5.1. Определение параметров влажного воздуха с помощью j-d диаграммы

Используя систему уравнений, включающую зависимости 4.9, 4.11, 4.17, а также функциональную связь Р_н = f(t), Л.К. Рамзин построил J-d диаграмму влажного воздуха, которая широко применяется в расчетах систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Эта диаграмма представляет собой графическую зависимость между основными параметрами воздуха t, , J, d и Р_п при определенном барометрическом давлении воздуха Р_б.

Построение J-d диаграммы подробно описано в работах [5, 6, 8].

Состояние влажного воздуха характеризуется точкой, нанесенной на поле J-d диаграммы, ограниченном линией d = 0 и кривой  = 100%.

Положение точки задается любыми двумя параметрами из пяти, указанных выше, а также температурами точки росы t_р и мокрого термометра t_м. Исключение составляют сочетания d - Р_п и d - t_р, т.к. каждому значению d соответствует только одно табличное значение Р_п и t_р, и сочетание J - t_м.

Схема определения параметров воздуха для заданной точки 1 приведена на рис. 1.

Пользуясь J-d диаграммой в прил. 4 и схемой на рис. 1, решим конкретные примеры для всех 17 возможных сочетаний заданных начальных параметров воздуха, конкретные значения которых указаны в табл. 7.

Схемы решений и полученные результаты показаны на рис. 2.1 ... 2.17. Известные параметры воздуха выделены на рисунках утолщенными линиями.

5.2. Угловой коэффициент луча процесса на j-d диаграмме

Возможность быстрого графического определения параметров влажного воздуха является важным, но не основным фактором при использовании J-d диаграммы.

В результате нагревания, охлаждения, осушения или увлажнения влажного воздуха изменяется его тепло-влажностное состояние. Процессы изменения изображаются на J-d диаграмме прямыми линиями, которые соединяют точки, характеризующие начальные и конечные состояния воздуха.

Рис. 1. Схема определения параметров влажного воздуха на J-d диаграмме

Таблица 7

Номер рисунка	Известные параметры воздуха
	t1, °C	1, %	d1, г/кг с.в.	J1, кДж/кг с.в.	Рп1, кПа	tр1, °C	tм1, °C
2.1	30	50	-	-	-	-	-
2.2	32	-	-	-	-	12	-
2.3	24	-	10	-	-	-	-
2.4	28	-	-	-	2,0	-	-
2.5	26	-	-	38	-	-	-
2.6	33	-	-	-	-	-	20
2.7	-	25	-	-	1,6	-	-
2.8	-	50	-	60	-	-	-
2.9	-	-	8	64	-	-	-
2.10	-	-	-	-	-	10	22
2.11	-	30	15	-	-	-	-
2.12	-	-	-	-	2,2	-	24
2.13	-	25	-	-	-	14	-
2.14	-	55	-	-	-	-	20
2.15	-	-	9	-	-	-	23
2.16	-	-	-	62	1,2	-	-
2.17	-	-	-	60	-	8	-

Рис. 2.1.	Рис. 2.2.
Рис. 2.3.	Рис. 2.4.
Рис. 2.5.	Рис. 2.6.
Рис. 2.7.	Рис. 2.8.
Рис. 2.9.	Рис. 2.10.
Рис. 2.11.	Рис. 2.12.
Рис. 2.13.	Рис. 2.14.
Рис. 2.15.	Рис. 2.16.
Рис. 2.17.

Эти линии называются лучами процессов изменения состояния воздуха. Направление луча процесса на J-d диаграмме определяется угловым коэффициентом . Если параметры начального состояния воздуха J₁ и d₁, а конечного – J₂ и d₂, то угловой коэффициент выражается отношением J/d, т.е.:

. (5.1)

Величина углового коэффициента измеряется в кДж/кг влаги.

Если в уравнении (29) числитель и знаменатель умножить на массовый расход обрабатываемого воздуха G, кг/ч, то получим:

, (5.2)

где Q_п - полное количество тепла, переданное при изменении состояния воздуха, кДж/ч;

W - количество влаги, переданное в процессе изменения состояния воздуха, кг/ч.

В зависимости от соотношения J и d угловой коэффициент  может изменять свой знак и величину от 0 до .

На рис. 3 показаны лучи характерных изменений состояния влажного воздуха и соответствующие им значения углового коэффициента.

