После прочтения данной статьи, рекомендую прочитать статью про энтальпию, скрытую холодопроизводительность и определение количества конденсата, образующегося в системах кондиционирования и осушения: http://mrcynognathus.livejournal.com/7758.html
Доброго времени суток уважаемые начинающие коллеги!
В самом начале своего профессионального пути я наткнулся на данную диаграмму. При первом взгляде она может показаться страшноватой, но если разобраться в главных принципах, по которым она работает, то можно её и полюбить :D. В быту она называется и-д диаграмма.
В данной статье я попытаюсь просто(на пальцах) объяснить основные моменты, чтобы вы потом отталкиваясь от полученного фундамента самостоятельно углубились в данную паутину характеристик воздуха.
Примерно так она выглядит в учебниках. Как-то жутковато становится.
(для увеличения рисунка необходимо щелкнуть и потом еще раз щелкнуть по нему)
Я уберу все то лишнее, что не будет мне нужным для моего объяснения и представлю и-д диаграмму в таком виде:
(для увеличения рисунка необходимо щелкнуть и потом еще раз щелкнуть по нему)
Все равно еще не совсем понятно, что это такое. Разберем её на 4 элемента:
Первый элемент – влагосодержание (D или d). Но прежде чем я начну разговор об влажности воздуха в целом, я бы хотел кое о чем с вами договориться.
Давайте договоримся “на берегу” сразу об одном понятии. Избавимся от одного прочно засевшего в нас (по крайней мере, в меня) стереотипа о том, что такое пар. С самого детства мне показывали на кипящую кастрюлю или чайник и говорили, тыкая пальцем на валящий из сосуда “дым”: “ Смотри! Вот это пар”. Но как многие, дружащие с физикой люди, мы должны понимать, что “Водяной пар — газообразное состояние воды. Не имеет цвета, вкуса и запаха”. Это всего лишь, молекулы H2O в газообразном состоянии, которых не видно. А то что мы видим, валящее из чайника – это смесь воды в газообразном состоянии(пар) и “капелек воды в пограничном состоянии между жидкостью и газом”, вернее видим мы последнее (так же, с оговорками, можно назвать то что мы видим — туманом). В итоге мы получаем, что в данный момент, вокруг каждого из нас находится сухой воздух (смесь кислорода, азота…) и пар (H2O).
Так вот, влагосодержание говорит нам о том, сколько этого пара присутствует в воздухе. На большинстве и-д диаграмм данная величина измеряется в [г/кг], т.е. сколько грамм пара(H2O в газообразном состоянии) находится в одном килограмме воздуха (1 кубический метр воздуха в вашей квартире весит около 1,2 килограмма). В вашей квартире для комфортных условий в 1 килограмме воздуха должно быть 7-8 грамм пара.
На и-д диаграмме влагосодержание изображается вертикальными линиями, а информация о градации расположена в нижней части диаграммы:
(для увеличения рисунка необходимо щелкнуть и потом еще раз щелкнуть по нему)
Второй важный для понимания элемент – температура воздуха (T или t). Думаю здесь ничего объяснять не нужно. На большинстве и-д диаграмм данная величина измеряется в градусах Цельсия [°C]. На и-д диаграмме температура изображается наклонными линиями, а информация о градации расположена в левой части диаграммы:
(для увеличения рисунка необходимо щелкнуть и потом еще раз щелкнуть по нему)
Третий элемент ИД-диаграммы – относительная влажность (φ). Относительная влажность, это как раз та влажность, о которой мы слышим из телевизоров и радио, когда слушаем прогноз погоды. Измеряется она в процентах [%].
Возникает резонный вопрос: “Чем отличается относительная влажность от влагосодержания?” На данный вопрос я отвечу поэтапно:
Первый этап:
Воздух способен вмещать в себя определенное количество пара. У воздуха есть определенная “паровая грузоподъемность”. Например, в вашей комнате килограмм воздуха может “взять на свой борт” не больше 15 грамм пара.
Предположим, что в вашей комнате комфортно, и в каждом килограмме воздуха, находящегося в вашей комнате, имеется по 8 грамм пара, а вместить каждый килограмм воздуха в себя может по 15 грамм пара. В итоге мы получаем, что в воздухе находится 53,3% пара от максимально возможного, т.е. относительная влажность воздуха — 53,3%.
