10961
.pdf
10
При относительной влажности φ = 100 % воздух полностью насыщен водяными парами (“насыщенный влажный воздух”). Водяные пары находятся в насыщенном состоянии.
При φ < 100 % водяные пары находятся в воздухе в перегретом состоянии, а воздух называют “насыщенным влажным воздухом”.
На основе понятия относительной влажности можно представить
следующее выражение влагосодержания: |
|
|
|
|
|
d = 623 |
%∙п.н. |
. |
(1.10) |
|
|
|||
|
|
б%∙ п.н. |
|
|
В практической деятельности значения теплоемкости сухого воздуха сс.в. и |
||||
водяного пара |
св.п. в интервалах температур 0…200 ºС принято считать |
|||
постоянными величинами и, соответственно, равными |
|
|||
|
сс.в. = 1,005 кДж/(кг·ºС); св.п. = 1,8 кДж/(кг·ºС). |
|
||
Под энтальпией понимают количество теплоты, которое |
необходимо |
|||
сообщить 1 кг воздуха, чтобы изменить его температуру от 0 ºС до заданного
значения.
Принято считать, что при 0 ºС энтальпия сухого воздуха равна 0, т. е.
Iс.в.=0, тогда при произвольной температуре t энтальпия, кДж/кг, составит:
Iс.в.= сс.в.t (1.11)
При 0 ºС скрытая теплота парообразования r = 2500 кДж/кг, тогда энтальпия пара при этой температуре будет соответствовать теплоте парообразования:
I в.п..= r |
(1.12) |
При произвольной температуре энтальпия пара, кДж/кг, определяется по |
|
зависимости: |
|
Iв.п..= r + с в.п..· t |
(1.13) |
Энтальпия влажного воздуха складывается из энтальпии сухого воздуха и энтальпии водяного пара при соответствующем влагосодержании воздуха:
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
I |
|
= I |
c.в. |
+ I |
|
d |
. |
(1.14) |
|
|
|
||||||
|
в |
|
|
в.п. 1000 |
|
|||
В развернутом виде уравнение энтальпии влажного воздуха имеет вид:
Iв = сс.в.t + (r + cв.п.t) |
d |
. |
(1.15) |
1000 |
После подстановки цифровых значений теплоемкости сухого воздуха, теплоемкости водяного пара и скрытой теплоты парообразования получаем
Iв = 1,005 t + (2500 + 1,8 t) |
d |
. |
(1.16) |
|
|||
1000 |
|
|
|
Первое слагаемое (1,005 t) представляет собой явную теплоту, а второе
(2500+1,8 t) d / 1000 - скрытую теплоту.
1.2. I-d – диаграмма влажного воздуха
I-d-диаграмма применяется для выполнения графо-аналитических расчетов различных систем – вентиляции, кондиционирования воздуха, сушильных установок и др., где происходит изменение температурновлажностного состояния обрабатываемого воздуха.
Диаграмма разработана профессором Л.К. Рамзиным. В основу диаграммы положены следующие зависимости:
d = 623 |
в.п. |
; d = 623 |
%∙п.н. |
; |
|
|
|||
|
б в.п. |
б%∙ п.н. |
||
I = 1,005t + (2500 + 1,8t) d .
1000
I-d-диаграмма представляет собой графическую взаимосвязь основных параметров влажного воздуха: I, d, t, φ, Рп при определенном значении атмосферного давления Рб.
По известным двум любым параметрам I-d-диаграмма позволяет определить все остальные, как производные от исходных.
Преобразуя формулу (1.16), запишем выражение для энтальпии точки 1:
I |
= 2,5d |
1 |
+ 1,005t |
1 |
+ 1,8·10-3t |
d |
1 |
. |
(1.17) |
1 |
|
|
1 |
|
|
|
12
Как видно из рис.1.1 энтальпия точки 1 будет складываться из трех отрезков:
1.отрезок 2,5d1 представляет собой расстояние от наклонной оси абсцисс до горизонтальной линии, выходящей из начала координат;
2.отрезок 1,005t1 представляет собой расстояние от горизонтальной линии, выходящей из начала координат, до горизонтальной линии, выходящей из значения t1 по оси ординат;
3.отрезок 1,8·10-3t1d1 представляет собой расстояние от горизонтальной линии, выходящей из t1 до луча t1=const.
I-d-диаграмма изображается в косоугольной системе координат с уклоном оси абсцисс на 135º (рис. 1.1).
Косоугольная система координат имеет следующие преимущества:
1.Не накладываются изолинии t = const и I = const;
2.Увеличивается область ненасыщенного влажного воздуха и упрощается построение процессов.