1. Влажный воздух с начальными параметрами J₁ и d₁ нагревается при постоянном влагосодержании до параметров точки 2, т.е. d₂ = d₁, J₂ > J₁. Угловой коэффициент луча процесса равен:

Рис. 3. Угловой коэффициент на J-d диаграмме

Такой процесс осуществляется, например, в поверхностных воздухонагревателях, когда температура и энтальпия воздуха возрастают, относительная влажность уменьшается, но влагосодержание остается постоянным.

2. Влажный воздух одновременно нагревается и увлажняется и приобретает параметры точки 3. Угловой коэффициент луча процесса ₃ > 0. Такой процесс протекает, когда приточный воздух ассимилирует тепло- и влаговыделения в помещении.

3. Влажный воздух увлажняется при постоянной температуре до параметров точки 4, ₄ > 0. Практически такой процесс осуществляется при увлажнении приточного или внутреннего воздуха насыщенным водяным паром.

4. Влажный воздух увлажняется и нагревается с повышением энтальпии до параметров точки 5. Так как энтальпия и влагосодержание воздуха увеличиваются, то ₅ > 0. Обычно такой процесс происходит при непосредственном контакте воздуха с отепленной водой в камерах орошения и в градирнях.

5. Изменение состояния влажного воздуха происходит при постоянной энтальпии J₆ = J₁ = const. Угловой коэффициент такого луча процесса ₆ = 0, т.к. J = 0.

Процесс изоэнтальпийного увлажнения воздуха циркуляционной водой широко используется в системах кондиционирования. Он осуществляется в камерах орошения или в аппаратах с орошаемой насадкой.

При контакте ненасыщенного влажного воздуха с мелкими каплями или тонкой пленкой воды без отвода или подвода тепла извне, вода в результате испарения увлажняет и охлаждает воздух, приобретая температуру мокрого термометра.

Как следует из уравнения 4.21, в общем случае угловой коэффициент луча процесса при изоэнтальпийном увлажнении не равен нулю, т.к.

,

где с_w = 4,186 - удельная теплоемкость воды, кДж/кг°С.

Действительный изоэнтальпийный процесс, при котором  = 0 возможен только при t_м = 0.

6. Влажный воздух увлажняется и охлаждается до точки 7. В этом случае угловой коэффициент ₇ < 0, т.к. J₇ – J₁  0, a d₇ – d₁ > 0. Такой процесс протекает в форсуночных камерах орошения при контакте воздуха с охлажденной водой, имеющей температуру выше точки росы обрабатываемого воздуха.

7. Влажный воздух охлаждается при постоянном влагосодержании до параметров точки 8. Так как d = d₈ – d₁ = 0, a J₈ – J₁ < 0, то ₈ = -. Процесс охлаждения воздуха при d = const происходит в поверхностных воздухоохладителях при температуре поверхности теплообмена выше температуры точки росы воздуха, когда нет конденсации влаги.

8. Влажный воздух охлаждается и осушается до параметров точки 9. Выражение углового коэффициента в этом случае имеет вид:

Охлаждение с осушкой происходит в камерах орошения или в поверхностных воздухоохладителях при контакте влажного воздуха с жидкой или твердой поверхностью, имеющей температуру ниже точки росы.

Отметим, что процесс охлаждения с осушкой при непосредственном контакте воздуха и охлажденной воды ограничен касательной, проведенной из точки 1 к кривой насыщения  = 100%.

9. Глубокая осушка и охлаждение воздуха до параметров точки 10 происходит при прямом контакте воздуха с охлажденным абсорбентом, например, раствором хлористого лития в камерах орошения или в аппаратах с орошаемой насадкой. Угловой коэффициент ₁₀ > 0.

10. Влажный воздух осушается, т.е. отдает влагу, при постоянной энтальпии до параметров точки 11. Выражение углового коэффициента имеет вид

.

Такой процесс можно осуществить с помощью растворов абсорбентов или твердых адсорбентов. Заметим, что реальный процесс будет иметь угловой коэффициент ₁₁ = 4,186t₁₁, где t₁₁ - конечная температура воздуха по сухому термометру.

Из рис. 3. видно, что все возможные изменения состояния влажного воздуха располагаются на поле J-d диаграммы в четырех секторах, границами которых являются линии d = const и J = const. В секторе I процессы происходят с увеличением энтальпии и влагосодержания, поэтому значения  > 0. В секторе II происходит осушение воздуха с увеличением энтальпии и значения  < 0. В секторе III процессы идут с уменьшением энтальпии и влагосодержания и  > 0. В секторе IV происходят процессы увлажнения воздуха с понижением энтальпии, поэтому  < 0.