Основные параметры влажного воздуха, критерии и нормы тепловлажностного комфорта

Воздух, обрабатываемый в СКВ, всегда находится во влажном состоянии и обычно рассматривается как смесь двух компонентов — сухого воздуха (не содер­жащего молекул увлажняющей жидкости) и водяного пара, массовая доля кото­рого составляет 0,4—4%.

Физические свойства влажного воздуха оцениваются аб­солютной 𝜌п и относительной φ влажностью, температурами по сухому tc и мок­рому tм термометрам, энтальпией i, влагосодержанием d.

В зависимости от решаемых задач содержание влаги в воздушной среде от­носят либо к объемным единицам измерения влажного воздуха, либо к массовым единицам измерения сухого воздуха.

Абсолютной влажностью 𝜌п (кг/м3) называется масса водяногопара в килограммах, содержащегося в 1 м3 влажного воздуха. Численно она равна плотности 𝜌п водяного пара при парциальном давлении пара рпдляданной тем­пературы воздуха.

При данной температуре абсолютная влажность может увеличиваться только до определенного предела, выше которого начинает выпадать влага. Говорят, что воздух находится в состоянии насыщения, если он содержит максимальное количество влаги 𝜌"п. Например, насыщенный воздух при приведенных ниже значениях температу­ры может иметь следующую максимальную абсолютную влажность (г/м3):

Температура, ⁰C -20
Максимальная абсолютная влажность, г/м3 0,81 4,8 17,3 51,1

Из этих данных видно, что чем ниже температура воздуха, тем мень­шее максимальное количество влаги он способен содержать при насыщении. Температура, соответст­вующая насыщенному состоянию воздуха называется точкой росы t рос. Дальнейшее понижение температуры насы­щенного воздуха приводит к уменьшению максимальной абсолютной влажность и выпадению влаги в виде ка­пель.

Близость воздуха к состоянию насыщения оценивается относительной влажно­стью φ, измеряемой в долях единицы или про­центах. Она представляет собой отношение абсолютной влажности 𝜌п воздуха к абсолют­ной влажности насыщенного воздуха 𝜌"п длятой же температуры:

φ = 𝜌п/𝜌"п(6.1)

или с учетом уравнения состояния идеального газа для влажного пара:

Pп = 𝜌пRпT,

где Rпгазовая постоянная водяного пара, Дж/(кг-К).

φ = p/p"п (6.1,а)

При тепловлажностной обработке воздуха масса сухой его части остается постоянной, поэтому для упрощения расчетов процессов, протекающих в СКВ, параметры влажного воз­духа относят к 1 кг сухого воздуха. Влагосодержаниемd (г/кг) влажного воздуха называется масса во­дяного пара, содержащегося в воздухе, сухая часть которого равна 1 кг. Влагосодержание воздуха можно определить так:

d = 0,622 (6.2)

где р — давление воздуха, МПа.

Способность воздуха испарять воду только за счет своей теплоты оценивается температурой по влажному (мокрому) термометру tM. Она представляет собой показания обычного, сухого, термометра, шарик которого обернут влажным фитилем, питаемым водой. Его показания будут более низки­ми, чем у сухого, что объясняется испарением влаги с фитиля и образованием охлаждающего эффекта. Чем суше воздух, тем выше интенсивность испарения и ниже температура tм, тем больше разница показаний сухого и мокрого термо­метров. Это свойство используется при оценке относительной влажности окру­жающего воздуха.

Метод определения относительной влажности воздуха по разности темпера­тур сухого и мокрого термометров называется психрометрическим, а приборы, использующие этот метод,— психрометрами. На рис. 6.5 показано устройство психрометра Августа. Сначала психрометром измеряют разность температур су­хого tс и мокрого tм термометров, а затем по таблицам для данной температурыи получен­ной разности находят относительную влажность воздуха.

 

Рис.6.2. Психрометр Августа.