Рис. 1.1 Схема построения I-d - диаграммы
Преобразуя формулу (1.16), запишем выражение для энтальпии точки 1: (1.17)
Это слагаемое в формуле (1.17) и определяет непараллельность линий
t = const, особенно эта непараллельность заметна в верхней части диаграммы при высоких температурах.
Примерное изображение линий на диаграмме показано на рис.1.2.
13
Положение линий φ = const определяется из зависимости (1.9). Для этого находят значения парциальных давлений водяного пара в состоянии насыщения в зависимости от температуры по экспериментальным “таблицам свойств воды и водяного пара”.
Вертикальные линии на диаграмме соответствуют d = const.
В нижней части диаграммы имеется переводная наклонная линия (“кривая парциальных давлений водяного пара”),
с помощью которой определяются значения парциальных давлений водяного пара. Для этого линию d=const
продолжают вниз до пересечения с переводной линией и далее вправо по горизонтали до пересечения с вертикальной осью Pп, Па, по которой определяется парциальное давление водяного пара.
При помощи I-d-диаграммы можно определить два важных параметра тепловлажностного состояния воздуха: температуру точки росы tp и температуру мокрого термометра tм.
Температура точки росы – температура, которую принимает влажный воздух при его охлаждении без массообмена (без конденсации по d=const) до полного насыщения (до линии φ = 100 %).
Температура точки росы равна температуре насыщенного водяными
парами воздуха при данном влагосодержании.
14
Температура мокрого термометра – температура, которую принимает
влажный воздух при его изоэнтальпийном охлаждении (по I = const) без
теплообмена с окружающей средой до полного насыщения (до φ = 100 %).
Температура мокрого термометра равна температуре насыщенного
водяными парами воздуха при данной энтальпии.
Пример I-d-диаграммы, построенной для варианта атмосферного давления Pб = 101 кПа показан на рис. 1.3.
При изображении элементарных процессов обработки воздуха (нагрев, охлаждение, увлажнение и т.д.) точки, соответствующие начальному и конечному состояниям воздуха соединяют прямой линией. Эту линию, характеризующую процесс изменения параметров воздуха называют лучом процесса. Направление луча процесса в I-d- диаграмме определяется угловым коэффициентом ε, значение которого можно определить по зависимости:
|
ε = (()( *)· , |
|
|
(1.18) |
|
|
|
,) , * |
|
|
|
где |
I2; I1 – энтальпии, соответствующие конечному и начальному |
||||
состоянию соответственно, кДж/кг; |
|
|
|
||
|
d2; d1 – влагосодержания, соответствующие конечному и начальному |
||||
состоянию соответственно, г/кг сух.в.; |
|
|
|
||
Единица измерения углового коэффициента ε, кДж/кг влаги. |
|
||||
Если в уравнении (1.18) числитель и знаменатель умножить на массовый |
|||||
расход обрабатываемого воздуха G, кг/ч, то получим: |
|
||||
|
(J |
− J ) G |
Q |
|
|
|
ε = (d2 |
− d1) G 1000 = |
п |
, |
(1.19) |
|
W |
||||
|
2 |
1 |
|
|
|
где Qп - полное количество тепла (полная теплота), переданное при изменении состояния воздуха, кДж/ч;
W - количество влаги, переданное в процессе изменения состояния воздуха, кг/ч.
Коэффициент ε определяет соотношение изменений количества
теплоты и влаги в воздухе в процессе его обработки.
15
Рис. 1.3 I-d-диаграмма влажного воздуха (Pб = 101 кПа)
16
В зависимости от соотношения ∆I и ∆d угловой коэффициент ε может
изменять свой знак и величину от 0 до ±∞.
На полях диаграммы нанесены направления “масштабных лучей”, соответствующие значениям углового коэффициента от - ∞ до + ∞. масштабные лучи проходят через начало координат диаграммы (I = 0; d = 0).
При построении луча процесса сначала проводят вспомогательный луч, исходящий из начала координат в соответствующем направлении (в
зависимости от значения ε), а затем через точку начального состояния проводят
линию процесса параллельно вспомогательному лучу.
Характерные варианты изменения состояния воздуха и их изображение на I–d - диаграмме.
1-2: например, процесс нагрева воздуха в поверхностном теплообменнике (в результате контакта с сухой нагретой поверхностью). Воздух получает явную конвективную теплоту, температура и энтальпия возрастают, относительная влажность уменьшается, а влагосодержание остается постоянным - процесс идет по линии d=const. Угловой коэффициент равен ε =+ ∞.
Рис. 1.4 Изображение процессов на I-d-диаграмме
1-3: например, процесс охлаждения воздуха в результате контакта с сухой охлажденной поверхностью (в поверхностном воздухоохладителе с
17
температурой поверхности выше температуры точки росы). Конденсации влаги нет. Угловой коэффициент равен ε =+ ∞.
