După cum se știe, aer uscat(CB) constă din 78% azot, 21% oxigen și aproximativ 1% dioxid de carbon, gaze inerte și alte gaze. Dacă există în aer, atunci se numește un astfel de aer aer umed(BB). Având în vedere că la ventilarea încăperilor, compoziția părții uscate a aerului practic nu se modifică și doar cantitatea de umiditate se poate modifica, în ventilație se obișnuiește să se considere explozivii ca un amestec binar format din doar două componente: SW și apă. vapori (VP). Deși pentru acest amestec se aplică toate legile gazelor, în timpul ventilației putem presupune cu suficientă acuratețe că aerul este aproape întotdeauna sub presiunea atmosferică, deoarece presiunile ventilatorului sunt destul de scăzute în comparație cu presiunea barometrică. Presiunea atmosferică normală este de 101,3 kPa, iar presiunile dezvoltate de ventilatoare nu sunt de obicei mai mari de 2 kPa. Prin urmare, încălzirea și aerul în ventilație au loc la presiune constantă.
Printre parametrii termodinamici ai explozivilor care sunt utilizați în timpul ventilației, putem distinge urmând:
- densitate;
- capacitatea termică;
- temperatură;
- conținutul de umiditate;
- presiunea parțială a vaporilor de apă;
- umiditatea relativă;
- temperatura punctului de rouă;
- entalpie (conținut de căldură);
- temperatura bulbului umed.
Sub influența diverșilor factori, își poate modifica parametrii. Dacă aerul conținut într-un anumit volum (de exemplu, o cameră) este în contact cu suprafețe fierbinți, acesta se încălzește, adică temperatura îi crește. În acest caz, acele straturi care mărginesc suprafețele fierbinți sunt încălzite direct. Datorită încălzirii, , modificări, iar acest lucru duce la apariția curenti convectivi: are loc un proces de schimb turbulent. Datorită prezenței amestecării turbulente a aerului în procesul de formare a vârtejului, energia absorbită de straturile limită este transferată treptat către straturi mai îndepărtate, drept urmare întregul volum de aer cumva crește temperatura ta.
Din exemplul luat în considerare, este clar că straturile apropiate de suprafețele fierbinți vor avea o temperatură mai mare decât straturile îndepărtate. Cu alte cuvinte, temperatura în întreg volumul nu este aceeași (și uneori diferă destul de semnificativ). Prin urmare, temperatura, ca parametru al aerului, în fiecare punct va avea propria sa valoare individuală, locală. Cu toate acestea, natura distribuției temperaturilor locale în volumul încăperii este extrem de greu de prezis, așa că în majoritatea situațiilor trebuie să vorbim despre o anumită valoare medie a unuia sau altuia parametru al aerului. Temperatura medie este derivat din ipoteza că căldura percepută va fi distribuită uniform în volumul de aer, iar temperatura aerului în fiecare punct al spațiului va fi aceeași.
Problema distribuției temperaturii de-a lungul înălțimii camerei a fost mai mult sau mai puțin studiată, cu toate acestea, chiar și în această chestiune, modelul de distribuție se poate schimba foarte mult sub influența factori individuali: curenți de jet în încăpere, prezența suprafețelor de ecranare structuri de constructiiși echipament, temperatura și dimensiunea surselor de căldură.
Aerul atmosferic din jurul nostru este un amestec de gaze. Este aproape întotdeauna umed. Vaporii de apă, spre deosebire de alte componente ale amestecului, pot fi în aer, atât în stare supraîncălzită, cât și în stare saturată. Conținutul de vapori de apă din aer se modifică, atât în timpul procesului de tratare a umidității în sistemele de ventilație de alimentare și în aparatele de aer condiționat, cât și în timpul asimilării emisiilor de umiditate din cameră prin aer. Partea uscată a aerului umed conține de obicei (în volum): aproximativ 75% azot, 21% oxigen, 0,03% dioxid de carbon și o cantitate mică de gaze inerte - argon, neon, heliu, xenon, cripton), hidrogen, ozon și altele . Componentele indicate ale amestecului gazos de aer formează partea sa uscată, cealaltă parte a masei de aer este vapori de apă.
Aerul este considerat ca amestec de gaze ideale, care vă permite să utilizați legile termodinamicii pentru a obține formule de calcul.
Conform legii lui Dalton, fiecare gaz din amestecul care formează aerul ocupă propriul volum și are propria sa presiune parțială.
P i ,
și are aceeași temperatură ca și celelalte gaze din acest amestec.
Atenţie! Definiție importantă:
Suma presiunilor parțiale ale fiecăruia dintre componentele amestecului este egală cu presiunea barometrică totală a aerului.
B = Σ Р i, Pa.
Să luăm în considerare conceptul de ceea ce este presiune parțială ?
Presiune parțială- aceasta este presiunea pe care gazul inclus in acest amestec ar avea-o daca ar fi in aceeasi cantitate, in acelasi volum si la aceeasi temperatura ca in amestec.
În calculele de ventilație, considerăm aerul umed ca un amestec binar, adică. un amestec de două gaze, care constă din vapori de apă și aer uscat. În mod convențional, considerăm că partea uscată a aerului este un gaz omogen.
Astfel, presiunea barometrică egală cu suma presiunilor parțiale ale aerului uscat P r.v. și vapori de apă P p , adică
B = P r.v. +P p
În condiții normale de interior, când presiunea vaporilor de apă R p aproximativ egal cu 15 mm. Hg Art., cota din al doilea termen P r.v. în formula presiunii barometrice, ținând cont de diferența dintre densitatea aerului umed și cel uscat, toate celelalte lucruri fiind egale, este de numai 0,75% din densitatea aerului uscat ρ r.v. . Prin urmare, în calculele noastre de inginerie se consideră că
ρ aer = ρ r.v.
ρ aer = ρ r.v.
Când umiditatea aerului se modifică în timpul proceselor de ventilație, masa părții sale uscate rămâne neschimbată. Pe baza acestui fapt, se obișnuiește să se facă referire la masa de vapori de apă conținută în aer 1 kg. parte uscată a aerului.