 

 

Теплосодержание воздуха оценивается по энтальпии i (кДж/кг).

Энтальпия сухого воздуха (d = 0) притемпературе 0°С принимается равной нулю, поэтому энтальпия влажного воздуха может принимать как положительные, так и отрицательные значения.

Обобщенным показателем, учитывающим влияние температуры tп, относитель­ной влажности φп и скорости ωп воздуха в помещении, а также средней радиа­ционной температуры ограждающих поверхностей tR на теплоощущения человека, служит результирующая температура °РТ. Она принята в качествемеры теплового ощущения человека и является одним из основных показателей, по которому ведется эксплуатация СКВ. На рис. 6.6 показана номограмма ре­зультирующей температуры.

Рис. 6.3. Номограмма результирующей температуры.

Шкала II служит для построения скорректированной в зависимости от радиа­ции температуры помещения по сухому термометру, называемой сухой результи­рующей температурой. Шкала IV совместно со шкалой I определяет величину этой коррекции. Кроме того, на шкале IV откладывается (при необходимости) температура воздуха в помещении по мокрому термометру tм.

И, наконец, совокупные значения шкал II и V показывают величину резуль­тирующей температуры на шкалеIII. Шкала III представляет собой сетку, обра­зованную линиями постоянных скоростей ωп = const и линиями постоянных резуль­тирующих температур °РТ. Шкала V также выполнена в виде сетки и образова­на вертикальными изотермами tп и горизонтальными линиями (φп = const).

Пусть задана температура воздуха в помещении tп = 22сС, его относительная влажность φп= 50%, средняя радиационная температура ограждающих поверх­ностей tR = 26сС и скорость воздушой среды 0,15м/с. Нужно найти результирующую температуру °РТ.

1. Определяют абсолютную разность между температурой воздуха в помеще­нии и средней радиационной температурой ограждений:

t= |tп-tR| = 4° С.

2. Полученное значение ∆t откладывают на шкале IV (точка А).

3. На шкале I откладывают скорость ωп (точка Б).

4. Точки А и Б соединяют прямой линией. Место пересечения прямой линии со шкалой II (точка В) даст поправку на среднюю радиационную температуру, δt = 2⁰C

5. На шкале II откладывают среднюю результирующую температуру N (точка Г):

N = t ± δt = 24⁰C

Знак + берется при tR>tп, знак «—» - при tR<tп.

На шкале V определяется вспомогательная точка Д в месте пересечения
заданных φп и tп.

Точки Г и Д соединяют прямой линией. Место пересечения этой прямой с заданной кривой скорости воздушной среды ωп на шкале III дает искомую ре­зультирующую температуру °РТ (точка Е). Она равна 21,3 °РТ.

Если вместо относительной влажности φп известна температура воздуха по мокрому термометру tM, то точку Д находят следующим образом.

На шкале IV откладывают значение tм, на шкале IItn. Проводя через полученные точки прямую до пересечения ее с известной вертикальной линией (tп = const) находят точку Д. Далее результирующую температуру °РТ опреде­ляют согласно п. 7.

В условиях эксплуатации tм может быть определена психрометром, ωп — тсрмоанемометром. Среднюю радиационную температуру ограж­дений либо измеряют непосредственно с помощью термощупов, либо вычисляют по показаниям сухого tc и шарового tштермометров. Последний представляет собой обычный термометр, закопченный резервуар которого вставлен в центр пустотелой сферы диаметром 9—12 см, окрашенной снаружи в матовый черный цвет. Температуру по шаровому термометру измеряют в нескольких местах по­мещения и для расчета берут среднюю. Знание результирующей температуры, полученной по номограмме, позволяет оценить степень соответствия существую­щих тепловлажностных условий требуемым.

