Вопрос 10. Процессы изменения состояния влажного воздуха. I-d-диаграмма состояния влажного воздуха. ( авок справочное пособие влажный воздух Пункт 5.1 , 5.2.)

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, φ, J, d и P_п при определенном барометрическом давлении воздуха P_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 φ = 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 - P_п и d - t_р, т.к. каждому значению d соответствует только одно табличное значение P_п и t_р, и сочетание J - t_м.

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

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

ε =   · 100.                                                       (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:

ε =   · 1000 =  ,                                          (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 ΔJ и Δd угловой коэффициент ε 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:

ε =   · 1000 = +∞.

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 ε₃ > 0. Такой процесс протекает, когда приточный воздух ассимилирует тепло- и влаговыделения в помещении.

3. Влажный воздух увлажняется при постоянной температуре до параметров точки 4, ε₄ > 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 ε₅ > 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 ε₆ = 0, т.к. ΔJ = 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.

ε₆ =   · 1000 = t_м · с_w = 4,186 · t_м,

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

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

6. Влажный воздух увлажняется и охлаждается до точки 7. В этом случае угловой коэффициент ε₇ < 0, т.к. J₇ - J₁ < 0, а 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 Δd = d₈ - d₁ = 0, а J₈ - J₁ < 0, то ε₈ = - ∞. 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:

ε₉ =   · 1000 =   · 1000 > 0.

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 φ = 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 ε₁₀ > 0.

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

ε₁₁ =   · 1000 = 0.

Такой процесс можно осуществить с помощью растворов абсорбентов или твердых адсорбентов. Заметим, что реальный процесс будет иметь угловой коэффициент ε₁₁ = 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 Iпроцессы происходят с увеличением энтальпии и влагосодержания, поэтому значения ε > 0. В секторе II происходит осушение воздуха с увеличением энтальпии и значения ε < 0. В секторе III процессы идут с уменьшением энтальпии и влагосодержания и ε > 0. В секторе IV происходят процессы увлажнения воздуха с понижением энтальпии, поэтому ε < 0.