Să trecem direct la acestea mărimi fizice, care determină parametrii aerului umed. Combinația acestor parametri determină starea aerului umed:
aceasta este o cantitate care caracterizează gradul de încălzire a corpului. Este o măsură a energiei cinetice medii a mișcării de translație a moleculelor. În prezent sunt utilizate scara de temperatură Celsius și scara de temperatură termodinamică Kelvin, care se bazează pe a doua lege a termodinamicii. Există o relație între temperaturi exprimate în grade Kelvin și grade Celsius și anume:
T, K = 273,15 + t°C
Este important de menționat că parametrul de stare este temperatura absolută, exprimată în Kelvin, dar gradul scării absolute este numeric egal cu gradul Celsius, adică.
dT = dt.
Umiditatea aerului se caracterizează prin masa de vapori de apă pe care o conține. Se numește masa vaporilor de apă în grame per 1 kg de parte uscată de aer umed umiditatea aerului d, g/kg.
Magnitudinea d este egal cu:
Unde: B
– presiunea barometrică egală cu suma presiunilor parțiale ale aerului uscat.
P r.v.
și vapori de apă P p
;
P p
– presiunea parțială a vaporilor de apă în aerul umed nesaturat.
Magnitudinea φ egal cu raportul presiunii parțiale a vaporilor de apă în aerul umed nesaturat P p. la presiunea parțială a vaporilor de apă din aerul umed saturat P n.p. la aceeași temperatură și presiune barometrică, adică
La o umiditate relativă de 100%, aerul este complet saturat cu vapori de apă și se numește aer umed saturat , iar vaporii de apă conținuti în acest aer sunt în stare saturată.
Dacă φ < 100%, atunci aerul contine vapori de apa in stare supraincalzita si se numeste aer umed nesaturat .
Presiunea vaporilor de apă în stare saturată depinde doar de temperatură. Valoarea sa este determinată experimental și dată în tabele speciale. Există o serie de formule care aproximează dependența Pn.p. V Pa sau în mm. Hg Sf. de la temperatura in t °C.
De exemplu, pentru regiunea temperaturilor pozitive de la 0°Cși mai mare, presiunea vaporilor de apă saturați în Pa este aproximativ exprimată prin relația:
P n.p. = 479 + (11,52 + 1,62 t) 2, Pa
Folosind conceptul de umiditate relativă φ , conținutul de umiditate a aerului poate fi determinat ca
Pentru procesele de ventilație, intervalul de temperatură este o valoare constantă și este egală cu
De la r.v. = 1,005 kJ/(kg ×°C).
În procesele tipice de ventilație în intervalul de temperatură, această valoare poate fi considerată constantă și egală cu
C p = 1,8 kJ/(kg × °C).
J s.v. = Din r.v. ×t,
Unde: t – temperatura aerului, în °C.
Entalpia aerului uscat J s.v. la t = 0°C luat egal cu 0.
pentru apa la t = 0°C egal cu 2500 kJ/kg.
în aer la orice temperatură t, este
Jp = 2500 + 1,8 t.
constă din entalpia părții sale uscate și entalpia vaporilor de apă.
Entalpie J aer umed, la care se face referire 1 kg parte uscată a aerului umed, în kJ/kg, la temperatură arbitrară tși conținutul de umiditate arbitrar d, este egal cu:
Unde: 1,005
– C r.v. capacitatea termică a aerului uscat, _kJ/(kg×°C);
2500
– r căldură specifică vaporizare, kJ/(kg×°С);
1,8
– C p capacitatea termică a vaporilor de apă, kJ/(kg×°С).
Dacă aerul transmite căldură evidentă, se încălzește, adică i se ridică temperatura. Când aerul umed este încălzit, entalpia se modifică ca urmare a schimbărilor de temperatură a părții uscate a aerului și a vaporilor de apă. Când vaporii de apă cu aceeași temperatură intră în aer din surse externe (umidificare izotermă cu abur), se transferă căldură latentă vaporizare. Crește și entalpia aerului umed, deoarece la entalpia părții uscate a aerului se adaugă entalpia vaporilor de apă. În același timp, temperatura aerului rămâne aproape neschimbată, ceea ce a fost motivul introducerii acestui termen - căldură latentă.
În general, entalpia aerului umed constă din căldură sensibilă și latentă, așa că entalpia este uneori numită căldură totală.
Pentru calcule suplimentare ale sistemelor de ventilație și aer condiționat, vom avea nevoie de următorii parametri de bază ai aerului umed:
- temperatură t in , °C ;
- continutul de umiditate d in , g/kg ;
- umiditatea relativa φ in , % ;
- continutul de caldura J în , kJ/kg ;
- concentrația de impurități nocive CU , mg/m3 ;
- viteza de deplasare V în , m/sec.
1. Umiditate absolută.
Cantitatea de masă de abur în 1 m 3 de aer –
2. Umiditatea relativă.
Raportul dintre cantitatea de masă de abur dintr-un amestec de abur-aer și cantitatea maximă posibilă la aceeași temperatură
(143)
Ecuația Mendeleev-Clapeyron:
Pentru abur
Unde: 
Pentru a determina umiditatea relativă a aerului, se folosește un dispozitiv „psicrometru”, format din două termometre: umed și uscat. Diferența dintre citirile termometrului este calibrată în valori.
3. Conținutul de umiditate.
Cantitatea de abur din amestec la 1 kg de aer uscat.
Să avem 1 m 3 de aer. Masa sa este .
Acest metru cub conține: - kg de abur, - kg de aer uscat.
Evident: 
.
4. Entalpia aerului.
Este alcătuit din două cantități: entalpia aerului uscat și aburului.
5. Punct de rouă.
Temperatura la care un gaz dintr-o stare dată, răcindu-se la un conținut de umiditate constant (d=const), devine saturat ( = 1,0), se numește punct de rouă.
6. Temperatura bulbului umed.
Temperatura la care un gaz, atunci când interacționează cu un lichid, răcindu-se la o entalpie constantă (J=const), devine saturată ( = 1,0), se numește temperatura bulbului umed t M .
Schema aer conditionat.
Diagrama a fost întocmită de omul de știință intern Ramzin (1918) și este prezentată în Fig. 169.
Graficul este pentru medie presiunea atmosfericăР=745 mm Hg. Artă. și este în esență o izobară a echilibrului sistemului vapor - aer uscat.
