ССКП уч пос

В полі діаграми також наносяться лінії постійної густини або питомого об’єму сухого повітря (ρ_с =const, υ_c = const), що обумовлено тим, що тепловий та вологий баланси розраховуються на основі масової витрати сухої частини вологого повітря (G_с).

Діаграма - d, h по своєї суті є номограмою, яка дозволяє розрахувати усі необхідні параметри вологого повітря за визначеним місцеположенням точки або розв’язати зворотню задачу: визначити точку за двома незалежними параметрами та р_б = const.

На рис. 1.2 та 1.3 наведені різні вигляди d, h – діаграм, які зручно використовувати під час аналізу та при розрахунках.

Рис.1.2d, h – діаграма вологого повітря

Рис. 1.3 d, h – діаграма вологого повітря

Використовуючи d, h – діаграму, можна не тільки визначити всі параметри повітря, характерні для його заданого стану, а також параметри суміші різних кількостей повітря з відмінними параметрами.

Зазвичай для системи кондиціювання здійснюється змішення двох потоків повітря:

• з масовою витратою G₁, кг/с, та параметрами d₁, h₁;

• з масовою витратою G₂, кг/с, та параметрами d₂, h₂.

Кількість G_с, вологомісткість d і ентальпія суміші h_с розраховуються за рівняннями балансу

G_с = G₁ + G₂; (1.17)

d_с = (d₁G₁ +d₂G₂) / (G₁ + G₂); (1.18)

h_с = (h₁G₁ +h₂G₂) / (G₁ + G₂). (1.19)

Параметри суміші достатньо легко визначити шляхом побудови в d, h – діаграмі за координатами крапки суміші (d_с,h_с).

З рівнянь (1,17÷1.19) легко одержати

(d₂ -d_с)/ (d_с - d₁) = (h_{2 -}h_с)/ (h_с - h₁) = G₁ / G₂. (1.20)

З цього виразу виходить:

• процес змішування визначається в d, h – діаграмі частиною прямої лінії, що з’єднує точки «1» (d₁,h₁) та «2» (d₂,h₂), при чому точка суміші «С» (d_с ,h_с) поділяє відрізок лінії «1» - «2» на дві частини в співвідношенні зворотньо-пропорційним кількостям повітря, що змішуються;

• для визначення параметрів в суміші не обов’язково знати значення G₁та G₂, достатньо знати тільки їх співвідношення.

Таким чином, якщо G₁/ G₂ = 1/n, то довжину відрізку «1» - «2» слід поділити на n + 1 частину і від точки «2» відкласти одну таку частину.

Слід пам’ятати, якщо точка змішування «С'», визначена за «правилами» змішування, знаходиться в зоні «туману» (нижче лінії φ=100%), вона не може характеризувати параметри суміші. Оскільки в зазначеній зоні стан повітря метастабільний, то з нього при будь-якому збуренні може випадати конденсат, водночас система «вологого повітря» намагається зберегти рівновагу. Таким чином, фактична точка суміші «С» в d, h – діаграмі повинна знаходитись на лінії φ=1.

В якості другого визначаючого параметру можна використати температуру за мокрим термометром t_м або значення ентальпії h_с з рівняння теплового балансу процесу конденсації:

q_конд.= h_с' – h_с = G_w t_m g_w , (1.21)

де t_m – температура конденсату, ⁰С;

g_w = d_с' - d_с - кількість конденсату, кг, віднесено до 1 кг сухого повітря.

Під час термовологої обробки повітря в апаратах систем кондиціювання стан повітря спрямовано змінюється. Враховуючи, що процеси тепло- і масообміну – інерційні процеси, стан повітря змінюється не миттєво, а поступово, за визначений час. У разі припущення, що процес теплообміну і процес волого обміну проходять з однаковою швидкістю, то можливо прийняти, що кожної митті повітря буде приймати або віддавати Q (кДж/с) тепла та W (кг/с) вологи.

Співвідношення цих кількостей має назву тепловологе співвідношення або кутовий коефіцієнт процесу (ε)

ε = Q / W (кДж/кг). (1.22)

Значення Q і W визначаються балансовими рівняннями Q = G_п Δh, W = G_пΔd, де G_п (кг/с) – масова витрата повітря скрізь апарат системи, Δh (кДж/кг) і Δd різниця між кінцевими та початковими значеннями ентальпії та вологовмісту повітря відповідно.

