Основные параметры воздуха

Состав воздуха. Атмосферный воздух представляет собой механическую смесь различных газов, составляющих сухую его часть, и некоторого количества водяных паров. Водяной пар обычно находится в ненасыщенном (перегретом) состоянии, но может переходить в насыщенное и перенасыщенное состояние (туман). Состав газов в сухой части воздуха отличается сравнительно большим постоянством.

Смесь сухой части воздуха и водяных паров называется влажным воздухом. В используемом при кондиционировании диапазоне температур и давлений влажный воздух можно рассматривать как идеальный газ, следующий законам Бойля–Мариотта, согласно которому занимаемый газом объем и его давление связаны соотношением p_i/p_s = V_s/V_i, и Гей-Люссака, когда объемы газов при постоянном давлении пропорциональны абсолютным температурам.

Воздух характеризуется следующими параметрами: температурой по сухому термометру, влагосодержанием, влагоемкостью, относительной влажностью, теплоемкостью, температурой по мокрому термометру, удельным объемом или плотностью, парциальным давлением водяного пара, энтальпией, температурой точки росы. Для определения всех величин, характеризующих состояние влажного воздуха, как правило, достаточно знать два параметра. Поскольку при обработке воздуха в кондиционерах объем влажного воздуха изменяется с изменением температуры, в практических расчетах в качестве единицы измерения принят 1 кг сухого воздуха, масса которого остается неизменной в течение всего процесса обработки.

Свойства насыщенного водяного пара описываются сложными зависимостями, поэтому на практике для определения р и Т пользуются таблицами физических свойств этого пара (например, по проф. М. П. Вукаловичу).

Температура воздуха показывает степень его нагрева. В технике кондиционирования воздуха для измерения температуры воздуха пользуются термометрами, имеющими стоградусную шкалу Цельсия (t, °С) и абсолютную шкалу Кельвина (Т, К). Соотношение между этими шкалами выражается зависимостью

Т = 273,15 +t.

Давление воздуха. Согласно закону Дальтона общее давление смеси равно сумме парциальных давлений нескольких газов, образующих эту смесь, т. е.

Р = Pi + Pt + Ps + • • • + Рп = Рп-1

Так как влажный воздух представляет собой паровоздушную (бинарную) смесь, то общее давление атмосферного воздуха, или барометрическое давление, равно сумме парциальных давлений сухой его части и водяных паров:

рб = рс + Рп.

В расчетах процессов кондиционирования воздуха давление атмосферного воздуха и водяных паров обычно измеряются в миллиметрах ртутного столба.

Давление может быть выражено также высотой столба какой-либо другой жидкости, масса которой уравновешивает это давление. Одна техническая атмосфера, равная 1 кгс/см², уравновешивается столбом ртути высотой 735,6 мм или водяным столбом высотой примерно 10 м. За нормальное атмосферное давление принята одна физическая атмосфера, равная 760 мм рт. ст. при 0°С или 10,333 м вод. ст.

Влагоемкость воздуха, г/кг–это масса водяного пара, содержащегося во влажном воздухе при полном его насыщении, отнесенная к массе сухой его части.

Относительная влажность воздуха (в технических расчетах – это отношение массы водяных паров во влажном воздухе к массе водяных паров в воздухе при той же температуре и полном насыщении. Относительную влажность обычно выражают в процентах.

Иногда относительную влажность воздуха (выражают отношением фактического (ненасыщенного) состояния парциального давления водяных паров в воздухе к парциальному давлению водяного пара в насыщенном состоянии при той же температуре:

Температура точки росы tp, или просто точка росы, – это такая температура, до которой надо охладить влажный (ненасыщенный) воздух, чтобы он стал насыщенным (tр=100%) при сохранении постоянного влагосодержания. Это наинизший предел охлаждения температуры воздуха при постоянном влагосодержании.

Температура воздуха по мокрому термометру tм–это температура насыщенного воздуха в условиях испарения воды при сохранении постоянной энтальпии, равной начальной.

Удельная или массовая, теплоемкость воздуха с – это количество тепла, потребное для нагревания 1 кг воздуха на 1 °С.

