10372

Gс.в, Gв.п, Gв.в. – масса сухой части, водяного пара и влажного воздуха, соответственно, кг;

Rс.в, Rв.п., Rв.в. – газовая постоянная сухой части (Rс.в. =287 Дж/(кг К)), водяного пара (Rв.п. = 461 Дж/(кг К)) и влажного воздуха;

V – объем влажного воздуха, м3;

T – температура влажного воздуха.

Газовая постоянная для влажного воздуха определяется из выражения:

Если воздух абсолютно сухой, то его парциальное давление Рс.в. = Рб.

Тогда, зная газовую постоянную Rс.в. = 287 Дж/(кг К), определим ρс.в. = Рб / 287 T. При давлении 760 мм рт. ст. (101325 Па) ρс.в. = 101325 / 287 T ≈ 353 / T.

Для водяного пара (Rв.п. = 461 Дж/(кг К) ρв.п. = 101325 / 461 T ≈ 219 / T.

Для влажного воздуха плотность определится как для смеси сухого воздуха и водяного

пара:

Из приведенного расчета следует вывод - плотность влажного воздуха меньше плотности сухого воздуха.

При обычных условиях в помещении парциальное давление водяного пара незначительно, второе слагаемое в выражении (1.6) незначительно и, поэтому, в инженерных расчетах принимают:

ρв.в. = ρс.в. = 353 / T.

Влагосодержание воздуха – масса водяного пара в килограммах, приходящегося на 1 кг сухого воздуха в составе влажного воздуха:

где принята следующая подстановка Рс.в. = Рб – Рв.п..

Выражение (1.7) неудобно использовать в практических целях из-за малых величин d, поэтому чаще применяют зависимость, где единицей измерения является г/кг сух.возд.:

50

где Рв.п. – парциальное давление водяного пара при заданных условиях, Па; Рп.н. – то же в состоянии полного насыщения, Па.

Для графического изображения состояния влажного воздуха применяют I-d – диаграмму влажного воздуха, где выделяют три стадии влажностного состояния воздуха, представленные на рис. 1.47.

Рис. 1.47. Основные стадии влажного воздуха при изображении на I-d – диаграмму

При относительной влажности φ = 100 % воздух полностью насыщен водяными парами («насыщенный влажный воздух»). Водяные пары находятся в насыщенном состоянии.

При φ < 100 % водяные пары находятся в воздухе в перегретом состоянии, а воздух называют «насыщенным влажным воздухом».

На основе понятия относительной влажности можно представить следующее выражение влагосодержания:

В практической деятельности значения теплоемкости сухого воздуха сс.в. и водяного пара св.п. в интервалах температур 0…200 °С принято считать постоянными величинами и, соответственно, рав-

ными: сс.в. = 1,005 кДж/(кг∙ºС) и св.п. = 1,8 кДж/(кг∙ºС).

Под энтальпией понимают количество теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг воздуха, чтобы изменить его температуру от 0 ºС до заданного значения.

Принято считать, что при 0 ºС энтальпия сухого воздуха равна 0, т. е. Iс.в.= 0, тогда при

В развернутом виде уравнение энтальпии влажного воздуха имеет вид:

После подстановки цифровых значений теплоемкости сухого воздуха, теплоемкости водяного пара и скрытой теплоты парообразования получаем

Первое слагаемое (1,005 t) представляет собой явную теплоту, а второе (2500+1,8 t) d /

1000 – скрытую теплоту.

51

где Qп – полное количество тепла (полная теплота), переданное при изменении состояния воздуха, кДж/ч;

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

Коэффициент ε определяет соотношение изменений количества теплоты и влаги в воздухе

впроцессе его обработки.

Взависимости от соотношения I и d угловой коэффициент может изменять свой знак и величину от 0 до .

На полях диаграммы нанесены направления «масштабных лучей», соответствующие значениям углового коэффициента от - ∞ до + ∞. масштабные лучи проходят через начало координат диаграммы (I = 0; d = 0).

При построении луча процесса сначала проводят вспомогательный луч, исходящий из начала координат в соответствующем направлении (в зависимости от значения ε), а затем через точку начального состояния проводят линию процесса параллельно вспомогательному лучу.

Характерные варианты изменения состояния воздуха и их изображение на I-d–диаграмме

Рис. 1.51. Изображение процессов на I-d–диаграмме

1-2: например, процесс нагрева воздуха в поверхностном теплообменнике (в результате контакта с сухой нагретой поверхностью). Воздух получает явную конвективную теплоту, температура и энтальпия возрастают, относительная влажность уменьшается, а влагосодержание остается постоянным – процесс идет по линии d=const. Угловой коэффициент равен ε =+ ∞.

1-3: например, процесс охлаждения воздуха в результате контакта с сухой охлажденной поверхностью (в поверхностном воздухоохладителе с температурой поверхности выше температуры точки росы). Конденсации влаги нет. Угловой коэффициент равен ε =+ ∞.

1-4: процесс 1-3 может продолжаться до линии насыщения (φ = 100 %). Тогда температура воздуха достигнет значения температуры точки росы tр (точка 4).

1-5: Влажный воздух одновременно нагревается и увлажняется и приобретает параметры точки 5. Такой процесс протекает, когда приточный воздух ассимилирует тепло- и влаговыделения в помещении. Угловой коэффициент луча процесса > 0.

55

1-6: осушка и охлаждение воздуха при прямом контакте воздуха с охлажденным абсорбентом, например, раствором хлористого лития в камерах орошения или в аппаратах с орошаемой насадкой. Угловой коэффициент > 0.