Axele de coordonate ale diagramei J-d sunt rotite la un unghi de 135 0. În partea de jos există o linie înclinată pentru a determina presiunea parțială a vaporilor de apă Pn. Presiune parțială aer uscat
Diagrama de mai sus prezintă o curbă de saturație (=100%). Procesul de uscare din diagramă poate fi reprezentat doar deasupra acestei curbe. Pentru un punct arbitrar „A” pe diagrama Ramzin, pot fi determinați următorii parametri ai aerului:
Fig. 169.
Diagrama J-d conditii de aer umed.
Statica de uscare.
În procesul de uscare convectivă, de exemplu, cu aer, materialul umed interacționează și intră în contact cu un amestec de abur-aer, presiunea parțială a vaporilor de apă în care este . Umiditatea poate lăsa materialul sub formă de abur dacă presiunea parțială a aburului într-un strat limită subțire deasupra suprafeței materialului sau, după cum se spune, în materialul P m este mai mare.
Forța motrice procesul de uscare (Dalton, 1803)
(146)
În echilibru =0. Conținutul de umiditate al materialului corespunzător stării de echilibru se numește conținut de umiditate de echilibru (U p).
Să facem un experiment. In camera dulapului de uscare la o anumita temperatura (t=const) asezam o substanta absolut uscata perioadă lungă de timp. La un anumit nivel de aer din dulap, conținutul de umiditate al materialului va ajunge până la p. Prin schimbarea , puteți obține o curbă (izotermă) de absorbție a umidității de către material. Pe măsură ce scade, apare curba de desorbție.
Figura 170 prezintă curba de sorbție - desorbție a materialului umed (izotermă de echilibru).
Fig. 170. Izoterma de echilibru a materialului umed cu aerul.
1-regiune de material higroscopic, 2-punct higroscopic, 3-regiune de material umed, 4-regiune de sorbție, 5-regiune de desorbție, 6-regiune de uscare.
Există curbe de echilibru:
1. higroscopic
2. material nehigroscopic.
Izotermele sunt prezentate în Fig. 171.
Fig. 171. Izoterme de echilibru.
a) higroscopic, b) material nehigroscopic.
Umiditatea relativă în uscător și în atmosferă.
După uscare, la contactul cu aerul atmosferic, materialul higroscopic crește semnificativ conținutul de umiditate (Fig. 171 a) datorită absorbției umidității din aer. Prin urmare, după uscare, materialul higroscopic trebuie depozitat în condiții care să nu permită contactul cu aerul atmosferic (desicare, împachetare etc.).
Bilanțul material.
Un uscător tunel este de obicei folosit ca unul de antrenament, deoarece ea are vehicule sub formă de cărucioare (cărămizi de uscare, lemn etc.). Schema de instalare este prezentată în Fig. 172.
Fig. 172. Schema unui uscător tunel.
1 ventilator, 2 încălzire, 3 uscător, 4 cărucioare, 5 linie de reciclare a aerului evacuat.
Denumiri:
Debitul de aer și parametrii înainte de încălzitor, după acesta și după uscător.
Orez. 1. Afișarea proceselor de tratare a aerului pe o diagramă d-h
Orez. 2. Imagine pe diagrama d-h a parametrilor aerului în timpul climatizării
Termeni și definiții de bază
Aerul atmosferic este un amestec nestratificat de gaze (N2, O2, Ar, CO2 etc.), care se numește aer uscat și vapori de apă. Starea aerului se caracterizează prin: temperatura t [°C] sau T [K], presiunea barometrică pb [Pa], pabs absolute = pb + 1 [bar] sau ppar parțial, densitatea ρ [kg/m3], entalpia specifică (conținut de căldură) h [kJ/kg]. Starea de umiditate din aerul atmosferic se caracterizează prin umiditate absolută D [kg], umiditate relativă ϕ [%] sau conținut de umiditate d [g/kg]. aerul atmosferic pb este suma presiunilor parțiale ale aerului uscat pc și vaporilor de apă pp (legea lui Dalton):
rb = rs + rp. (1)
Dacă gazele pot fi amestecate în orice cantitate, atunci aerul poate găzdui doar o anumită cantitate de vapori de apă, deoarece presiunea parțială a vaporilor de apă ppv din amestec nu poate fi mai mare decât presiunea parțială de saturație pH a acestor vapori la o anumită temperatură. Existența unei presiuni parțiale de saturație limitatoare se manifestă prin faptul că toți vaporii de apă în exces peste această cantitate se condensează.
În acest caz, umezeala poate cădea sub formă de picături de apă, cristale de gheață, ceață sau îngheț. Conținutul cel mai scăzut umiditatea din aer poate fi redusă la zero (la temperaturi scăzute), iar maximul este de aproximativ 3% în masă sau 4% în volum. Umiditate absolută D - cantitatea de abur [kg] conținută într-un metru cub de aer umed:
unde Mn este masa aburului, kg; L este volumul de aer umed, m3 În calculele practice, conținutul de umiditate este luat ca unitate de măsură care caracterizează conținutul de vapori în aer umed. Conținutul de umiditate al aerului umed d - cantitatea de abur conținută într-un volum de aer umed format din 1 kg de aer uscat și MW [g] abur:
d = 1000(Mp/Mc), (3)
unde Mc este masa părții uscate a aerului umed, kg. Umiditatea relativă ϕ sau gradul de umiditate, sau indicatorul higrometric, este raportul dintre presiunea parțială a vaporilor de apă și presiunea parțială a vaporilor saturați, exprimat ca procent:
ϕ = (рп/рн)100% ≈ (d/dп)100%. (4)
Umiditatea relativă poate fi determinată prin măsurarea vitezei de evaporare a apei. Desigur, cu cât umiditatea este mai mică, cu atât va avea loc evaporarea umidității mai activă. Dacă înfășurați un termometru cu o cârpă umedă, citirile termometrului vor scădea față de un termometru uscat. Diferența de temperatură între termometrele uscate și cele umede dă o anumită valoare pentru gradul de umiditate din aerul atmosferic.