Второй этап:
Вместимость воздуха различна при разных температурах. Чем выше температура воздуха, тем больше пара он может в себя вместить, чем ниже температура, тем меньше вместимость.
Предположим, что мы нагрели воздух в вашей комнате обычным нагревателем с +20 градусов до +30 градусов, но при этом количество пара в каждом килограмме воздуха осталось прежним – по 8 грамм. При +30 градусах воздух может “взять себе на борт” до 27 грамм пара, в итоге в нашем нагретом воздухе – 29,6% пара от максимально возможного, т.е. относительная влажность воздуха — 29,6%.
Тоже самое и с охлаждением. Если мы охладим воздух до +11 градусов, то мы получим “грузоподъемность” равную 8,2 грамм пара на килограмм воздуха и относительную влажность равную 97,6%.
Заметим, что влаги в воздухе было одинаковое количество – 8 грамм, а относительная влажность прыгала от 29,6% до 97,6%. Происходило это из-за скачков температуры.
Когда вы зимой слышите о погоде по радио, где говорят, что на улице минус 20 градусов и влажность 80%, то это значит, что в воздухе около 0,3 граммов пара. Попадая к вам в квартиру этот воздух нагревается до +20 и относительная влажность такого воздуха становится равна 2%, а это очень сухой воздух (на самом деле в квартире зимой влажность держится на уровне 10-30% благодаря выделениям влаги из сан-узлов, из кухни и от людей, но что тоже ниже параметров комфорта).
Третий этап:
Что произойдет, если мы опустим температуру до такого уровня, когда “грузоподъемность” воздуха будет ниже, чем количество пара в воздухе? Например, до +5 градусов, где вместимость воздуха равна 5,5 грамм/килограмм. Та часть газообразного H2O, которая не умещается в “кузов” (у нас это 2,5 грамм), начнет превращаться в жидкость, т.е. в воду. В быту особенно хорошо виден этот процесс, когда запотевают окна в связи с тем, что температура стекол ниже, чем средняя температура в комнате, на столько что влаге становится мало места в воздухе и пар, превращаясь в жидкость, оседает на стеклах.
На и-д диаграмме относительная влажность изображается изогнутыми линиями, а информация о градации расположена на самих линиях:
(для увеличения рисунка необходимо щелкнуть и потом еще раз щелкнуть по нему)
Четвертый элемент ID диаграммы – энтальпия (I или i). В энтальпии заложена энергетическая составляющая тепловлажностного состояния воздуха. При дальнейшем изучении (за пределами этой статьи, например в моей статье про энтальпию http://mrcynognathus.livejournal.com/7758.html) стоит обратить на неё особое внимание, когда речь будет заходить об осушении и увлажнении воздуха. Но пока особого внимания на этом элементе мы заострять не будем. Измеряется энтальпия в [кДж/кг]. На и-д диаграмме энтальпия изображается наклонными линиями, а информация о градации расположена на самом графике (или слева и в верхней части диаграммы):
(для увеличения рисунка необходимо щелкнуть и потом еще раз щелкнуть по нему)
Дальше все просто! Пользоваться диаграммой легко! Возьмем, например, вашу комфортную комнату, в которой температура +20°С, и относительная влажность 50%. Находим пересечение этих двух линий (температуры и влажности) и смотрим сколько грамм пара в нашем воздухе.
Нагреваем воздух до +30°С — линия идет вверх, т.к. влаги в воздухе остается столько же, а увеличивается только температура, ставим точку, смотрим какая получается относительная влажность – получилось 27,5%.
Подпишись на мой
YouTube-канал FAN-tastiK — канал о проектировании Вентиляции, Кондиционирования и Отопления
Охлаждаем воздух до 5 градусов – опять же ведем вертикальную линию вниз, и в районе +9,5°С натыкаемся на линию 100% относительной влажности. Эта точка называется “точка росы” и в этой точке(теоретически, т.к. практически выпадение начинается чуть раньше) начинается выпадение конденсата. Ниже по вертикальной прямой(как раньше) мы не можем двигаться, т.к. в этой точке “грузоподъемность” воздуха при температуре +9,5°С максимальная. Но нам необходимо охладить воздух до +5°С поэтому мы продолжаем движение вдоль линии относительной влажности (изображено на рисунке ниже), пока не достигнем наклонной прямой линии +5°С. В итоге наша окончательная точка оказалась на пересечении линий температуры +5°С и линии относительной влажности 100%. Посмотрим сколько пара осталось в нашем воздухе – 5,4 грамма в одном килограмме воздуха. А остальные 2,6 грамма выделились. Наш воздух осушился.
