Влагосодержание, теплоемкость и энтальпия влажного воздуха.
Влагосодержанием называется количество водяных паров в г, содержащееся во влажном воздухе и отнесенное к 1 кг сухой части этого воздуха (d—г/кг сухой части воздуха или сокращенно d г/кг с. в.).
В соответствии с этим определением влагосодержание влажного воздуха представляет собой отношение массы пара к массе сухой части воздух
.
Теплоемкость влажного воздуха, кДж/(кг·К) определяется по формуле
,
где d влагосодержание, сс – теплоемкость сухого воздух, сс=1,005кдЖ/кг К
Энтальпию влажного воздуха принято относить к 1 кг сухого воздуха. За нулевую точку принимается энтальпия сухого воздуха (при d = 0) с температурой 00С. Поэтому энтальпия воздуха может иметь положительные и отрицательные значения. Энтальпия влажного воздуха равна сумме энтальпий сухого воздуха и пара,
.
Энтальпия воздуха, связанная с изменением температуры воздуха, характеризует изменение явной теплоты. При поступлении в воздух водяных паров с той же температурой воздуху передается скрытая теплота. Энтальпия воздуха при этом возрастает за счет изменения энтальпии влажной части воздуха. Температура воздуха не изменяется.
ί – d диаграмма влажного воздуха.
Для облегчения расчетов, связанных с изменением состояния влажного воздуха, профессором Л. К. Рамзиным разработана i—d диаграмма влажного воздуха, на которой зависимости, являющиеся следствием основных законов газовой динамики, изображены графически.
Диаграмма дает возможность наглядно изображать процессы изменения состояния влажного воздуха, графически решать практические задачи по расчету систем вентиляции и кондиционирования воздуха, сушильных процессов, испарителей, воздухоохладителей и др. установок, существенно облегчая и ускоряя их. Быстрота выполнения расчетов достигается за счет некоторого, вполне допустимого для техники кондиционирования, снижения точности.
i—d диаграмма строится для постоянного барометрического давления. При пользовании i—d диаграммой необходимо знать расчетное Рб для данной местности, которое нормируется СНиП. На территории России расчетные давления Рб находятся в пределах 685—760 мм рт. ст. и нормируются с интервалом в 15 мм рт. ст. В соответствии с этим i—d диаграммы разработаны для Рб = 685, 700, 715, 730, 745 и 760 мм рт. ст.
i—d диаграмма строится в косоугольной системе координат. На оси абсцисс откладываются значения влагосодержания воздуха при постоянном барометрическом давлении, на оси ординат – значения энтальпии. Линии постоянных значений энтальпии i = const идут наклонно под углом 135°. Для сокращения размеров ось d на графике не вычерчивается, а вместо нее проводится вспомогательная линия под прямым углом к ординате, и на ней с абсциссы проектируется шкала (масштаб) значений влагосодержаний d. На полученной сетке, состоящей из линий d = const и i = const, строятся изотермы и кривые φ = const.
В технике кондиционирования воздуха отрицательное значение энтальпии принимается условно, точно так же, как и отрицательные температуры. Если измерять температуру по абсолютной шкале Кельвина, то нулевое значение энтальпии соответствует температуре абсолютного нуля.
Изотермы является прямыми линиями, причем изотерма t = 0 проходит через начало координат (в i—d диаграммах температура измеряется по шкале Цельсия).
При применении диаграммы необходимо иметь в виду, что изотермы между собой не параллельны; особенно это сказывается при высоких значениях температур. Если концы изотерм, построенных для φ = 100%, соединить плавной кривой, то получается линия относительной влажности φ = 100%, или линия насыщения.
Линия насыщения φ = 100% делит i—d диаграмму на две части. Выше и левее этой линии расположены точки, характеризующие содержание в воздухе водяного пара в перегретом состоянии. Точки, расположенные ниже и правее линии φ = 100% характеризуют состояние паровоздушной смеси, находящейся в состоянии пересыщения. При повышении барометрического давления линия φ = 100% смещается вверх, а при понижении—вниз.
Для построения кривых относительной влажности, имеющих любое другое значение, предварительно определяют влагосодержания, отвечающие Рн при различных температурах и заданном φ. Полученные точки также соединяют плавной линией.
Для построения линии парциального давления пара с правой стороны диаграммы на линии, параллельной оси ординат, наносится шкала парциальных давлений в мм рт. ст., начиная с Рп = 0 до величины возможного значения Рп в диапазоне данной диаграммы. Затем в результате пересечения вертикалей, опущенных из концов линий φ = 100% с горизонтальными линиями соответствующих значений Рн (значения парциальных давлений пара в состоянии насыщения берут из таблицы), получаются точки, которые образуют линию парциального давления пара.