1-7: процесс изотермического увлажнения. Такой процесс возможен, например, при обработке воздуха насыщенным водяным паром с температурой равной температуре воздуха (tп = t1). Угловой коэффициент луча процесса > 0.

1-8: процесс изотермической осушки. Такие процессы возможны при использовании сорбентов c температурой равной температуре обрабатываемого воздуха. Угловой коэффициент луча процесса > 0.

1-9: процесс адиабатического увлажнения. Подобные процессы осуществляют в оросительных камерах приточных установок при температуре разбрызгиваемой через форсунки воды равной tм. Для этого используется рециркуляционная вода. Угловой коэффициент луча процесса0. Точное равенство = 0 возможно лишь при tм = 0 °С.

1-10: продолжение луча до линии полного насыщения (до точки 10) приведет к понижению температуры воздуха до значения температуры мокрого термометра tм.

1-11: процесс адиабатической осушки. Такой процесс возможен при обработке воздуха с помощью растворов абсорбентов или твердых адсорбентов.

Процессы обработки воздуха, луч которых не совпадает с линиями постоянных величин t или d (например, 1-5, 1-6) называют промежуточными или политропными.

Любой политропный процесс на I-d–диаграмме можно представить в виде суммы двух процессов: с постоянным влагосодержанием и постоянной температурой.

Для доказательства этого рассмотрим процесс изменения параметров влажного воздуха от точки 1 до точки 2 (рис.1.52).

Рис. 1.52. К расчету политропного процесса обработки воздуха

Расчеты параметров воздуха на I-d–диаграмме всегда производятся по полной теплоте:

56

где: ∆d2-1 = ∆d2-к = (d2 – d1) – разность влагосодержаний, соответствующих конечному и начальному состояниям воздуха в процессе обработки.

1.3.3. Классификация систем вентиляции

Единой унифицированной формулировки классификации систем вентиляции в настоящее время найти достаточно сложно. Наиболее часто встречающееся определение систем вентиляции по различным признакам представлено на рис. 1.53.

По назначению системы вентиляции делят на приточные (обеспечивают подачу чистого воздуха в помещение) и вытяжные (обеспечивают удаление загрязненного воздуха из помещения).

В современных системах все чаще используют энергосберегающие установки, позволяющие утилизировать теплоту удаляемого воздуха для подогрева наружного воздуха, в которых совмещаются функции и приточной и вытяжной вентиляции. Такие системы называют приточ-

но-вытяжными.

Движение воздуха в элементах систем вентиляции может происходить за счет действия нагнетателя (вентилятора, воздуходувки). Такие системы называют механическими или системами с принудительной циркуляцией.

Рис. 1.53. Классификация систем вентиляции

57

Если движение происходит под действием сил гравитации или ветрового давления, то си-

стема называется естественной или гравитационной.

Важным признаком, по которому различаются системы вентиляции, является способ организации воздухообмена. Если в помещении имеются источники вредных выделений, эти выделения могут свободно распространяться по объему помещения. Действие приточных и вытяжных вентсистем создаст общую циркуляцию воздуха в помещении, в результате чего в рабочей зоне формируются поля нормируемых значений скорости, температуры и концентраций примесей. Расположение мест подачи и удаления воздуха непосредственно не связано с расположением источников. Такой способ организации воздухообмена называется обшеобменной вентиляцией.

Взависимости от схемы организации движения воздушных масс различают общеобменную вентиляцию вытесняющую (направление движения воздушных масс совпадает е естественным направлением движения вредных выделений) и перемешивающую (когда эти направления не совпадают).

Другой способ состоит в том, что расположение мест подачи и удаления воздуха непосредственно связано с расположением источников. Последние в этом случае снабжаются приемниками (местными отсосами), которые улавливают вредные выделения в месте их возникновения, не давая им распространяться в объеме помещения. Приток также подается на рабочее место вблизи источника, создавая здесь некоторые особые условия (повышенную скорость движения воздуха, пониженную температуру и концентрацию примесей), компенсируя тем самым тяжелые условия труда вблизи источников, интенсивно выделяющих теплоту и газы. Такая вентиляция называется местной.

Впромышленных зданиях, данные способы вентиляции совмещаются.

Рис. 1.54. Классификация и основные элементы систем приточной вентиляции: П1 – общеобменная механическая система приточной вентиляции; П2 – местная механическая система приточной вентиляции; 1 – узел воздухозабора (воздухозаборная жалюзийная решетка, устанавливаемая на высоте не ниже 2 м от уровня земли); 2 – воздухозаборная шахта, выполняемая из кирпича или иных строительных материалов (при размещении приточной камеры в подвальном помещении здания); 3 – форкамера, часть приточной камеры, предназначенная для перевода потока наружного воздуха на ось оборудования камеры; 4 – приточная камера в составе: утепленный клапан-приемное устройство для регулирования расхода поступающего наружного воздуха и предотвращения попадания холодного воздуха в помещение при неработающей вентиляции; фильтр; теплообменник для нагрева или охлаждения воздуха; устройство для увлажнения или осушки воздуха; вентилятор; 5 – приточный вентилятор (может находится внутри блочной камеры, как в системе П2); 6 – шумоглушитель (может быть встроенным в блочную камеру, как в системе П2); 7 – магистральный воздуховод; 8 – ответвление; 9 – воздухораспределительустройство для подачи обработанного воздуха в помещение.

58