(для увеличения рисунка необходимо щелкнуть и потом еще раз щелкнуть по нему)
Другие процессы, которые можно выполнять с воздухом с помощью различных приборов (осушение, охлаждение, увлажнение, нагрев…) можно найти в учебниках.
Помимо точки росы – еще одной важной точкой является “температура мокрого термометра”. Данная температура активно используется в расчете градирен. Грубо говоря, это та точка, до которой может упасть температура предмета, если мы этот предмет обернем в мокрую тряпку и интенсивно начнем на него “дуть”, например, с помощью вентилятора. По этому принципу работает система терморегуляции человека.
Как найти эту точку? Для этих целей нам понадобятся линии энтальпии. Снова возьмем нашу комфортную комнату, найдем точку пересечения линии температуры +20°С, и относительной влажности 50%. Из этой точки необходимо прочертить линию, параллельную линиям энтальпии до линии влажности 100%(как на рисунке ниже). Точка пересечения линии энтальпии и линии относительной влажности и будет являться точкой мокрого термометра. В нашем случае из этой точки мы можем узнать, что в нашей комнате, таким образом, мы можем охладить предмет до температуры +14°С.
(для увеличения рисунка необходимо щелкнуть и потом еще раз щелкнуть по нему)
Луч процесса(угловой коэффициент, тепловлажностное отношение, ε) строится для того чтобы определить изменение воздуха от одновременного выделения неким источником(-ами) тепла и влаги. Обычно этим источником является человек. Очевидная вещь, но понимание процессов и-д диаграммы поможет обнаружить возможную арифметическую ошибку, если таковая случилась. Например, если вы наносите луч на диаграмму и при обычных условиях и наличии людей у вас уменьшается влагосодержание или температура, то здесь стоит задуматься и проверить расчеты.
В данной статье многое упрощено для лучшего понимания диаграммы на начальной стадии её изучения. Более точную, более подробную и более научную информацию необходимо искать в учебной литературе.
P.S. В некоторых источниках I—d(i—d) диаграмму именуют J—d(j—d) диаграммой, h-d диаграммой, диаграммой Молье и диаграммой Рамзина.
P.P.S Так же, в моем журнале есть еще одна моя статья, посвященная энтальпии, скрытой холодопроизводительности и определению количества конденсата, образующегося в системах кондиционирования и осушения:
http://mrcynognathus.livejournal.com/7758.html
Влажный воздух – это смесь сухого воздуха c водяным паром. Свойства влажного воздуха характеризуются следующими основными параметрами: температура по сухому термометру t, барометрическое давление Pб, парциальное давление водяного пара Pп, относительная влажность φ, влагосодержание d, удельная энтальпия i, температура точки росы tр, температура мокрого термометра tм, плотность ρ.
i-d диаграмма представляет собой графическую зависимость между основными параметрами воздуха t, φ, d, i при определённом барометрическом давлении воздуха Pб и используется для визуализации результатов расчёта процессов обработки влажного воздуха.
i-d диаграмма впервые была составлена в 1918 году советским инженером-теплотехником Л. К. Рамзиным.
Диаграмма построена в косоугольной системе координат, что позволяет расширить область ненасыщенного влажного воздуха и делает диаграмму удобной для графических построений. По оси ординат диаграммы отложены значения удельной энтальпии i, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к оси i, отложены значения влагосодержания d. Поле диаграммы разбито линиями постоянных значений удельной энтальпии i=const и влагосодержания d=const. На диаграмму нанесены также линии постоянных значений температуры t=const, которые не параллельны между собой, а чем выше температура влажного воздуха, тем больше изотермы отклоняются вверх. На поле диаграммы нанесены также линии постоянных значений относительной влажности φ=const.
Относительной влажностью называется отношение парциального давления водяного пара, содержащегося во влажном воздухе заданного состояния, к парциальному давлению насыщенного водяного пара при той же температуре.
Влагосодержание – это масса водяного пара во влажном воздухе, приходящаяся на 1 кг массы сухой его части.
Удельная энтальпия – это количество теплоты, содержащееся во влажном воздухе при заданных температуре и давлении, отнесённое к 1 кг сухого воздуха.
i-d диаграмма кривой φ=100% разбита на две области. Вся область диаграммы, лежащая выше этой кривой, характеризует параметры ненасыщенного влажного воздуха, а ниже — область тумана.