Таким чином, процес поступової зміни параметрів повітря зображується в d h – діаграмі (рис.4) прямою, що з’єднує точки первинного та кінцевого стану повітря.

Рис. 1.4 До визначення ε

Для будь-якої точки, що знаходиться на цієї лінії співвідношення прирощень

Δh / Δd = ε = const, (1.23)

що відповідає припущенню про однакову швидкість процесів тепло- і волого обміну.

Вочевидь, що значення ε можуть мати як плюсові так і мінусові значення в діапазоні . Для побудови процесів повітрообробки за відомим розрахунковим значенням ε в d h – діаграмі може бути присутня шкала значень ε (рис. 1.3). Ця шкала формується за допомогою променів, що збігаються в «нульовій» точці діаграми (t = 0⁰С, d = 0 кг/кг).

Будь-яка пряма проведена паралельно променю діаграми буде відповідати тому ж тепловологому співвідношенню. Таким чином, при будуванні процесу потрібно провести з початкової точки лінію паралельну лінії відповідного значення ε. Така лінія має назву «промінь процесу».

Процес повітрообробки визначається не тільки значенням ε, але й напрямком променю процесу. Простір діаграми (або додаткової шкали ε на рис. 1.2) може бути поділений лініями h= const та d= const, що проходять скрізь точку «початкового стану» (t = 0, d = 0), на чотири сектори, котрі визначають можливу течію процесів (рис. 1.5). Сектори І, ІІІ та ІІ, ІV відповідають різним (взаємопротилежним) процесам при однакових значеннях ε.

Рис. 1.5 Сектори d h – діаграми

Усі процеси, що проходять правіше лінії d= const це процеси зволоження повітря (+Δd). Це сектори І, ІІ. При чому в І-му секторі процеси проходять з підвищенням ентальпії (+Δh), а в ІІ-му з її зменшенням. Усі процеси, що проходять лівіше лінії d= const - процеси осушення повітря (-Δd). Це сектори ІІІ, ІV зі зменшенням (-Δh) або збільшенням (+Δh) ентальпії відповідно.

Таке поділення простору діаграми надає загальне уявлення про протікання процесів та про корисне під час їх аналізу. Однак, інформація про зменшення d та h може бути недостатньою, оскільки в процесі повітрообробки важливе прирощення температури повітря Δt_п, як вектор термічної обробки: нагрівання чи охолодження.

Ізотерма проведена скрізь «нульову» точку, виявляє в зоні І-го та ІV-го секторів, в межах значень , частини робочої зони, в яких зміна ентальпії і температури має протилежні знаки (рис. 1.6).

Рис. 1.6 Нагрівання та охолодження повітря в І та ІІІ секторах

Ці обставини пояснюються різноспрямованістю потоків явного та прихованого тепла. Так, у випадку охолодження повітря «0 – 1», у виділеній частині сектора І температура повітря знижується, а ентальпія зростає за рахунок зростання вологовмісту та відповідно прихованої її частини (h_пр = r_оd).

Якщо процес термовологої обробки повітря здійснюється при постійному значенні одного з параметрів стану, то його іменують простим.

Прості процеси, що проходять за лініями d= const, h= const, t = const розглядаються в складі типових процесів, характерних для визначення класу апарата обробки повітря.

На рис. 1.7 наведені типові процеси обробки повітря в d h – діаграмі у «літньому» (1-2-3) та «зимовому» (4-5-6-7) режимах функціонування системи кондиціювання.

Рис. 1.7 Процеси обробки повітря в апаратах СКП:

1-2 – охолодження та осушення повітря в повітроохолоджувачі; 2-3, 6-7 – підігрів повітря в повітронагрівачі другого підігріву; 4-5 – підігрів повітря в повітронагрівачі першого підігріву; 5-6 – зволоження повітря в зволожувачі.

В суднових системах кондиціювання повітря на цей час найбільш поширені поверхневі теплообмінні апарати, як для охолодження, так і для нагріву повітря.

В апаратах цього типу – повітроохолоджувачах та повітронагрівачах за наявності різниці температури між повітрям та теплообмінною поверхнею теплопередача здійснюється за рахунок конвективного теплообміну між повітрям та сухою поверхнею, за умов що температура поверхні вище температури точки роси. Таким чином, здійснюються прості процеси нагріву або охолодження при незмінному вологовмісті d= const. На рис. 1.8 це лінії АС, СА, ВД.