Capacitatea termică specifică a aerului c este cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi 1 kg de aer cu 1 K. Capacitatea termică specifică a aerului uscat la presiune constantă depinde de temperatură, totuși, pentru calculele practice ale sistemelor SCR, capacitatea termică specifică a aerului uscat și umed este:
ss.v = 1 kJ/(kg⋅K) = 0,24 kcal/(kg⋅K) = 0,28 W/(kg⋅K), (5)
Capacitatea termică specifică a vaporilor de apă cp se consideră egală cu:
cn = 1,86 kJ/(kg⋅K) = 0,44 kcal/(kg⋅K) = 0,52 W/(kg⋅K), (6)
Căldura uscată sau sensibilă este căldura care este adăugată sau îndepărtată din aer fără schimbare starea de agregare abur (schimbări de temperatură). Căldura latentă este căldura utilizată pentru a schimba starea agregată a aburului fără modificarea temperaturii (de exemplu, uscarea Entalpia (conținutul de căldură) al aerului umed hv.v este cantitatea de căldură conținută într-un volum de aer umed, partea uscată). din care cântărește 1 kg.
În caz contrar, aceasta este cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi de la zero la o anumită temperatură o astfel de cantitate de aer, a cărei parte uscată este egală cu 1 kg. De obicei, entalpia specifică a aerului este considerată h = 0 la temperatura aerului t = 0 și conținutul de umiditate d = 0. Entalpia aerului uscat hc.b este egală cu:
hc.в = ct = 1,006t [kJ/kg], (7)
unde c este capacitatea termică specifică a aerului, kJ/(kg⋅K) Entalpia a 1 kg de vapori de apă este egală cu:
hv.p = 2500 + 1,86 t [kJ/kg], (8)
unde 2500 este căldura latentă de evaporare a 1 kg de apă la o temperatură de zero grade, kJ/kg; 1,86 este capacitatea termică a vaporilor de apă, kJ/(kg⋅K) La temperatura aerului umed t și conținutul de umiditate d, entalpia aerului umed este egală cu:
hv.v = 1,006t + (2500 +1,86t)×(d/1000) [kJ/kg], unde d = (ϕ/1000)dn [g/kg], (9)
Capacitatea de încălzire și răcire Q a unui sistem de aer condiționat poate fi determinată prin formula:
Q = m(h2 - h1) [kJ/h], (10)
unde m este debitul de aer, kg; h1, h2 sunt entalpiile inițiale și finale ale aerului. Dacă aerul umed este răcit în timp ce se menține un conținut constant de umiditate, entalpia și temperatura vor scădea, iar umiditatea relativă va crește. Va veni un moment în care aerul devine saturat și umiditatea sa relativă este de 100%. În același timp, umiditatea va începe să se evapore din aer sub formă de condensare de rouă-abur.
Această temperatură se numește punct de rouă. Temperatura punctului de rouă pentru diferite temperaturi ale aerului uscat și umiditatea relativă este dată în tabel. 1. Punctul de roua este limita posibilei raciri a aerului umed cu continut constant de umiditate. Pentru a determina punctul de rouă, este necesar să se găsească temperatura la care conținutul de umiditate al aerului d va fi egal cu capacitatea sa de umiditate dн.
Construcția grafică a proceselor de tratare a aerului
Pentru a facilita calculele, ecuația pentru conținutul de căldură al aerului umed este prezentată sub forma unui grafic numit diagramă d-h (în literatura tehnică se folosește uneori termenul de diagramă i-d În 1918, profesorul Universității din Sankt Petersburg L.K. Ramzin a propus o diagramă d-h, care reflectă clar relația dintre parametrii aerului umed t, d, h, ϕ la o anumită presiune atmosferică pb.
Cu ajutorul unei diagrame d-h, metoda grafică este utilizată pentru rezolvarea simplă a problemelor, a căror soluție analitică necesită calcule, deși simple, dar minuțioase. În literatura tehnică există diverse interpretări ale acestei diagrame, care au diferențe minore față de diagrama Ramzin d-h.
Acestea sunt, de exemplu, diagrama Mollier, diagrama Carrier publicată de Societatea Americană de Încălzire, Refrigerare și Aer condiționat (ASHRAE) și diagrama Asociației Franceze a Inginerilor de Climatizare, Ventilare și Refrigerare (AICVF). Ultima diagramă este foarte precisă și este imprimată în trei culori.
Cu toate acestea, în țara noastră, diagrama Ramzin, de regulă, a fost larg răspândită și este utilizată în prezent. Este disponibil în multe manuale și este folosit de organizațiile de proiectare. Prin urmare, am luat-o și ca bază (Fig. 1) Această diagramă Ramzin d-h a fost construită într-un sistem de coordonate oblic. Valorile entalpiei h sunt reprezentate de-a lungul axei ordonatelor, iar conținutul de umiditate d este reprezentat de-a lungul axei absciselor, situată la un unghi de 135 ° față de axa ordonatelor. Originea (punctul 0) corespunde valorilor h = d = 0.
Sub punctul 0 se depun valori negative ale entalpiei, deasupra - cele pozitive. Pe grila astfel obținută se construiesc linii de izoterme t = const, linii de umiditate relativă constantă ϕ = const, presiune parțială a vaporilor de apă și conținut de umiditate. Curba inferioară ϕ = 100% caracterizează starea saturată a aerului și se numește curbă la limită. Pe măsură ce presiunea barometrică crește, linia de saturație se deplasează în sus, iar pe măsură ce presiunea scade, aceasta se deplasează în jos.
Astfel, atunci când se efectuează calcule pentru SCV-urile situate în zona Kiev, este necesar să se folosească o diagramă cu presiunea barometrică pb = 745 mm Hg. Artă. = 99 kPa. Pe diagrama d-h, aria situată deasupra curbei limită (ϕ = 100%) este aria aburului nesaturat, iar zona de sub curba limită este aer umed suprasaturat.
În această regiune, aerul saturat conține umiditate în fază lichidă sau solidă. De regulă, această stare a aerului este instabilă, astfel încât procesele din ea nu sunt luate în considerare pe diagrama d-h. Pe o diagramă d-h, fiecare punct deasupra curbei limită reflectă o anumită stare a aerului (temperatura, conținutul de umiditate, umiditatea relativă, entalpia, presiunea parțială a vaporilor de apă).
Dacă aerul este supus unui proces termodinamic, atunci trecerea sa de la o stare (punctul A) la alta (punctul B) corespunde liniei A-B pe diagrama d-h. În general, aceasta este o linie curbă. Cu toate acestea, ne interesează doar stările inițiale și finale ale aerului, iar stările intermediare nu sunt importante, așa că o linie poate fi reprezentată ca o linie dreaptă care leagă stările inițiale și finale ale aerului.
