Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Вентиляция. Часть 1. Учебно-методическое пособие для студентов направления подготовки 08.03.01 «Строительство», профиль «Теплогазоснабжение и вентиляц
.pdf
11
Т
п
219
)()(
...
...
пвс
п
вспвс
пвсппвсвс
в
ММ
RТ
р
рММ
RТ
р
RТ
ВМ
RТ
Мр
RТ
Мр
Т
р
Т
п
в
3
1032,1
353
п
п
рВ
р
d 623
Плотность водяного пара в воздухе ρп, кг/м3, по аналогии с выводом формулы
(1.6) при атмосферном давлении равна:
(1.7)
Эта величина так же, как и ρс.в в формуле (1.6), изменяется прямо
пропорционально давлению рп, под которым находится водяной пар, и обратно
пропорционально температуре Т.
Плотность влажного воздуха рв может быть определена как плотность
сухого воздуха и водяного пара, находящихся в смеси под своими парциальными
давлениями:
р
+ рп = В:
с.в
(1.8)
При измерении давления в Па плотность влажного воздуха ρв равна:
(1.9)
Из формулы (1.9) следует важный вывод о том, что плотность влажного
воздуха меньше плотности сухого воздуха.
В инженерных расчетах в тех случаях, когда качественное различие
плотностей сухого и влажного воздуха не имеет значения, обычно считают, что ρв ≈
ρ
.
с.в
При изменении свойств воздуха в вентиляционном процессе количество его
сухой части остается неизменным, поэтому принято все показатели
тепловлажностного состояния воздуха относить к 1кг сухой части влажного
воздуха.
Влагосодержание влажного воздуха – это масса водяного пара в граммах,
приходящегося на 1кг сухой части влажного воздуха.
Влагосодержание влажного воздуха d,, г/кг, равно:
(1.10)
Влагосодержание воздуха может быть различным, однако его максимальное
значение при заданной температуре строго определено полным насыщением
12
пп
п
р
р
.
2
.
)62,152,11(479 tр
пн
воздуха водяными парами. В связи с этим для характеристики степени
увлажненности воздуха удобно пользоваться показателем относительной
влажности воздуха φ. Величина φ равна отношению парциального давления рп
водяного пара в ненасыщенном влажном воздухе к парциальному давлению р
п.п
водяного пара в насыщенном влажном воздухе при одной и той же температуре:
(1.11)
Величина φ показывает в процентах или в долях единицы степень
насыщенности воздуха водяными парами по отношению к состоянию полного
насыщения.
При относительной влажности 100% воздух полностью насыщен водяными
парами, и его называют насыщенным влажным воздухом. водяные пары в этом
случае находятся в насыщенном состоянии. При φ <100% воздух содержит водяные
пары в перегретом состоянии и его называют ненасыщенным влажным воздухом.
Давление водяного пара, находящегося в насыщенном состоянии, зависит
только от температуры. Его значение определяют экспериментальным путем и
приводят в специальных таблицах. Имеется ряд формул, аппроксимирующих
зависимость рн.п, Па. Например, для области положительных температур ее можно
приблизительно выразить в Па:
Теплоемкость сухого воздуха с
и теплоемкость водяного пара сп в обычном
с.в
(1.12)
для вентиляционного процесса диапазоне температур можно считать постоянными
и равными:
с
=1,005кДж/кг К и с
с.в
1,8кДж/кг К.
п =
Энтальпию сухого воздуха Iс.в при t=0°С принимают равной нулю, и тогда
энтальпия Iс.в при произвольной температуре t равна:
Iс.в = с
t (1.13)
с.в
Удельная теплота парообразования для воды при t = 0°С равна r =2500
кДж/кг, и энтальпия пара Iп во влажном воздухе при этой температуре равна i.
Энтальпия водяного пара в воздухе Iп, кДж/кг, при произвольной
температуре t составляет:
13
3
10)8,12500(005,1
dttI
Iп = 2500+1,8 t (1.14)
Энтальпия влажного воздуха – это сумма энтальпии сухой его части и
энтальпии водяного пара.
Энтальпия влажного воздуха I, отнесенная к 1кг сухой части влажного
воздуха, кДж/кг, при произвольной температуре t и влагосодержании d равна:
(1.15)
Если в результате конвективного теплообмена воздуху передается явное
тепло, то он нагревается и его температура повышается. Энтальпия воздуха
изменяется в результате изменения его температуры. При поступлении в воздух
водяных паров с той же температурой (при подаче пара от внешних источников)
ему передается в основном скрытое тепло парообразования. Энтальпия воздуха
при этом также возрастает в результате изменения энтальпии водяного пара,
находящегося в воздухе, но температура воздуха при этом остается неизменной.
Кроме характеристик тепловлажностного состояния, свойства воздуха, как
было сказано ранее, определяются содержанием в нем газов и паров вредных
веществ. Содержание этих вредных веществ в миллиграммах обычно относят к
1м3 воздуха. Их концентрацию обозначают буквой С и выражают в мг/м3.