1-4: процесс 1-3 может продолжаться до линии насыщения (φ=100 %). Тогда температура воздуха достигнет значения температуры точки росы tр
(точка 4).
1-5: Влажный воздух одновременно нагревается и увлажняется и приобретает параметры точки 5. Такой процесс протекает, когда приточный воздух ассимилирует тепло- и влаговыделения в помещении.
Угловой коэффициент луча процесса ε > 0.
1-6: осушка и охлаждение воздуха при прямом контакте воздуха с охлажденным абсорбентом, например, раствором хлористого лития в камерах орошения или в аппаратах с орошаемой насадкой.
Угловой коэффициент ε > 0.
1-7: процесс изотермического увлажнения. Такой процесс возможен, например, при обработке воздуха насыщенным водяным паром с температурой равной температуре воздуха (tп = t1).
Угловой коэффициент луча процесса ε > 0.
1-8: процесс изотермической осушки. Такие процессы возможны при использовании сорбентов c температурой равной температуре обрабатываемого воздуха.
Угловой коэффициент луча процесса ε > 0.
1-9: процесс адиабатического увлажнения. Подобные процессы осуществляют в оросительных камерах приточных установок при температуре разбрызгиваемой через форсунки воды равной tм. Для этого используется рециркуляционная вода.
Угловой коэффициент луча процесса ε ≈ 0. Точное равенствоε = 0 возможно лишь при tм = 0 оС.
18
1-10: продолжение луча до линии полного насыщения (до точки 10) приведет к понижению температуры воздуха до значения температуры мокрого термометра tм .
1-11: процесс адиабатической осушки. Такой процесс возможен при обработке воздуха с помощью растворов абсорбентов или твердых адсорбентов.
Процессы обработки воздуха, луч которых не совпадает с линиями постоянных величин t или d (например, 1-5, 1-6) называют промежуточными или политропными.
Любой политропный процесс на I-d-диаграмме можно представить в виде суммы двух процессов: с постоянным влагосодержанием и постоянной температурой.
Для доказательства этого рассмотрим процесс изменения параметров влажного воздуха от точки 1 до точки 2 (рис.1.5).
Расчеты параметров воздуха на I-d- диаграмме всегда производятся по полной теплоте:
|
Qп = Qявн + Qскр . |
(1.20) |
|
Тогда, при расходе воздуха Gв, кг/ч, |
|
|
количество полной теплоты, участвующей в |
|
|
процессе 1-2 можно определить по |
|
|
следующим зависимостям: |
|
|
Qп 1-2 = Gв (I2 – I1); |
(1.21) |
Рис. 1.5 К расчету политропного |
Qявн 1-к = cв·Gв (tк – t1); |
(1.22) |
|
|
|
процесса обработки воздуха |
Qскр к-2 = Gв (I2 – Iк); |
(1.23) |
|
Gв ∆I2-1 = cв·Gв ∆tк-1 + Gв ∆I2-к . |
(1.24) |
Количество водяного пара, поступившего в воздух в процессе 1-2, определится по зависимости:
|
|
|
|
|
19 |
G |
= G |
|
d2−1 |
, |
(1.25) |
В |
|
||||
W 1−2 |
|
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где ∆d2-1 = ∆d2-к = (d2 – d1) – разность влагосодержаний, соответ- |
|||||
|
ствующих конечному и начальному |
||||
|
состояниям воздуха в |
процессе |
|||
|
обработки. |
|
|||
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
1.Что такое “влажный воздух”?
2.Почему плотность влажного воздуха меньше плотности сухого
воздуха?
3.Что такое I-d-диаграмма влажного воздуха?
4.Дать определения “температура точки росы” и “температура мокрого термометра”.
5.Что такое “коэффициент углового масштаба”?
2. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ
Единой унифицированной формулировки классификации систем вентиляции в настоящее время найти достаточно сложно. Наиболее часто встречающееся определение систем вентиляции по различным признакам представлено на рис. 1.6.
По назначению системы вентиляции делят на приточные (обеспечивают подачу чистого воздуха в помещение) и вытяжные (обеспечивают удаление загрязненного воздуха из помещения).
В современных системах все чаще используют энергосберегающие установки, позволяющие утилизировать теплоту удаляемого воздуха для подогрева наружного воздуха, в которых совмещаются функции и приточной и вытяжной вентиляции. Такие системы называют приточно-вытяжными.
Движение воздуха в элементах систем вентиляции может происходить за счет действия нагнетателя (вентилятора, воздуходувки). Такие системы называют механическими или системами с принудительной циркуляцией.