Pentru a determina un punct pe o diagramă d-h corespunzător unei anumite stări a aerului, este suficient să cunoaștem doi parametri independenți unul de celălalt. Punctul dorit este situat la intersecția liniilor corespunzătoare acestor parametri. Prin trasarea perpendicularelor pe liniile pe care sunt trasați alți parametri, se determină valorile acestora. Temperatura punctului de rouă este de asemenea determinată pe diagrama d-h.
Deoarece temperatura punctului de rouă este cea mai scăzută temperatură la care aerul poate fi răcit la un conținut constant de umiditate, pentru a găsi punctul de rouă este suficient să trasăm linia d = const până la intersecția cu curba ϕ = 100%. Punctul de intersecție al acestor linii este punctul de rouă, iar temperatura corespunzătoare este temperatura punctului de rouă. Folosind o diagramă d-h, puteți determina temperatura aerului folosind un termometru cu bulb umed.
Pentru a face acest lucru, dintr-un punct cu parametrii de aer dați desenăm o isenthalpe (h = const) până când se intersectează cu dreapta ϕ = 100%. Temperatura corespunzătoare intersecției acestor linii este temperatura bulbului umed. Documentația tehnică pentru aparatele de aer condiționat precizează condițiile în care s-a măsurat capacitatea nominală de răcire. De obicei, aceasta este temperatura bulbului uscat și umed, corespunzătoare unei umidități relative de 50%.
Proces de încălzire a aerului
Când aerul este încălzit, trece linia de proces termodinamică drept A-B cu umiditate constantă (d = const). Temperatura aerului și entalpia cresc, iar umiditatea relativă scade. Consumul de căldură pentru încălzirea aerului este egal cu diferența dintre entalpiile stării finale și inițiale ale aerului.
Proces de răcire cu aer
Procesul de răcire cu aer pe diagrama d-h este reflectat de o linie dreaptă îndreptată vertical în jos (dreaptă A-C). Calculul se efectuează în mod similar cu procesul de încălzire. Cu toate acestea, dacă linia de răcire coboară sub linia de saturație, atunci va urma procesul de răcire drept A-C iar apoi de-a lungul liniei ϕ = 100% de la punctul C1 la punctul C2. Parametrii punctului C2: d = 4,0 g/kg, t = 0,5 °C.
Procesul de uscare a aerului umed
Uscarea aerului umed de către absorbanți fără modificarea conținutului de căldură (fără îndepărtarea sau alimentarea căldurii) are loc de-a lungul liniei drepte h = const, adică de-a lungul drept A-D, îndreptat în sus și la stânga (drept A-D1). În același timp, conținutul de umiditate și umiditatea relativă scad, iar temperatura aerului crește, deoarece În timpul procesului de absorbție, aburul se condensează pe suprafața absorbantului, iar căldura latentă eliberată de abur se transformă în căldură sensibilă. Limita acestui proces este punctul de intersecție al dreptei h = const cu ordonata d = 0 (punctul D1). Aerul în acest moment este complet lipsit de umiditate.
Umidificare și răcire adiabatică a aerului
Umidificare și răcire adiabatică (fără schimb de căldură c mediu extern) pe diagrama d-h din starea inițială (punctul N) este reflectată de o dreaptă îndreptată în jos h = const (punctul K). Procesul are loc atunci când aerul intră în contact cu apa, circulând constant într-un ciclu reversibil. În același timp, temperatura aerului scade, conținutul de umiditate și umiditatea relativă cresc.
Limita procesului este punctul de pe curba ϕ = 100%, care este temperatura bulbului umed. În același timp, apa în recirculare trebuie să atingă aceeași temperatură. Totuși, în SCR real în timpul proceselor adiabatice de răcire și umidificare a aerului, punctul ϕ = 100% nu este oarecum atins.
Amestecarea aerului cu diferiți parametri
Pe diagrama d-h, parametrii aerului amestecat (cu parametrii corespunzători punctelor (X și Y)) pot fi obținuți după cum urmează. Conectăm punctele X și Y cu o linie dreaptă. Parametrii aerului mixt se află pe această linie dreaptă. iar punctul Z îl împarte în segmente invers proporționale cu masa de aer din fiecare componente. Dacă notăm proporția amestecului n = Gx/Gy, atunci astfel încât drept X-Y pentru a găsi punctul Z, trebuie să împărțiți linia dreaptă X-Y în numărul de părți n + 1 și din punctul X lăsați deoparte un segment egal cu o parte.
Punctul de amestec va fi întotdeauna mai aproape de parametrii aerului a cărui parte uscată are o masă mai mare. La amestecarea a două volume de aer nesaturat cu stări corespunzătoare punctelor X1 și Y1, se poate întâmpla ca linia dreaptă X1-Y1 să intersecteze curba de saturație ϕ = 100% și punctul Z1 să ajungă în regiunea de formare a ceții. Această poziție a punctului de amestec Z2 arată că, în urma amestecării, umezeala va cădea din aer.
În acest caz, punctul de amestec Z1 va intra într-o stare mai stabilă pe curba de saturație ϕ = 100% în punctul Z2 de-a lungul isentalpului. În acest caz, pentru fiecare kilogram de amestec dZ1 - dZ2 cad grame de umiditate.
Panta pe diagrama d-h
Atitudine:
ε = (h2 - h1)/(d2 - d1) = Δh/Δd (11)
determină în mod unic natura procesului de schimbare a aerului umed. În plus, valorile lui Δh și Δd pot avea semnul „+” sau „-” sau pot fi egale cu zero. Mărimea ε se numește raportul căldură-umiditate al procesului de schimbare a aerului umed, iar atunci când procesul este reprezentat printr-o rază pe o diagramă d-h, se numește coeficient unghiular:
ε = 1000(Δh/Δd) = ±(Qg/Mv), kJ/kg,(12)
Astfel, coeficientul unghiular este egal cu raportul dintre excesul de căldură și masa de umiditate eliberată. Coeficientul unghiular este reprezentat prin segmente de rază pe cadrul de câmp al diagramei d-h (scara coeficienților unghiulari). Deci, pentru a determina panta proces X-Z este necesar să se tragă o linie dreaptă paralelă cu linia procesului X-Z de la punctul 0 (pe scara temperaturii) până la scara coeficienților unghiulari. În acest caz linia O-N va indica o pantă egală cu 9000 kJ/kg.