Содержание пыли в воздухе обычно оценивают в мг/м3 или в г/м3.
При расчете современных вентиляционных систем важно также знать
содержание в воздухе пахнущих веществ, степень его озонирования, содержание в
нем отрицательно заряженных легких ионов кислорода и пр. Освещение этих
вопросов дается в специальной -литературе.
1.3 I – d диаграмма влажного воздуха
На основе уравнений (1.10), (1.11) и (1.15) проф. Л. К. Рамзиным в 1918г. была
составлена так называемая I – d диаграмма, широко используемая в расчетах
вентиляции, кондиционирования воздуха, осушки и других процессов, связанных с
изменением состояния влажного воздуха. В I – d диаграмме графически связаны все
параметры, определяющие тепловлажностное состояние воздуха: t, d, I, φ , рп [3, 4].
14
1
I
Диаграмма I - d приведена на рисунке 1.1. Она построена в косоугольной
системе координат. Такая система позволяет расширить на диаграмме область
ненасыщенного влажного воздуха, что делает диаграмму удобной для графических
построений.
По оси ординат диаграммы (рис.1.1) отложены значения энтальпии I, кДж/кг,
сухой части влажного воздуха, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к оси I,
отложены значения влагосодержания d, г/кг сухой части влажного воздуха. Поле
диаграммы разбито линиями постоянных значений энтальпии I = сопst и
влагосодержания d =соnst. На него нанесены также линии постоянных значений
температуры t =сопst, положение которых может быть определено следующим
образом.
Какая-либо точка 1, лежащая на изотерме t1=соnst, соответствует энтальпии I1
значение которой графически на I - d диаграмме равно сумме трех отрезков (см. рис.
1.2). Размеры отрезков определяются уравнением (1.15), которое можно после
преобразования записать в виде
=2,5d1+1,005t1+1,8 10-3t1d1
Таким образом можно сделать вывод, что в I—d-диаграмме изотермы не
параллельны между собой и чем выше температура влажного воздуха, тем больше
отклоняются вверх его изотермы.
Рисунок 1.2 - Графическое изображение энтальпии (точка 1), и построение
15
.
)/(1
)/(
623
.нппн
рВ
рВ
d
линии t=соnst
В нижней части I—d-диаграммы на рис. 1.I расположена кривая, имеющая
самостоятельную ось ординат. Она связывает влагосодержание d, г/кг, с
парциальным давлением водяного пара рп , кПа. Ось ординат этого графика является
шкалой парциального давления водяного пара рп.
Кроме линий постоянных значений I, d и t, на поле диаграммы нанесены
линии постоянных значений относительной влажности воздуха, φ=сопst. Для их
построения прежде всего строится кривая, соответствующая φ = 100%. Зависимость
давления водяного пара в насыщенном состоянии от температуры определена
экспериментально и приводится в специальных таблицах термодинамического
состояния влажного воздуха, составленных М.П. Вукаловичем [3]. Пользуясь этими
таблицами, формулой (1.10) или кривой рп (d), можно найти положение точек,
соответствующих состоянию полного насыщения воздуха водяными парами.
Геометрическое место этих точек дает положение кривой φ=100% на поле I—d
диаграммы. Зависимость (1.11) позволяет определить относительно линии φ=100%
положение остальных линий φ= соnst, соответствующих другим значениям
относительной влажности воздуха.
Если положение изотерм t= соnst и изоэнтальпий I= соnst в I—d диаграмме
практически не зависит от барометрического давления В, то положение кривых φ=
сопst меняется с изменением барометрического давления В. Диаграмма I—d,
приведенная на рисунке 1.1, построена для стандартного барометрического давления
В, равного 101,325 кПа (одна физическая атмосфера).
Изменение относительной влажности с изменением давления можно
проследить, пользуясь формулой (1.10), которую запишем в виде
Значение р
, как было сказано, зависит только от температуры, поэтому если
н.п
при постоянных I и d изменять давление В, то относительная влажность φ будет
изменяться прямо пропорционально В. Таким образом, при изменении давления
отношение φ/В остается постоянным. Это положение позволяет использовать I-d
диаграмму, построенную для одного давления В, например, в 101,325 кПа (рис.1.1),
16
ВВ
1
1
при другом барометрическом давлении В1 значения φ1, которым при этом будут
соответствовать линии φ = соnst, определятся условием
(1.16)
Поле I-d -диаграммы разделено линией φ=100% на две части. Выше этой
линии расположена область ненасыщенного влажного воздуха. Линия φ = 100%
соответствует состоянию воздуха, насыщенного водяными парами. Ниже этой линии
расположена область перенасыщенного воздуха (воздуха в метастабильном
состоянии, область тумана), которая используется при расчете воздушного
холодильного цикла и при применении воздуха в области тумана.