Основные требования к устройству судовых помещений, их экс­плуатации в целях создания наиболее благоприятных для здоровья условий труда и отдыха регламентированы рядом документов:

- Санитар­ными правилами для морских судов;

- Санитарными нормами воз­душной среды жилых и общественных помещений морских судов, оборудованных системами кондиционирования воздуха;

-инструк­тивно-методическими указаниями по гигиеническому контролю экс­плуатации систем кондиционирования воздуха на судах.

В табл. 6. 1 приведены значения резуль­тирующей температуры °РТ для поддержания комфортных тепло­влажностных условий и диапазон температуры воздуха в помещении, соответствующий этим значениям результирующей температуры при относительной влажности φп = (50± 10) %, разности температуры в помещении и средней радиационной температуры ∆t = I tn—tR\ = ±(2 - 4)⁰C, скорости движения воздуха в помещении

ω = 0,15 м/с.

. Таблица 6.1. Нормы микроклимата для судовых жилых и общественных помещений, оборудованных системами кондиционирования воздуха.

Наименование помещений Район плавания ⁰РТ Температура воздуха в помещении,⁰С
Летний период Зимний период Летний период Зимний период
1.Жилые, общественные и медицинские помещения 24.1 - 25 - 27 -
23,2 19.2 24 - 26 21 – 23
19,7 18,1 19 - 21 20 – 22
20,5 19,0 20 - 22 21 – 23
24,1 19,2 25 - 27 21 - 23
2.Служебные помещения, административные и административно-хозяйственные помещения, помещения пищеблока (без тепловыделений), лаборатории 21,8 - 22 - 24 -
21,8 19,0 22 - 24 21 – 23
20,7 19,0 21 -23 21 – 23
17,7 19,8 17,5 – 19,5 22 – 24
20,5 19,8 22 - 24 22 – 24
3.ЦПУ 23,2 - 24 - 26 -
23,2 17,5 24 - 26 19,5 – 21,5
21,8 17,5 22 - 24 19,5 – 21,5
19,7 18,0 19 - 21 20 – 22
23,2 18,0 24 - 26 20 - 22

Примечание. 1-й район: (тропические районы Тихого, Индийского и Атлантического океанов (от 30° северной до 30° южной широты), а также Персидский и Оманский заливы, Красное море, Аденский и Мексиканский заливы);

2-й район: (субтропические районы Тихого, Индийского и Атлантического океанов (от 30 до 45° северной и от 30 до 45° южной широты), а также южная часть Японского, Желтого и Средиземного морей);

3-й район: (умеренные районы Тихого, Индийского и Атлантического океанов (от 45 до 60° северной и от 45 до 60° южной широты), а также южная часть Берингова и Охотского морей, Балтийское море, северная часть Японского моря, Азовское, Черное и Каспийское моря);

4-й район: (приполярные районы - Гренландское море, Северный морской путь, Карское и Чукотское моря, северная часть Охотского и Берингова морей, море Лаптевых, Восточно-Сибирское море, Норвежское, Гренландское и Белое моря, а также районы Тихого и Атлантического океанов (более 60° северной и южной широт));

5-й район: неограниченный.

 

При выходе параметров микроклимата: температуры воздуха в помещении (табл.6.1.), относительной влажности φп = (50± 10) %; разности температуры в помещении и средней радиационной температуры ∆t = I tn—tR\ = ±(2 - 4)⁰C; скорости движения воздуха в помещении ω = 0,15 м/с за указанные области, значение результирующей температуры должно определяться по номограмме результирующей температуры ( рис. 6.3.).

В летний период минимальная температура воздуха в помещении принимается при максимальной относительной влажности φп = 60% и ∆ t, равной 4°С, максимальная температура воздуха - при минимальной относительной влажности φп = 40% и ∆t, равной 2°С. В зимний период минимальная температура воздуха принимается при максимальной относительной влажности φп = 60% и ∆ t, равной 2°С, максимальная температура воздуха - при минимальной относительной влажности φп = 40% и ∆ t, равной 4°С.

