Общие сведения о влажном воздухе и его свойствах
В климатической камере воздух подвергается различным видам обработки, при которых существенно меняются его тепловые и влажностные состояния.
Атмосферный воздух состоит из сухой части (азота, углерода, инертных газов) и водяных паров. Причем, если содержание газов в сухой части воздуха относительно стабильно, то количество водяных паров изменяется в широких пределах и зависит от времени года и местных климатических условий.
При обработке в климатических камерах влажного воздуха изменяется количество водяных паров, содержащихся в воздухе, содержание же сухого воздуха остается постоянным. Поэтому при расчетах процессов, связанных с увлажнением и осушкой воздуха, пользуются единицей измерения влажности, которая выражает отношение переменного количества водяных паров к неизменной массе сухого воздуха. Такой единицей измерения является влагосодержание d (кг/кг), показывающее количество водяных паров в 1 кг сухого воздуха.
Численные значения d обычно являются малой величиной, поэтому в практических расчетах удобнее пользоваться влагосодержанием в г влаги на 1 кг сухой части влажного воздуха. Степень насыщения воздуха водяными парами показывает физическая величина, называемая относительной влажностью Относительная влажность W(φ)(в %). С достаточной точностью относительная влажность воздуха может быть вычислена как отношение влагосодержания при данном состоянии (d) к влагосодержанию при полном насыщении (dt) при тех же значениях температуры и давления:
,%.
В расчетах тепловлажностного состояния влажного воздуха существует ещё одно важное понятие, связанное с его физическим состоянием, — это теплосодержание, так называемая энтальпия I (кДж/кг или в ккал/кг при ведении графоаналитических расчетов).
Энтальпия влажного воздуха представляет собой количество теплоты, необходимое для нагревания от 0 °C до данной температуры такого количества влажного воздуха, сухая часть которого имеет массу 1 кг.
Энтальпия влажного воздуха складывается из энтальпий сухой его части и энтальпии водяных паров.
В результате конвективного теплообмена сухой части воздуха передается (или от него отводится) теплота, температура воздуха повышается или понижается и, соответственно, увеличивается или уменьшается его энтальпия.
При поступлении водяного пара от внешних источников в воздух передается теплота парообразования и энтальпия воздуха возрастает. Изменение энтальпии водяного пара в этом случае происходит за счет увеличения его массы. Температура воздуха при этом остается неизменной.
Диаграмма I-d влажного воздуха
Расчет изменения состояния атмосферного воздуха требует выполнения сложных вычислений. Более простым и удобным является расчет с помощью психрометрической диаграммы, иначе называемой I-d диаграммой (Рис. 2).
В координатах I-d наносят зависимости основных параметров влажного воздуха: температуры, влагосодержания, относительной влажности, энтальпии при заданном барометрическом давлении по оси ординат откладывают энтальпию на 1 кг сухого воздуха (ккал/кг), а по оси абсцисс — влагосодержание воздуха (в г на 1 кг сухого воздуха).
I-d — диаграмма построена в косоугольной системе координат с углом между осями 150 (120 °C). Такая система позволяет расширить на диаграмме область ненасыщенного влажного воздуха, что делает её удобной для графических построений.
Линии постоянной энтальпии (I=const) проходят под углом 150 ° к ординатам, а линии постоянного влагосодержания (d=const) располагаются параллельно оси ординат.
На полученной таким образом сетке, состоящей из параллелограммов, строят линии изотерм t=const и линии постоянных относительных влажностей φ=const.
Изотермы представляют собой прямые линии, причем изотермы не параллельны между собой, так как угол их наклона к горизонтальной оси различен. При низких температурах непараллельность изотерм почти незаметна. Приведенные на диаграмме линии температур соответствуют значениям по сухому термометру.
Кривую с относительной влажностью φ = 100 % строят по данным таблиц насыщенного воздуха. Область диаграммы выше этой кривой относится к области ненасыщенного влажного воздуха, а область диаграммы ниже кривой насыщения характеризует состояние перенасыщения влажного воздуха. В этой области насыщенный воздух содержит влагу в жидкой или твердой фазе (туман). Так как эта часть диаграммы не представляет интереса при расчетах, связанных с влажным воздухом, её не строят.
Каждая точка на поле диаграммы соответствует определенному состоянию воздуха. Положение точки определяется любыми двумя из четырёх (I, d, t, φ) параметрами состояния.