Каждая точка в поле диаграммы соответствует определенному
тепловлажностному состоянию воздуха. Положение точки определяется любыми
двумя из пяти (I, d, t, φ, рп) параметров состояния. Остальные три могут быть
определены по I-d диаграмме как производные. Диаграмма удобна не только для
определения параметров состояния воздуха, но и для построений изменения его
состояния при нагреве, охлаждении, увлажнении, осушке, смешении и сочетании
этих процессов в произвольной последовательности.
Пользуясь I-d -диаграммой, легко получить еще два очень важных параметра
тепловлажностного состояния воздуха: температуру точки росы tр воздуха и
температуру мокрого термометра воздуха tм.
Температура точки росы - это температура насыщенного водяными парами
воздуха при данном влагосодержании
Для получения температуры точки росы нужно на I-d диаграмме от точки,
соответствующей данному состоянию воздуха, опуститься по линии d= соnst до
пересечения с линией φ=100%. Проходящая через точку пересечения линия t= соnst
будет соответствовать значению tр.
Температура мокрого термометра - это температура насыщенного водяными
парами воздуха при данной энтальпии.
На I-d диаграмме температуре мокрого термометра tм соответствует линия t=
соnst, проходящая через точку пересечения линии I= соnst заданного состояния
воздуха с линией φ=100%.
17
На рисунке 1.3 приведены построения для определения температур tр и tм
воздуха, состоянию которого соответствует точка А.
Рисунок 1.3 - Определение по I-d диаграмме температуры мокрого
термометра и температуры точки росы воздуха, состоянию которого соответствует
точка А
18
Рисунок 1.1 - I-d диаграмма влажного воздуха
19
.
вп
вп
TR
P
D
,
...
...
1
вп1вп
рад
n
n
ff
ftft
t
.5,029
c
н
рад
tt
Самочувствие и работоспособность человека с гигиенической точки зрения в
значительной степени определяются температурой, влажностью и скоростью
движения воздуха.
Температура характеризует степень нагретости среды.
Влажность воздуха в помещении обусловлена следующими причинами:
влажностью наружного воздуха; выделением влаги людьми, находящимися в
помещении; бытовыми и технологическими влаговыделениями. Влажность
различают абсолютную и относительную.
Абсолютная влажность D – это масса водяных паров, содержащихся в 1 м3
влажного воздуха, кг/м3.
Из характеристического уровня получим:
(1.17)
Зная парциальное давление водяных паров и их температуру, можно
определить абсолютную влажность в помещении при Rвп = 470 Пам3/(кгК).
Установлено, что при нормальной влажности и подвижности воздуха на
самочувствие человека заметное влияние оказывает температура поверхности
ограждений. Состояние теплового комфорта в помещении определяется как
результат соотношения между температурой окружающего воздуха и средней
температурой внутренних поверхностей ограждений.
Среднюю температуру поверхностей помещения принято называть
радиационной температурой. Она связана с лучистым теплообменом в помещении и
зависит от размеров и температуры поверхности отдельных ограждений:
где fi, tвп – площади и температуры внутренних ограждающих конструкций.
Средняя радиационная температура, обеспечивающая нормальное тепловое
состояние человека в помещении:
(1.18)
(1.19)
20
1.4 Аэродинамические основы организации воздухообмена в помещении
Вентилирование помещений любого назначения представляет собой процесс
переноса определенных объемов воздуха, вытекающего из приточных отверстий.
Скорость и направление истечения воздуха из отверстий, форма и количество
отверстий, их расположение, а также температура воздуха в струе определяют
характер воздушных потоков в помещении. Приточные струи взаимодействуют
между собой, с тепловыми струями, возникающими около нагретых поверхностей, и
с потоками воздуха, образующимися вблизи вытяжных отверстий.
Строительные конструкции помещения (колонны, стены, пол, потолок) и
технологическое оборудование при набегании на них потоков воздуха оказывают
существенное влияние на скорость и направление их дальнейшего распространения.
Кроме того, в производственных помещениях на скорость и направление движения
воздуха большое влияние могут оказывать действие различных механизмов
технологического оборудования, а также струи, истекающие из отверстий или
неплотностей оборудования, находящегося под избыточным давлением.
Воздушные потоки — струи, образующиеся в помещении, — переносят
поступающие в воздух вредные выделения (конвективное тепло, пары, газы и пыль)
и формируют в объеме воздуха помещения поля скоростей, температур и
концентраций. В распространении вредностей по помещению струям, иначе говоря,
турбулентной диффузии (в противоположность молекулярной диффузии)
принадлежит решающая роль.
При распределении приточного воздуха в вентилируемом помещении
необходимо учитывать все особенности распространения приточных струй, с тем
чтобы в рабочей или обслуживаемой зоне помещения обеспечить требуемые
параметры воздуха: температуру, подвижность и допустимые концентрации вредных
выделений (включая влажность). Учет всех особенностей движения воздуха в
помещении представляет собой задачу большой сложности, так как не все факторы,
обусловливающие это движение, поддаются точному учету — к настоящему
времени некоторые из них еще недостаточно изучены.
Систематическое изучение струй началось около 60 лет назад и продолжается
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]