Modelul termodinamic al SCR
Procesul de preparare a aerului înainte de alimentarea acestuia într-o încăpere condiționată constituie un set de operații tehnologice și se numește tehnologie de climatizare. Tehnologia de tratare termică și umiditate a aerului condiționat este determinată de parametrii inițiali ai aerului furnizat aparatului de aer condiționat și de parametrii necesari (setati) ai aerului din încăpere.
Pentru selectarea metodelor de tratare a aerului se construiește o diagramă d-h, care permite, având în vedere anumite date inițiale, să se găsească o tehnologie care să asigure că parametrii de aer specificați în încăperea deservită sunt obținute cu un consum minim de energie, apă, aer etc. Afișaj grafic procesele de tratare a aerului pe diagrama d-h se numește modelul termodinamic al sistemului de aer condiționat (TDM).
Parametrii aerului exterior furnizat aparatului de aer condiționat pentru prelucrarea ulterioară variază pe parcursul anului și al zilei într-o gamă largă. Prin urmare, putem vorbi despre aerul exterior ca o funcție multidimensională Xн = хн(t). În consecință, setul de parametri ai aerului de alimentare este o funcție multidimensională Xpr = xpr(t), iar în camera deservită Xpom = xpom(t) (parametrii din zona de lucru).
Un proces tehnologic este o descriere analitică sau grafică a procesului de mișcare a unei funcții multidimensionale Xn către Xpr și ulterior către Xpom. Rețineți că starea variabilă a sistemului x(ϕ) se referă la indicatorii generalizați ai sistemului în diferite puncte din spațiu și în momente diferite. Un model termodinamic al mișcării funcției Xn la Xpom este construit pe o diagramă d-h, iar apoi se determină un algoritm de procesare a aerului, echipamentul necesar și o metodă pentru reglarea automată a parametrilor aerului.
Construcția unui TDM începe prin reprezentarea grafică a stării aerului exterior al unui anumit punct geografic. Suprafața calculată a condițiilor posibile de aer exterior este acceptată conform SNiP 2.04.05-91 (parametrii B). Limita superioară este izoterma tl și isenthalpe hl (parametri limită ai perioadei calde a anului). Limită inferioară este izoterma tzm și isenthalpe hzm (parametri limitativi ai perioadelor reci și de tranziție ale anului).
Valorile limită ale umidității relative a aerului exterior sunt luate pe baza rezultatelor observațiilor meteorologice. În lipsa datelor, se acceptă un interval de la 20 la 100% Astfel, funcția multidimensională a posibililor parametri ai aerului exterior este cuprinsă în poligonul abcdefg (Fig. 2). Apoi valoarea necesară (calculată) a aerului condiționat din cameră sau din zona de lucru este reprezentată pe diagrama d-h.
Acesta poate fi un punct (aer condiționat de precizie) sau o zonă de lucru P1P2P3P4 (aer condiționat confort). În continuare, se determină coeficientul unghiular de modificare a parametrilor aerului în încăperea ε și se trasează linii de proces prin punctele limită ale zonei de lucru. În absența datelor despre procesul de căldură-umiditate în încăpere, acesta poate fi luat aproximativ în kJ/kg: întreprinderi comerciale și catering- 8500-10000; auditorii - 8500-10000; apartamente - 15000-17000; spatiu birouri - 17.000-20.000.
După aceasta, se construiește o zonă de parametri ai aerului de alimentare. Pentru a face acest lucru, pe liniile ε trasate din punctele de limită ale zonei Р1Р2Р3Р4, sunt trasate segmentele corespunzătoare diferenței de temperatură calculate:
Δt = tpom - tpr, (13)
unde tpr este temperatura de proiectare a aerului de alimentare. Rezolvarea problemei se reduce la conversia parametrilor de aer din funcția multidimensională Xn în funcția Xpom. Valoarea lui Δt este luată conform standardelor sau calculată pe baza parametrilor sistemului de refrigerare. De exemplu, atunci când utilizați apă ca lichid de răcire, temperatura finală a apei din camera de irigare tw va fi:
tw = t2 + Δt1 + Δt2 + Δt3, (14)
unde t1 este temperatura apei la ieșirea răcitorului (5-7 °C); Δt1 — creșterea temperaturii apei în conducta de la răcitor la schimbătorul de căldură cu apă al aparatului de aer condiționat (1 °C); Δt2 — încălzirea apei în camera de irigare (2-3 °C); Δt3 - încălzirea apei datorită coeficientului de bypass (1°C). Astfel, temperatura apei în contact cu aerul va fi tw = 9-12 °C. În practică, umiditatea aerului atinge o valoare de cel mult ϕ = 95%, care crește tw la 10-13 °C. Temperatura aerului de alimentare va fi:
tw = t2 + Δt2 + Δt3 + Δt4, (15)
unde Δt4 este încălzirea aerului în ventilator (1-2 °C); Δt5 - încălzirea aerului în conducta de aer de alimentare (1-2 °C). Astfel, temperatura aerului de alimentare va fi de 12-17 °C. Diferența de temperatură admisă între evacuarea și aerul de alimentare Δt pentru spațiile industriale este de 6-9 °C, pentru zonele de vânzare - 4-10 °C și pentru o înălțime a încăperii mai mare de 3 m - 12-14 °C.
În general, parametrii aerului scos din încăpere diferă de parametrii aerului din zona de lucru. Diferența dintre ele depinde de metoda de alimentare cu aer în cameră, de înălțimea camerei, de frecvența schimbului de aer și de alți factori. Zonele U, P și P de pe diagrama d-h au aceeași formă și sunt situate de-a lungul liniei ε la distanțe corespunzătoare diferențelor de temperatură: Δt1 = troom - tpr și Δt2 = tsp - troom. Relația dintre tpr, tpom și t este estimată prin coeficientul:
m1 = (tpom - tpr)/(tsp - tpr) = (hpom - hpr)/(hsp - hpr),(16)
Astfel, procesul de climatizare se reduce la aducerea unui set de parametri ai aerului exterior (poligonul abcdef) la un set acceptabil de parametri ai aerului de alimentare (poligonul P1P2P3P4) La proiectarea, de regulă, electronică diagrame d-h, ale căror versiuni diferite pot fi găsite pe Internet.