Удельная теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении зависит от температуры.

Для процессов, происходящих в СКВ в интервале температур от –50 до +50°С и при практически неизменяемом общем давлении влажного воздуха, удельная теплоемкость сухого воздуха может быть принята постоянной и равной Сс=0,24 ккал/(кг°С).

Удельную теплоемкость влажного воздуха следует рассматривать как теплоемкость смеси, состоящей из 1 кг сухого воздуха и 0,001d кг водяного пара. В связи с незначительной массой водяного пара, приходящейся на 1 кг сухого воздуха, удельную теплоемкость влажного воздуха в практических расчетах принимают равной удельной теплоемкости сухого воздуха = 0,24ккал/(кг°С).

Энтальпия влажного воздуха †в–это количество тепла, находящееся во влажном воздухе, сухая часть которого имеет массу 1 кг†

Масса воздуха. Плотность, или объемная масса, влажного воздуха † – это масса его в 1 м³.

†ри одном и том же барометрическом давлении объемная масса влажного воздуха меньше, чем сухого.

При температурах, обычно встречающихся в практических расчетах кондиционирования воздуха, разница в массе влажного воздуха и сухой части его незначительна (1%).

ЛЕКЦИЯ №16

1–D-ДИАГРАММА

1–d -диаграмма, разработанная проф. Л. К. Рамзиным в 1918 г., представляет собой графическую интерпретацию уравнения энтальпии влажного воздуха. Диаграмма строится в косоугольной системе координат, где ось ординат проведена вертикально, а ось абсцисс – под углом 135° к ней. По оси ординат отложены значения энтальпии, а по оси абсцисс – влагосодержания влажного воздуха d на 1 кг сухого.

Для удобства отсчета влагосодержаний и сокращения размеров диаграммы наклонная ось абсцисс на диаграмме не вычерчивается, а вместо нее через начало координат проводится вспомогательная горизонтальная линия, на которой откладываются значения влагосодержаний (в произвольном масштабе). Через полученные точки проводятся вертикали, представляющие собой линии постоянного влагосодержания d=const. На оси ординат (также в любом масштабе) откладываются значения энтальпии, причем вверх от точки О откладываются положительные, а вниз – отрицательные значения. Через полученные точки параллельно оси абсцисс проводятся линии постоянной энтальпии 1=const.

Необходимо иметь в виду, что изотермы между собой не параллельны, так как угол наклона их к горизонтальной оси различен. При низких температурах непараллельность изотерм почти незаметна.

Для построения линий φ=const на каждой изотерме определяют точки, имеющие степень насыщения воздуха φ =5, 10, 20,..., 100%. Соединяя на разных изотермах точки с одинаковой степенью насыщения, получим линии φ =const, имеющие вид расходящихся кривых. Нижняя кривая φ =100% характеризует насыщенное состояние воздуха и называется пограничной кривой.

При повышении барометрического давления линия насыщения на /–d-диаграмме смещается вверх, а при понижении – вниз. При изменениях барометрического давления в пределах ±7,5 мм рт. ст. изменения параметров воздуха будут незначительны, и их можно не учитывать. Однако при больших изменениях барометрического давления изменения параметров воздуха будут значительными.

Для построения линии парциального давления пара с правой стороны диаграммы на прямой, параллельной оси ординат, наносится шкала парциальных давлений в миллиметрах ртутного столба, начиная с рп=0 до возможного значения рп в диапазоне данной диаграммы. Масштаб этой шкалы выбирается крупнее, но с таким расчетом, чтобы линия рп не пересекалась с кривой φ =100% (1 мм=0,125–0,25мм рт.ст.).

Для построения линии парциального давления пара из точек пересечения изотерм с кривой φ =100% опускают перпендикуляры на вспомогательную горизонтальную линию. От этой линии вверх в принятом масштабе откладываются парциальные давления водяных паров, насыщающих воздух при данных температурах, которые определяют по таблицам. Через найденные точки проводится линия парциального давления водяного пара.

Условимся в дальнейшем в единицах энтальпии и влагосодержания опускать слова «сухого воздуха».