Туман является двухфахной системой, состоящей из насыщенного влажного воздуха и взвешенной влаги в виде мельчайших капель воды или частичек льда.
Для расчёта параметров влажного воздуха и построения i-d диаграммы используются четыре основных уравнения:
1) Давление насыщенного водяного пара над плоской поверхностью воды (t > 0) или льда (t ≤ 0), кПа:
|
[1] (3.12) |
где αв, βв – постоянные для воды, αв = 17,504, βв = 241,2 °С
αл, βл – постоянные для льда, αл = 22,489, βл = 272,88 °С
2) Относительная влажность φ, %:
3) Влагосодержание d, г/кг с.в.:
где Pб — барометрическое давление, кПа
4) Удельная энтальпия влажного воздуха i, кДж/кг с.в.:
|
[3] 6 (32) |
Температура точки росы – это температура, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении постоянного влагосодержания.
Для отыскания температуры точки росы на i-d диаграмме через точку, характеризующую состояние воздуха, нужно провести линию d=const до пересечения с кривой φ=100%. Температура точки росы является предельной температурой, до которой можно охладить влажный воздух при постоянном влагосодержании без выпадения конденсата.
Температура мокрого термометра – это температура, которую принимает ненасыщенный влажный воздух с начальными параметрами i1 и d1 в результате адиабатного тепло- и массообмена с водой в жидком или твёрдом состоянии, имеющей постоянную температуру tв=tм после достижения им насыщенного состояния, удовлетворяющего равенству:
|
iн = i1 + (dн — d1) ·cв·tм |
[2] (4.21) |
где cв – удельная теплоёмкость воды, кДж/(кг·°C)
Разность iн — i1 обычно невелика, поэтому процесс адиабатного насыщения часто называют изоэнтальпийным, хотя в действительности iн = i1 только при tм = 0.
Для отыскания температуры мокрого термометра на i-d диаграмме через точку, характеризующую состояние воздуха, нужно провести линию постоянной энтальпии i=const до пересечения с кривой φ=100%.
Плотность влажного воздуха определяется по формуле, кг/м3:
|
[2] (4.25) |
где T – температура в градусах Кельвина
Количество теплоты, необходимое для нагревания воздуха, можно рассчитать по формуле, кВт:
Количество теплоты, отводимое от воздуха при охлаждении, кВт:
где i1, i2 – удельная энтальпия в начальной и конечной точках соответственно, кДж/кг с.в.
Gс – расход сухого воздуха, кг/с
где Gв – расход влажного воздуха, кг/с
d – влагосодержание, г/кг с.в.
Массу сконденсированной влаги вычисляют по формуле, кг/с:
где d1, d2 – влагосодержание в начальной и конечной точках соответственно, г/кг с.в.
При смешении двух потоков воздуха влагосодержание и удельную энтальпию смеси определяют по формулам:
| d3 = | Gс1 · d1 + Gс2 · d2 |
| Gс1 + Gс2 |
| i3 = | Gс1 · i1 + Gс2 · i2 |
| Gс1 + Gс2 |
На диаграмме точка смеси лежит на прямой 1-2 и делит её на отрезки, обратно пропорциональные смешиваемым количествам воздуха:
Возможен случай, когда точка смеси 3* окажется ниже линии φ=100%. В этом случае процесс смешения сопровождается конденсацией части содержащегося в смеси водяного пара и точка смеси 3 будет лежать на пересечении линий i3*=const и φ=100%.
На представленном сайте на странице «Расчёты» можно рассчитать до 8 состояний влажного воздуха с построением лучей процессов на i-d диаграмме.
Чтобы определить начальное состояние, нужно указать два параметра из четырёх (t, φ, d, i) и расход сухого воздуха Lс*. Расход задаётся в предположении плотности воздуха 1,2 кг/м3. Отсюда определяется массовый расход сухого воздуха, используемый в дальнейших вычислениях. В выходную таблицу выводятся фактические значения объёмного расхода воздуха, соответствующие реальной плотности воздуха.
Новое состояние можно вычислить, определив процесс и задав конечные параметры.