Указанные параметры микроклимата в судовых помещениях должны выдерживаться в течение не менее 70% эксплуатационного времени плавания судна в данных климатических районах.

В помещениях пищеблока нормируются только температура и скорость движения воздуха.

 

6.4. d, i-диаграмма, процессы изменения состояния воздуха

Связь между основными параметрами влажного воздуха может быть представлена в виде

i = 1,0t + (2500 + 1,89t)d, (6.3)

или

i = (1,0 + 1,89d)t + 2500d. (6.3a)

Рис. 6.7. Диаграмма d,i – влажного воздуха.

В уравнении (6.За) первое слагаемое представляет собой явную теплоту, зависящую в основном от температуры воздуха, а второе (2500d)—скрытую теплоту, определяемую влагосодержанием воз­духа. Уравнение (6.За) заложено в основе построения d, i-диаграммы влажного воздуха. Она позволяет наглядно изображать процессы изменения состоя­ния воздуха (охлаждение, нагревание, осушение, увлажнение, сме­шанные процессы) и легко определять параметры любого его со­стояния. Этим объясняется широкое применение диаграммы при расчете и изображении процессов кондиционирования воздуха.

d,i-диаграмма (рис. 6.7) представляет плоскость, раз­деленную кривой насыщения (φ =100%) на область ненасыщенно­го состояния воздуха (верхняя) и область льда и тумана (нижняя), где воздух содержит влагу в виде жидкой и твердой фаз. Нижнюю часть диаграммы не показывают, так как она не представляет практического интереса. На верхней области d, i-диаграммы нанесе­ны кривые постоянных значений основных параметров воздуха: i = const; d = const; t = const; и др.

Для увеличения наиболее важной, ненасыщенной области влаж­ного воздуха вводят систему косоугольных координат, разворачи­вая по часовой стрелке горизонтальную ось влагосодержания (d ≈ 45°). Соответственно линии изоэнтальпий i = const также располагаются не горизонтально, а под углом 45°, параллельно наклонной оси абсцисс d. Нулевой изоэнтальпе соответствует наклонная прямая с начальным значением t = 0, d=0. Значения же влагосодержания откладывают на вспомогательной горизонталь­ной оси d'. Линии d=const — вертикали.

Изотермы t = const представляют собой прямые с небольшим, возрастающим по мере увеличения температуры, положительным наклоном к горизонтальной оси. Зачастую, помимо изотерм, на схе­му диаграммы наносят линии постоянных температур по мокрому термометру tМ. Они обладают тем свойством, что при tМ>0°С идут практически параллельно изоэнтальпам, а на линии насыщения φ=1 (φ = 100%) пересекаются с изотермами одинаковых значе­ний, т. е. в точках пересечения t = tм. Это свойство используют для определения температуры воздуха по мокрому термометру, если на диаграмме не нанесены линии tM = const. Из точки, характеризую­щей состояние воздушной среды, например точки 1 (см. рис. 6.7), спускаются вниз по изоэнтальпе до пересечения с линией насыще­ния φ=100%. Значение изотермы, проходящей через полученную точку 3, даст искомую температуру tм.

Другой параметр состояния воздуха— точку ро­сы—можно найти в месте пересечения вертикали из точки 1 состо­яния воздуха с кривой насыщения (см. рис, 6.7, точка 4).

В общем случае процесс изменения состояния воздуха протека­ет при меняющихся значениях энтальпии и влагосодержании. Обобщеннойхарактеристикой, показывающей направление протекания процесса обработки воздуха, служит тепловлажностное отноше­ние ε(кДж/кг):

 

ε = 1000(i2 – i1)/(d2 – d1) = 1000∆i/∆d (6.4)

Тепловлажностное отношение ε, называемое также угловым ко­эффициентом, часто выносят за рамку d, i-диаграммы в виде кон­цов лучей, исходящих из нулевой точки (d = 0, t=0, i = 0).