Una dintre cele mai comune diagrame este diagrama dezvoltată de Daichi (Moscova), www.daichi.ru. Folosind această diagramă, puteți găsi parametrii aerului umed la diferite presiuni barometrice, puteți construi linii de proces, puteți determina parametrii unui amestec de două fluxuri de aer etc. Implementarea tehnică a acestei transformări poate fi reprezentată de diverse diagrame structurale SCR: flux direct, cu recirculare a aerului sau recuperare de căldură, despre care se va discuta în numerele ulterioare ale revistei noastre.
Aerul atmosferic conține întotdeauna o anumită cantitate de umiditate sub formă de vapori de apă. Acest amestec de aer uscat și vapori de apă se numește aer umed. Pe lângă vaporii de apă, aerul umed poate conține picături mici de apă (sub formă de ceață) sau cristale de gheață (zăpadă, ceață de gheață). Vaporii de apă din aerul umed pot fi saturati sau supraîncălziți. Se numește un amestec de aer uscat și vapori de apă saturati bogat aer umed. Se numește un amestec de aer uscat și vapori de apă supraîncălziți nesaturat aer umed. La presiuni joase (aproape de atmosferice), cu suficientă precizie pentru calculele tehnice, atât aerul uscat, cât și vaporii de apă pot fi considerați gaze ideale. La calcularea proceselor cu aer umed, se ia în considerare de obicei 1 kg de aer uscat. Variabila este cantitatea de abur conținută în amestec. Prin urmare, toate valorile specifice care caracterizează aerul umed se referă la 1 kg de aer uscat (și nu la amestec).
Proprietățile termodinamice ale aerului umed se caracterizează prin următorii parametri de stare: temperatura bulbului uscat t c; conţinutul de umiditate d, entalpia I, umiditatea relativă φ. În plus, în calcule sunt utilizați și alți parametri: temperatura termometrului umed t m, temperatura punctului de rouă t p, densitatea aerului ρ, umiditatea absolută e, presiunea parțială a vaporilor de apă p p.
Temperatura − mărime termodinamică care determină gradul de încălzire al unui corp. În prezent, sunt utilizate diferite scări de temperatură: Celsius (t, ºС), Kelvin (T, K), Fahrenheit (f, ºF), etc. Relațiile dintre citirile pe aceste scale sunt determinate de următoarele ecuații:
T K = t ºС +273,
t ºС = 5/9 (f ºF − 32),
f ºF = 9/5 t ºС +32.
Presiune aerul atmosferic p b (Pa) este egal cu suma presiunilor parțiale ale aerului uscat p s.v și vaporilor de apă p p (legea lui Dalton):
r b = r s.v + r p (1)
Presiunea parțială a vaporilor de apă în aerul atmosferic este determinată de formula:
r n = φ·r n, (2)
unde φ este umiditatea relativă a aerului, % р n este presiunea de saturație, determinată din tabele de vapori de apă saturați la temperatura corespunzătoare, Pa.
Densitate aerul atmosferic este egal cu suma densităților aerului uscat și vaporilor de apă:
ρ = ρ s.v + ρ p. (3)
Aplicând ecuația de stare a unui gaz ideal: , obținem:
(4)
unde R d.v = 287 J/(kg K) este constanta specifică a gazului aerului uscat;
R p = 463 J/(kg K) – constanta specifică de gaz a vaporilor de apă.
La presiunea atmosferică p b = 101,325 kPa, densitatea aerului uscat este egală cu:
. (5)
La t = 0 ºС și p b = 101,325 kPa, densitatea aerului uscat este ρ d.v = 1,293 kg/m 3.
Densitatea aerului atmosferic este egală cu:
. (6)
Din ecuația (6) este clar că aerul atmosferic (umed) este mai ușor decât aerul uscat la aceleași temperaturi și presiuni, iar o creștere a conținutului de vapori de apă din aer reduce densitatea acestuia. Deoarece diferența dintre valorile ρ r.v și ρ este nesemnificativă, în calculele practice ei iau ρ ≈ ρ r.v.
Umiditate. Există umiditate absolută, conținut de umiditate și umiditate relativă.
Umiditate absolută e este masa vaporilor de apă (kg) conținută în 1 m3 de aer umed. Umiditatea absolută poate fi exprimată ca densitatea vaporilor unui amestec la presiunea parțială și temperatura amestecului și este determinată de formula:
. (7)
Umiditatea absolută maximă posibilă corespunde stării de saturație și se numește capacitatea de umiditate.
Folosind ecuația de stare a gazelor ideale, obținem:
Umiditatea relativăφ este egal cu raportul umiditate absolută aerul ρ p la umiditatea absolută maximă posibilă ρ n (capacitatea de umiditate) la o temperatură dată. Arată gradul de saturație a aerului cu vapori de apă în raport cu starea de saturație completă. Pentru gazele ideale, raportul de densitate poate fi înlocuit cu raportul presiunilor parțiale ale componentelor.
Umiditatea relativă este determinată de formula:
. (10)
La φ< 100% воздух ненасыщенный, при φ = 100% воздух полностью насыщен водяными парами, и его называют насыщенным.
Gradul de saturație a aeruluiΨ este raportul dintre conținutul de umiditate al aerului nesaturat și al aerului saturat și este determinat de formula:
. (11)
Capacitate termica aerul umed se referă de obicei la (1 + d) kg de aer umed și este determinat de formula:
s in = s s.v + d s p, (12)
unde s.v și s.p sunt capacitatea termică specifică la presiune constantă a aerului uscat și respectiv vaporilor de apă, kJ/(kg K).
Pentru intervalul de temperatură de la minus 50 °C la 50 °C, capacitățile termice specifice ale aerului uscat și aburului pot fi considerate constante: c.v = 1,006 kJ/(kg K), c p = 1,86 kJ/(kg K).