На диаграмме отображаются следующие процессы: нагрев, охлаждение, адиабатическое охлаждение, пароувлажнение, смешение и общий процесс, определяемый двумя любыми параметрами.
| Процесс | Обозначение | Описание |
| Нагрев | O | Вводится заданная конечная температура, либо заданная тепловая мощность. |
| Охлаждение | C | Вводится заданная конечная температура, либо заданная холодильная мощность. Этот расчет основан на допущении, что температура поверхности охладителя остается неизменной, и начальные параметры воздуха стремятся в точку с температурой поверхности охладителя при φ=100%. Как будто происходит смешение воздуха начального состояния с полностью насыщенным воздухом у поверхности охладителя. |
| Адиабатическое охлаждение | A | Вводится заданная конечная относительная влажность, либо влагосодержание, либо температура. |
| Пароувлажнение | P | Вводится заданная конечная относительная влажность, либо влагосодержание. |
| Общий процесс | X | Вводятся значения двух параметров из четырёх (t, φ, d, i), являющиеся конечными для заданного процесса. |
| Смешение | S | Этот процесс определяется без задания параметров. Используются два предыдущих значения расхода воздуха. Если при смешении достигается максимально допустимое влагосодержание, то происходит адиабатическая кондесация водяных паров. В результате вычисляется количество сконденсированной влаги. |
ЛИТЕРАТУРА:
1. Бурцев С.И., Цветков Ю.Н. Влажный воздух. Состав и свойства: Учеб. пособие. — СПб.: СПбГАХПТ, 1998. — 146 c.
2. Справочное пособие АВОК 1-2004. Влажный воздух. — М.: АВОК-ПРЕСС, 2004. — 46 с.
3. ASHRAE Handbook. Fundamentals. — Atlanta, 2001.
1.
По двум известным параметрам состояния
влажного воздуха найти
остальные.
Например,
при известных t
и
φ
найти
i,
d,
ν,
Рп,
tR,
tМ
при известных
t
и i
найти
φ,
i,
d,
ν,
Рп,
tR,
tМ,
где tR
—
температура, соответствующая точке
росы °С; tМ
— температура мокрого термометра, °С.
На
практических работах исходные данные
t
и
φ
и
t
и i
задаются
преподавателем. Отчетные данные
представляются в виде таблицы
2.
Рисунок
2. Процесс изменения состояния воздуха
Рисунок
3.
Процесс
смешение воздуха
2.
По известным начальным и конечным
параметрам состояния воздуха (например,
t1,
φ1
и
t2)
найти изменение теплосодержания
(энтальпий) Δi
= i2
– i1
кДж/кг; влагосодержаний Δd
= d2
– d1
и др.
При
изменении параметров состояния воздуха
возможны два случая: когда процесс 1-2
полностью протекает в области перегретого
пара (рис.2), т.е. выше кривой φ
= 100%,
и когда процесс 1-2 частично заходит в
область влажного пара, т.е. ниже кривой
φ
=
100% (рис.3).
В
процессе 1-2 (рис.3) происходит охлаждение
и осушение воздуха, т.е. снижается
температура и уменьшается влагосодержание
воздуха от
d1
до
d2.
При этом одна часть влаги в количестве
(d1
– d4)
выпадает в виде росы, а вторая — (d5
– d4)
в виде тумана.
Начальные
и конечные параметры состояния воздуха
задаются преподавателем в соответствии
с приложением 1. При заданном количестве
обрабатываемого воздуха определяются
тепловая нагрузка на калорифер
(воздухоохладитель), влажностная нагрузка
на увлажняющее (осушающее) устройство.
Отчетные
данные представляются в виде табл.3.
Дается объяснение качественного
изменения состояния воздуха и его
параметров.
Полные
расходы тепла
Q
(кВт) и влаги G
(кг/с)
на изменение параметров состояния
воздуха определяются по формулам
Q
= L ∙ Δi,
Gw
= L
∙ Δd,
где
L
—
расход обрабатываемого сухого воздуха,
кг/с.
Параметры
состояния воздуха, определяемые по
диаграмме i
— d,
относятся к 1 кг сухого воздуха, поэтому
расход сухого воздуха
L
при
известном объемном его расходе V,
м3/с
определяется
по формуле:
L
=
где
ρ—
плотность воздуха при данном его
состоянии, кг/м3.
Величины
Q
к Gw,
используются при расчете подогревающих
(охлаждающих)
и увлажняющих (осушающих) устройств.
3.