Рис. 1.8 Процеси обробки повітря в поверхневих апаратах

При цьому ентальпія повітря h збільшується чи зменшується відповідно зміні явної складової С_п t при постійному значенні прихованої частини r_оd= const. В цьому випадку теплове навантаження поверхневого апарата:

Q = G_пΔh_п=G_п С_пΔt. (1.24)

Простий процес «чистого» сухого охолодження можливий тільки за умови, якщо температура поверхні повітроохолоджувача вище температури точки роси, що малоймовірно для поширених режимів роботи суднових систем кондиціювання.

При зниженні температури повітря до рівня температури точки роси настає насичення повітря водяною парою, φ = 1 (лінія ВD). Подальше охолодження буде супроводжуватися конденсацією вологи (процес DF). Кількість виділеної вологи буде дорівнювати W = G_п Δd.

Складний процес В - D – F буде можливим тільки за умов поступового охолодження всієї маси повітря та поступового зниження температури поверхні повітроохолоджувача відповідно до зниження температури повітря. При контакті повітря з параметрами «В» з поверхнею, що має температуру нижче точки роси виділення конденсату почнеться з самого початку процесу. В цьому випадку лінія процесу в d, h – діаграмі – пряма лінія, що поєднує точки В та F на лінії φ = 1. Це типовий процес охолодження та осушення повітря, що відповідає режиму роботи контактного апарата.

Осушення повітря в поверхневих повітроохолоджувачах слід застосовувати за умови «плюсових» температур теплообмінної поверхні t_f, щоб запобігти інієутворенню, зазвичай це при t_f ≥ 2⁰С.

Зволоження повітря потрібне в суднових системах комфортного кондиціювання повітря під час роботи в режимі обігріву. В процесі зволоження повітря додатково очищується, звільнюється від різноманітних запахів, а також, в деякому ступені від залишкової кількості СО₂, одночасно повітря іонізується.

Підігрів холодного зовнішнього повітря з відносно низьким вмістом вологи супроводжується зниженням відносної вологості повітря в приміщенні. У випадку комфортного кондиціювання значення φ може стати нижче рекомендованих для підтримання комфортних умов.

В суднових системах комфортного кондиціювання повітря зволоження здійснюється під час безпосереднього контакту повітря з водою або доданням до нього пари, а саме:

1. Розпилом води:

• форсунками в просторі камер зрошенням секцій проточних повітроводів;

• в апаратах ультразвукового типу з псевдокипінням води;

• механічними пристроями відцентрового типу.

2. В апаратах з плівковим режимом течії води, а також з виростанням гігроскопічних матеріалів.

3. За рахунок пари, що надходить від працюючого парогенератора.

Перші два засоби відносяться до випадку контакту води і повітря. Процес зволоження зазвичай розглядається як адіабатний (рис. 1.9) та відображується в діаграмі вологого повітря лінією h = const.

Рис. 1.9 Відображення в d, h – діаграмі процесів зволоження повітря

Температура повітря при цьому знижується за рахунок випарного охолодження, прагнучи досягти t_м.

Зволоження повітря парою - є політропічним процесом з незначним підвищенням температури, тому, в інженерних розрахунках процес розглядають як ізотермічний.

Таким чином, при аналізі процесів, що відбуваються при роботі суднових систем кондиціювання повітря зазвичай доводиться розглядати такі процеси:

• змішування;

• простий нагрів та інколи просте охолодження (d= const);

• охолодження з осушуванням;

• зволоження.

Питання для самоконтролю:

1. Що таке є вологе повітря?

2. Які параметри вологого повітря визначають як характеристики його стану?

3. Що таке вологовміст повітря?

4. Що таке абсолютна вологомісткість повітря?

5. Що таке відносна вологомісткість повітря?

6. Що таке ступінь насичення повітря?

7. Що таке точка роси повітря?

8. Як визначається ентальпія вологого повітря?

9. Що таке d, h – діаграма?

10. Як визначити параметри повітря після змішування двох повітряних потоків?

11. Що визначає кутовий коефіцієнт процесу ε?

12. Які процеси називають простими?

13. Які процеси можливо іменувати типовими для систем комфортного кондиціювання повітря?

14. Як змінюються параметри повітря під час його охолодження в повітроохолоджувачі?

15. У чому необхідність зволожування повітря?

16. Які способи зволоження повітря можливі в суднових системах комфортного кондиціювання?