Entalpie aerul umed este definit ca entalpia unui amestec gazos format din 1 kg de aer uscat și d kg de vapori de apă și este determinat prin formula:
I = i s.v + d i p (13)
unde i s.v este entalpia specifică a aerului uscat, kJ/kg; i p este entalpia specifică a vaporilor de apă conținută în aerul umed kJ/kg.
Entalpiile aerului uscat și vaporilor de apă sunt determinate de formulele:
i s.v = s.v ·t = 1,006·t, (14)
i p = r + c p ·t. (15)
unde r este căldura latentă de vaporizare la presiunea parțială a vaporilor de apă din amestec, kJ/kg.
Căldura latentă de vaporizare r pentru valorile tH de la 0 °C la 100 °C poate fi exprimată prin formula:
r = 2500 − 2,3 t n.
Când se calculează entalpia amestecurilor, este întotdeauna foarte important să existe același punct de referință pentru entalpiile fiecărei componente. Să luăm ca punct de referință entalpia la t = 0 ºС și d = 0. Pentru aerul atmosferic, entalpia determină cantitatea de căldură care trebuie furnizată aerului, a cărei parte uscată are o masă de 1 kg, pentru să-și schimbe starea față de cea inițială (I = 0 kJ/kg ) înainte de aceasta. Entalpia poate fi pozitivă sau negativă.
Înlocuirea relațiilor obținute în formula (13) duce la forma:
Temperatura punctului de rouă t p− aceasta este temperatura aerului la care este necesar să se răcească aerul umed nesaturat pentru ca aburul supraîncălzit conținut în acesta să devină saturat. Odată cu răcirea suplimentară a aerului umed (sub temperatura punctului de rouă), vaporii de apă se condensează.
Temperatura bulbului umed. Un instrument numit psicrometru este adesea folosit pentru a măsura umiditatea. Este format din două termometre - uscat și umed. Un termometru umed se caracterizează prin faptul că elementul sensibil este învelit într-o cârpă umezită cu apă. Un termometru uscat arată temperatura aerului umed se numesc citirile sale temperatura bulbului uscat t s. Un termometru umed arată temperatura apei conținute în materialul umed. Când aerul este suflat pe un termometru umed, apa se evaporă de pe suprafața materialului umed. Deoarece căldura de vaporizare este cheltuită pentru evaporarea umidității, temperatura țesăturii umede va scădea, astfel încât un astfel de termometru arată întotdeauna mai mult temperatură scăzută decât un termometru cu bulb uscat. Când există o diferență de temperatură între aer și apă, are loc un flux de căldură de la aer la apă. Când căldura primită de apă din aer devine egală cu căldura consumată la evaporare, creșterea temperaturii apei se oprește. Această temperatură de echilibru se numește temperatura bulbului umed t m . Dacă apa intră într-un anumit volum de aer la o temperatură t m, atunci datorită evaporării unei părți din această apă, după un timp aerul devine saturat. Acest proces de saturație se numește adiabatic. În aceste condiții, toată căldura furnizată din aer către apă este cheltuită doar prin evaporare, iar apoi se întoarce cu aburul înapoi în aer.
Diagrama I-d a aerului umed
Diagrama aerului umed oferă o reprezentare grafică a relației dintre parametrii aerului umed și este cea principală pentru determinarea parametrilor stării aerului și calcularea proceselor de tratament termic și umiditate.
ÎN Diagrama I-d(Fig. 2) axa absciselor arată conținutul de umiditate d g/kg de aer uscat, iar axa ordonatelor arată entalpia I a aerului umed. Diagrama prezintă linii drepte verticale cu conținut constant de umiditate (d = const). Punctul O este luat ca punct de plecare, la care t = 0 °C, d = 0 g/kg și, prin urmare, I = 0 kJ/kg. La construirea diagramei, a fost folosit un sistem de coordonate oblic pentru a crește aria aerului nesaturat. Unghiul dintre direcția axelor este de 135° sau 150°. Pentru ușurință în utilizare, o axă condiționată a conținutului de umiditate este desenată la un unghi de 90º față de axa entalpie. Diagrama este reprezentată pentru presiunea barometrică constantă. Utilizați diagrame I-d construite pentru presiunea atmosferică p b = 99,3 kPa (745 mm Hg) și presiunea atmosferică p b = 101,3 kPa (760 mm Hg).
Diagrama prezintă izotermele (t c = const) și curbele de umiditate relativă (φ = const). Ecuația (16) arată că izotermele din diagrama I-d sunt drepte. Întregul câmp al diagramei este împărțit în două părți prin linia φ = 100%. Deasupra acestei linii este o zonă de aer nesaturat. Pe linia φ = 100% sunt parametrii aerului saturat. Sub această linie se află parametrii stării aerului saturat care conține umiditate în picături în suspensie (ceață).
Pentru comoditatea muncii, în partea inferioară a diagramei este reprezentată o linie de presiune parțială a vaporilor de apă p p pe conținutul de umiditate d. Scara de presiune este situată în partea dreaptă a diagramei. Fiecare punct de pe diagrama I-d corespunde unei anumite stări de aer umed.
Determinarea parametrilor aerului umed folosind diagrama I-d. Metoda de determinare a parametrilor este prezentată în Fig. 2. Poziția punctului A este determinată de doi parametri, de exemplu, temperatura t A și umiditatea relativă φ A. Determinăm grafic: temperatura termometrului uscat t c, conținutul de umiditate d A, entalpia I A. Temperatura punctului de rouă t p este definită ca temperatura punctului de intersecție al dreptei d A = const cu dreapta φ = 100% (punctul P). Parametrii aerului în stare de saturație completă cu umiditate se determină la intersecția izotermei t A cu linia φ = 100% (punctul H).
Procesul de umidificare a aerului fără furnizarea sau îndepărtarea căldurii va avea loc la o entalpie constantă I A = const ( Procesul A-M). La intersecția dreptei I A = const cu dreapta φ = 100% (punctul M), găsim temperatura termometrului umed t m (linia entalpiei constante coincide practic cu izoterma
t m = const). În aerul nesaturat, umed, temperatura bulbului umed este mai mică decât temperatura bulbului uscat.
Găsim presiunea parțială a vaporilor de apă p P trasând o linie d A = const din punctul A până se intersectează cu linia presiunii parțiale.
Diferența de temperatură t c – t m = Δt ps se numește psihrometrică, iar diferența de temperatură t c – t p higrometrică.