При известных параметрах состояния
двух объемов воздуха, входящих
в смесь, найти параметры состояния
смеси. Исходные данные
задаются преподавателем: t1,
φ1,
V1
и t2,
φ2
и V2,
где
V1
и V2
— объемы
(м3/ч)
воздуха, входящего в смесь.
Таблица
2. Отчетная
таблица
|
Исходные данные |
Параметры, определяемые |
|||||||||
|
t1 0С |
i1 кДж/кг |
φ1 % |
d1 кг/кг |
Рп кПа |
tр1 0С |
tм1 0С |
v1 м3/кг |
ρ1 кг/м3 |
Рн кПа |
V1 м3/ч |
Таблица
3. Отчетная
таблица
|
Исходные данные |
Параметры определяемые |
Процессы |
|||||||
|
t2 0С |
φ2 % |
i2 кДж/кг |
d2 кг/ кг |
ρ2 кг/ м3 |
Рп2 кПа |
Δi кДж/ кг |
Δd кг/ кг |
V2 м3/ч |
|
Параметры
состоянии смеси tсм
могут определяться аналитическим
или графическим (по диаграмме i
– d влажного
воздуха) методами.
При
аналитическом методе составляются
уравнения теплового и влажностного
балансов процесса смешения
L1
∙ i1
+ L2
∙ i2
= (L1
+ L2)
iсм;
L1
∙ d1
+ L2
∙ d2
= (L1
+ L2)
dсм,
где
L1
=
— масса сухого воздуха, соответствующая
объемному количеству
V1,
кг;
L2
=
—
масса сухого воздуха, соответствующая
объемному
количеству V2,
кг.
Величины
dсм
и iсм
будут определять параметры состояния
воздуха
после смешения объемов V1
и
V2.
Из формул можно
сделать вывод, что на параметры состояния
смеси оказывают
влияние массы воздуха, входящие в смесь.
Чем больше масса воздуха
(одной части), входящего в смесь, тем
ближе к параметрам
состояния этой части воздуха будут
приближаться параметры состояния
смеси. Аналогично могут быть определены
параметры смеси,
в которую входят три или более объемов
с различными параметрами
состояния.
При
графическом методе в диаграмме i
— d,
(рис.4), отмечаются
точки, соответствующие параметрам
состояния частей воздуха, входящие
в смесь, точки 1 и 2.
Рисунок
4. Процесс смешения воздуха
Для
нахождения параметров смеси, точка 3,
расстояние 1-2 должно
быть разделено на части, соответствующие
и
.
Исходные
данные и результаты расчетов представляется
в виде
табл.4.
4.
При известных теплопоступлениях
(теплопотерях) ΣQ,
кВт
и влагопоступлениях (влагопотерях) Σgw
от всех источников ,кг/с
определить направление изменения
параметров состояния
воздуха в помещении, а также параметры
состояния воздуха, устанавливающиеся
в помещении под воздействием ΣQ
и Σgw.
Направление
изменения параметров состояния воздуха
в помещении под воздействием тепло- и
влагопоступлений (тепло- и влагопотерь)
определяется тепловлажностным
коэффициентом (угловым
коэффициентом)
ε,
кДж/кг:
ε
=
где
Δi
=
— удельные теплопоступления на 1 кг
сухого
воздуха
помещения, кДх/кг;
Δd
=
— удельные влагопоступления на 1 кг
сухого
воздуха
помещения, кг/кг;
L
= Lсух
n
– масса сухого воздуха, циркулирующего
в
помещении,
кг/с;
Lсух
— масса
сухого воздуха в
объеме
помещения,
кг;
n
—
кратность циркуляции воздуха в помещении,
1/с.
Рисунок
5. Пример использования коэффициента
Изолинии
тепловлажностного коэффициента занесены
на диаграмме
d—i
в виде веера прямых, расходящихся из
точки на оси ординат,
соответствующей температуре О°С (рис.
5). Пример использования
тепловлажностного (углового) коэффициента
для нахождения
конечных параметров состояния воздуха
приведен на рис.5.
В примере значения ε
=
=
3500
—
начальное состояние
воздуха (точка 1). Линия изменения
параметров состояния воздуха
наносится параллельно изолинии ε
=
3500. Конечное состояние
воздуха (точка 2) определяется отложением
от точки 1 Δi
или
Δd
и проведении изолиний i2
= соnst
или d2
=
соnst.