Пусть известно начальное состояние воздуха (см. рис. 6.7, точ­ка 1). Тогда, задаваясь одним из конечных его параметров и направлением протекания процесса, т. е. угловым коэффициентом ε, можно построить линию процесса тепловлажностной обработки воздуха. Для этого из точки 1 проводится луч, параллельный ε, до пересечения с линией одного из известных конечных параметров, например t2=17°С. Точка пересечения (точка 2) с изотермой и есть искомое конечное состояние.

В установках кондиционирования воздуха процессы изменения его состояния происходят в большинстве случаев при практически постоянном давлении (р = 0,1 МПа), для которого и построена рас­смотренная диаграмма. Если значения давления существенно отличаются от атмосферного, расчет и построение процессов конди­ционирования ведется по специальным d, i-диа­граммам.

Любой процесс изменения состояния воздуха в СКВ можно представить в виде нагревания, охлаждения, осушения, увлажнения либо их комбинации и изобразить в d, i-диаграмме.

Рис.6.8. Изображение процессов обработки а) и смешения б) воздуха в d,i – диаграмме.

Под нагреванием воздуха понимают процесс повышения его температуры. Процесс сухого нагревания воздуха (без измене­ния влагосодержания d) осуществляется в поверхностных теплооб­менниках. Воздух, проходя через них, соприкасается с нагреватель­ными поверхностями и воспринимает теплоту. Процесс пойдет по линии d=const, сопровождаясь понижением относительной влаж­ности φ и увеличением энтальпии i и температуры t. На d, i-диа­грамме он -изобразится вертикальной прямой, 'направленной по лучу 12 (рис. 6.8,а).

Увлажнение воздуха характеризуется увеличением влагосодержания при введении в него небольших количеств воды или пара в специальных увлажнителях или соприкосновении воздуха с греющей или охлаждающей водой. Процесс увлажнения воздуха паром практически изотермический, характерен для судовых увлажнителей и изображается на d, i-диаграмме лучом 13. Увлажнение воздуха паром из котла имеет существенный недостаток: в подаваемом на увлажнение паре могут присутствовать включения от реагентов, вводимых для водообработки котлов и примеси от топлива при протечках змеевиков топливных танков.

Линии процессов, лежащие между лучами 1-2 и 13, характе­ризуют изменение состояния приточного воздуха из системы конди­ционирования, работающей в летнем режиме (режиме охлажде­ния), при его взаимодействии с воздухом помещения. Более хо­лодный и сухой воздух, поступающий из СКВ, смешиваясь с воз­духом охлаждаемого помещения, нагревается и увлажняется. Подобные процессы называются процессами т еп л о в л а го а ссим и л я ц и и (поглощением тепла и влаги).

Процессы, характеризующие адиабатное увлажнение возду­ха водой с температурой tвод = 0° С, протекают при постоянной энтальпии (i = const) и изображаются лучом 1—4. Область между лучами 1—3 и 1—4 соответствует процессам, в которых рост эн­тальпии и влагосодержания сопровождается понижением темпера­туры воздуха и соответствует увлажнению воздуха водой с различ­ной температурой.

Под охлаждением воздуха понимается процесс понижения температуры. Он происходит в поверхностных или контактных воз­духоохладителях.

Луч 1—5 характеризует процессы охлаждения воздуха без из­менения влагосодержания. Линии, лежащие между лучами 1 4 и 1 - 5 показывают изменение состояния приточного воздуха из системы кон­диционирования, работающей в зимнем режиме (в режиме обогре­ва), при его смешивании с воздухом помещения.

Линия 2 — 5 делит все изменения состояния воздуха на процес­сы, протекающие с осушением (левая область) и с увлажнением (правая область). Осушение воздуха характеризуется умень­шением его влагосодержания и протекает при соприкоснове­нии воздуха с твердой поверхностью, имеющей температуру, более низкую, чем точка росы воздуха. Подобные процессы осушения воздуха лежат в основе процессов осушения всех судовых кондиционеров. Осушение может происходить и в специальных установках — адсорберах (с твердым влагопоглотителем) и абсорберах (с жидким влагопоглотителем).

