оси ор­ динат отложены значения энтальпий I (кД ж /кг) сухого воз­ духа, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к оси I, — значения влагосодержаний d (г/кг) сухого воздуха. Поле диаграммы разбито линиями постоянных энтальпий I = const и влагосодержаний d = const. На диаграмму нанесены так­ же линии постоянных температур t = const.

Если какой-либо точке 1 (рис. 3.3), лежащей на изотерме = const, соответствует энтальпия 11Уграфически на I —d- диа­ грамме эта энтальпия равна сумме трех отрезков. Размеры отрезков определяют по уравнению (3.12), которое можно

Из уравнения (3.13) и рис. 3.3 можно сделать вывод, что в I —d -диаграмме изотермы непараллельны между собой и чем выше температура влажного воздуха, тем больше от­ клоняются вверх изотермы.

Кроме линий постоянных /, d и t на поле диаграммы на­ несены линии постоянных относительных влажностей воз­ духа ф. Если положение изотерм t = const и изоэнтальпий I = const на I —d -диаграмме практически не зависит от ба­ рометрического давления Рб, то положение кривых ф = const меняется с его изменением. Поэтому I —d -диаграмму строят