Для
решения задачи студенту задаются
величины: ΣQ,
Σgw;
V
— объем помещения, м3;
n
— кратность циркуляции;
t1
и i1
-начальные
параметры состояния воздуха помещения.
Определяются:
Lсух
—
масса сухого воздуха помещения, кг;
Δi
и Δd
–
изменения тепло- и влагосодержания
воздуха
помещения;
t2
и
i2
– конечные параметры состояния воздуха
помещения.
Заданные
и определяемые величины представляются
студентами в
виде табл.5.
Таблица
4.
Отчетная
|
Исходные данные |
Определяемые |
|||||||||||
|
t1 0С |
V1 м3/ч |
t2 0С |
V2 м3/ч |
d1 кг/ кг |
d2 кг/ кг |
L1 кг |
L2 кг |
ρ3 кг/м3 |
t3 0С |
i3 кДж/ кг |
d3 кг/ кг |
φ3 % |
Таблица
5.
Отчетная
|
Исходные данные |
Определяемые |
|||||||||
|
ΣQ кВт |
Σg кг/с |
n с-1 |
d1 кг/ кг |
d2 кг/ кг |
Δi кДж/ кг |
Δd кг/ кг |
t1 0С |
t2 0С |
L1 кг |
L2 кг |
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
| Настройка ID-диаграммы по умолчанию | ||||
|---|---|---|---|---|
| Минимальная температура | °С | |||
| Максимальная температура | °С | |||
| Минимальное влагосодержание | г/кг | |||
| Максимальное влагосодержание | г/кг | |||
| Расчет смеси по ID-диаграмме | ||||
| Расход воздуха т.1 | м3/ч | |||
| Расход воздуха т.2 | м3/ч | |||
| Параметр | Точка 1 | Точка 2 | Смесь | |
| Температура | °С | |||
| Влажность | % | |||
| Влагосодержание | г/кг | |||
| Энтальпия | кДж/кг | |||
| Парц.давление | кПа | |||
| Точка росы | °С | |||
| Расход конденсата | кг/ч | |||
I-d-диаграмма влажного воздуха была разработана русским ученым, профессором Л.К. Рамзиным в 1918 г. На западе аналогом I-d-диаграммы является диаграмма Молье или психрометрическая диаграмма. I-d-диаграмма применяется в расчетах систем кондиционирования воздуха, вентиляции и отопления и позволяет быстро определить все параметры воздухообмена в помещении.
I-d-диаграмма влажного воздуха графически связывает все параметры, определяющие тепловлажностное состояние воздуха: энтальпию, влагосодержание, температуру, относительную влажность, парциальное давление водяных паров. Использование диаграммы позволяет наглядно отобразить вентиляционный процесс, избегая сложных вычислений по формулам.
Основные свойства влажного воздуха
Окружающий нас атмосферный воздух является смесью сухого воздуха с водяным паром. Эту смесь называют влажным воздухом. Влажный воздух оценивают по следующим основным параметрам:
- Температура воздуха по сухому термометру tc, °C — характеризует степень его нагрева;
- Температура воздуха по мокрому термометру tм, °C — температура, до которой нужно охладить воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении начальной энтальпии воздуха;
- Температура точки росы воздуха tp, °C – температура, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении постоянного влагосодержания;
- Влагосодержание воздуха d, г/кг – это количество водяного пара в г (или кг), приходящееся на 1 кг сухой части влажного воздуха;
- Относительная влажность воздуха j, % – характеризует степень насыщенности воздуха водяными парами. Это отношение массы водяных паров, содержащихся в воздухе, к максимально возможной их массе в воздухе при тех же условиях, то есть температуре и давлении, и выраженное в процентах;
- Насыщенное состояние влажного воздуха – состояние, при котором воздух насыщен водяными парами до предела, для него j = 100 %;
- Абсолютная влажность воздуха е, кг/м 3 — это количество водяных паров в г, содержащихся в 1 м 3 влажного воздуха. Численно абсолютная влажность воздуха равна плотности влажного воздуха;
- Удельная энтальпия влажного воздуха I, кдж/кг – количество теплоты, необходимое для нагревания от 0 °С до данной температуры такого количества влажного воздуха, сухая часть которого имеет массу 1 кг. Энтальпия влажного воздуха складывается из энтальпии сухой его части и энтальпии водяных паров;
- Удельная теплоемкость влажного воздуха с, кДж/(кг•К) – теплота, которую надо затратить на один килограмм влажного воздуха, чтобы повысить температуру его на один градус Кельвина;
- Парциальное давление водяных паров Рп, Па – давление, под которым находятся водяные пары в влажном воздухе;
- Полное барометрическое давление Рб, Па – равно сумме парциальных давлений водяного пара и сухого воздуха (согласно закону Дальтона).