Луч 1—7 характеризует процессы адиабатного осушения, характерные для осушителей с твердым сорбентом (адсорбентом).

Адсорбент- — это вещество с сильно развитой капиллярной структурой. Внут­ренняя площадь поверхности 1 кг подобного вещества (силикагеля, цеолита и др.) может достигать нескольких сотен тысяч квадратных метров. Поглощение влаги адсорбентами происходит из-за более высокого давления воздушной среды по сравнению с давлением над мениском в капилляре адсорбента. В процессе осушения воздуха выделяется теплота адсорбции, нагревающая адсорбент, кото­рый в свою очередь повышает температуру воздуха. В зависимости от началь­ного состояния воздуха нагрев может достигать 40 — 50°С.

Линии, лежащие в области между лучами 1—6 и 1 — 7, характе­ризуют осушение воздуха абсорбентами.

Абсорбенты — это водные растворы солей, обладающие значительно более низким по сравнению с водой парциальным давлением водяных паров над по­верхностью при той же температуре. Подобное явление вызывает интенсив­ную конденсацию паров над поверхностью раствора. Наибольшее распростране­ние в качестве абсорбентов получили водные растворы хлористого кальция CaCl2 6H2O и хлористого лития LiCl. Изменяя концентрацию жидких сорбентов, можно варьировать в широких пределах температуру и влажность воздуха.

И, наконец, процессы, лежащие в области между лучами 1 6 и 1—5, характеризуют охлаждение и осушение воздуха в воздухо­охладителях (рис. 6.8,б). Пусть состояние воздуха на входе в возду­хоохладитель характеризуется точкой 1. Если температура поверхности воздухоохладителя выше точки росы воздуха tрос, окончание изменения состояния воздуха будет характеризо­ваться точкой 2", лежащей на прямой 1d1, выше точки 2'. В слу­чае равенства температуры поверхности воздухоохладителя и точки росы воздуха теоретически предельное конечное состояние воздуха будет характеризоваться точкой 2', лежащей на линии насыщения. Если же температура поверхности охладителя ниже tрос, воздух будет одновременно охлаждаться и осушаться, направление этого процесса условно изобразится прямой 1 2, а конечное состояние воздуха — точкой 20, лежащей на прямой 12, выше точки 2. В ре­зультате влагосодержание воздуха снизится на d1d20, а уменьше­ние теплоты определится разностью энтальпий i1— i2°.

Кроме перечисленных процессов, в СКВ обычно происходит смешение частей воздуха, различных по своему состоянию и массе. Рассмотрим процесс подобного смешения. Пусть точка 1 характе­ризует воздух массой m1 и энтальпией i1, а точка 3 — воздух мас­сой mз и энтальпией i3 (см. рис. 6.8,б). Тогда точка 4 состояния смеси может быть найдена из уравнений баланса теплоты и влаги:

i4(m1 + m3) = i1 m1 + i3m3 ; (6.5)
d4(m1 + m3) = d1m1 + d3m3. (6.6)

Решая совместно уравнения (6.5) и (6.6), находим

m1/mз = (iзi4) = (d3—d4)l(d4—d1). (6-7)

Это выражение определяет уравнение прямой линии, проходя­щей через три точки с координатами (i1, d1; i3, d3; i4, d4). Таким об­разом, точка 4 смеси принадлежит прямой, соединяющей состоя­ния воздуха 1 и 3, а ее положение определяется из правила равен­ства моментов: точка 4 делит отрезок 1 3 на части, обратно про­порциональные массам смешиваемых порций воздуха.






Дата добавления: 2016-06-29; просмотров: 4861; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2022 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.07 сек.