Описание I-d-диаграммы
По оси ординат диаграммы отложены значения энтальпии I, кДж/кг сухой части воздуха, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к оси I, отложены значения влагосодержания d, г/кг сухой части воздуха. Поле диаграммы разбито линиями постоянных значений энтальпии I = const и влагосодержания d = const. На него нанесены также линии постоянных значений температуры t = const, которые не параллельны между собой: чем выше температура влажного воздуха, тем больше отклоняются вверх его изотермы. Кроме линий постоянных значений I, d, t, на поле диаграммы нанесены линии постоянных значений относительной влажности воздуха φ = const. В нижней части I-d-диаграммы расположена кривая, имеющая самостоятельную ось ординат. Она связывает влагосодержание d, г/кг, с упругостью водяного пара Рп, кПа. Ось ординат этого графика является шкалой парциального давления водяного пара Рп. Все поле диаграммы разделено линией j = 100 % на две части. Выше этой линии расположена область ненасыщенного влажного воздуха. Линия j = 100 % соответствует состоянию воздуха, насыщенного водяными парами. Ниже расположена область пересыщенного состояния воздуха (область тумана). Каждая точка на I-d-диаграмме соответствует определенному тепловлажностному состоянию Линия на I-d-диаграмме соответствует процессу тепловлажностной обработки воздуха. Общий вид I-d-диаграммы влажного воздуха представлен ниже во вложенном файле PDF пригоден для печати в форматах А3 и А4.
ID Диаграмма влажного воздуха.pdf
Построение процессов обработки воздуха в системах кондиционирования и вентиляции на I-d-диаграмме.
Процессы нагрева, охлаждения и смешивания воздуха
На I-d-диаграмме влажного воздуха процессы нагрева и охлаждения воздуха изображаются лучами по линии d-const (рис. 2).
Рис. 2. Процессы сухого нагрева и охлаждения воздуха на I-d-диаграмме:
- В_1, В_2,– сухой нагрев;
- В_1, В_3 – сухое охлаждение;
- В_1, В_4, В_5 – охлаждение с осушением воздуха.
Процессы сухого нагрева и сухого охлаждения воздуха на практике осуществляют, применяя теплообменники (воздухонагреватели, калориферы, воздухоохладители).
Если влажный воздух в теплообменнике охлаждается ниже точки росы, то процесс охлаждения сопровождается выпадением конденсата из воздуха на поверхности теплообменника, и охлаждение воздуха сопровождается его осушкой.
Расход теплоты в теплообменнике Q, Вт, затраченной на нагрев воздуха массой G, кг/ч, имеющего параметры I_B1, t_1, до состояния I_B2, t_2 (рис. 2), определяется по уравнению:
Q=G∙(I_B2- I_B1) или Q=G∙c∙(t_2- t_1)
Расход холода на охлаждение воздуха от состояния В1 до состояния В3 определяется из выражения:
Q=G∙(I_B1- I_B3) или Q=G∙c∙(t_1- t_3)
Количество конденсата W_k, кг/кг, образующегося при осушке воздуха от состояния В_1 до состояния В_5, определяем как:
W_k=G∙(d_1- d_5)·10‾³
Процессы смешения влажного воздуха изображаются на I-d-диаграмме прямой линией, соединяющей исходные состояния смешиваемого воздуха (рис. 3).
Рис. 3. Процесс смешения воздуха на I-d-диаграмме
Точку С на прямой В_1– В_2 определим по вычисленному значению энтальпии смеси I_с или влагосодержания смеси d_c. Для этого запишем уравнения теплового баланса (а) или уравнение материального баланса по водяным парам:
а) G_1∙I_B1- G_1∙I_B2= (G_1+G_2)∙I_c
б) G_1∙d_B1- G_1∙d_B2= (G_1+G_2)∙d_c
где G_1, G_2 – масса воздуха, кг. Точка С будет находиться на пересечения линии В_1– В_2 и линии I_c= const или d_c = const.