Состояние влажного воздуха на психометрической диаграмме определяется с помощью двух указанных параметров. Если, мы выберем любую температуру по сухому термометру и любую температуру по мокрому термометру, то точка пересечения этих линий на диаграмме является точкой, обозначающей состояние воздуха при данных температурах. Состояние воздуха в данной точке обозначено совершенно определённо.
Когда на диаграмме найдено определённое состояние воздуха, все остальные параметры воздуха могут быть определены с помощью J-d диаграммы .
Пример 1.
t = 35°С , а температура точки росы ТР равна t Т.Р. = 12°С , чему равна температура по мокрому термометру?
Решение см. рисунок 6.
На шкале температур находим численное значение температуры точки росы t Т.Р. = 12°С и проводим линию изотермы φ = 100% . Получаем точку с параметрами точки росы — Т.Р .
Из этой точки d = const t = 35°С .
Получаем искомую точку А
Из точки А проводим линию постоянного теплосодержания — J = const до пересечения с линией относительной влажности φ = 100% .
Получаем точку мокрого термометра - Т.М.
Из полученной точки — Т.М. проводим линию изотермы — t = const до пересечения со шкалой температур.
Считываем искомое численное значение температуры мокрого термометра — Т.М. точки А , которое равно
t Т.М. = 20,08°С.
Пример 2.
Если температура влажного воздуха по сухому термометру равна t = 35°С , а температура точки росы t Т.Р. = 12°С , чему равна относительная влажность?
Решение см. рисунок 7.
t = 35°С и проводим линию изотермы — t = const .
t Т.Р. = 12°С и проводим линию изотермы — t = const до пересечения с линией относительной влажности φ = 100% .
Получаем точку росы — Т.Р .
Из этой точки — Т.Р. проводим линию постоянного влагосодержания — d = const t = 35°С .
Это и будет искомая точка А , параметры которой были заданы.
Искомая относительная влажность в этой точке будет равна
φ А = 25%.
Пример 3.
Если температура влажного воздуха по сухому термометру равна t = 35°С , а температура точки росы t Т.Р. = 12°С , чему равна энтальпия воздуха?
Решение см. рисунок 8.
На шкале температур находим численное значение температуры по сухому термометру — t = 35°С и проводим линия изотермы — t = const .
На шкале температур находим численное значение температуры точки росы — t Т.Р. = 12°С и проводим линию изотермы — t = const до пересечения с линией относительной влажности φ = 100% .
Получаем точку росы — Т.Р.
Из этой точки — Т.Р. проводим линию постоянного влагосодержания — d = const до пересечения с линией изотермы по сухому термометру t = 35°С .
Это и будет искомая точка А , параметры которой были заданы. Искомое теплосодержание или энтальпия в этой точке будет равна
J А = 57,55 кДж/кг.
Пример 4.
При кондиционировании воздуха, связанного с его охлаждением (тёплый период года) мы в основном заинтересованы в определении количества тепла, которое должно быть отведено, чтобы в достаточной степени охладить воздух для поддержания расчётных параметров микроклимата в помещении. При кондиционировании воздуха, связанного с его нагревом (холодный период года), наружный воздух необходимо подогреть для обеспечения расчётных условий в рабочей зоне помещения.
Предположим, например, что наружная температура воздуха по мокрому термометру равна t H T.M = 24°С , а в кондиционируемом помещении необходимо поддерживать t B T.M = 19°С по мокрому термометру.
Общее количество тепла, которое необходимо отвести от 1 кг сухого воздуха, определяется по следующей методике.
См. рисунок 9.
Энтальпия наружного воздуха при t H T.M = 24°С по мокрому термометру равна
p= J Н = 71,63 кДж/ на 1 кг сухого воздуха.
Энтальпия внутреннего воздуха при t B TM = 19 °С по мокрому термометру равна
J В = 53,86 кДж/ на 1 кг сухого воздуха.
Разность энтальпий между наружным и внутренним воздухом равна:
JН — JВ = 71,63 — 53,86 = 17,77 кДж/кг.
Исходя из этого, общее количество тепла, которое должно быть отведено при охлаждении воздуха с t H T.M = 24°С по влажному термометру до t B T.M = 19°С по влажному термометру, равно Q = 17,77 кДж на 1 кг сухого воздуха , что равно 4,23 ккал или 4,91 Вт на 1 кг сухого воздуха.
Пример 5.
Во время отопительного сезона необходимо нагреть наружный воздух с t Н = - 10°С по сухому термометру и с t H T.M = - 12,5°С по мокрому термометру до температуры внутреннего воздуха t В = 20°С по сухому термометру и t B T.M = 11°С по мокрому термометру. Определить количество сухого тепла, которое должно быть добавлено к 1 кг сухого воздуха.
Решение см. рисунок 10.
На J–d диаграмме по двум известным параметрам – по температуре сухого термометра t Н = - 10°С и по температуре мокрого термометра t H T.M = - 12,5°С определяем точку наружного воздуха исходя из температуры по сухому термометру t Н = - 10°С и из температуры наружного воздуха – Н .
Соответственно, определяем точку внутреннего воздуха – В .
Считываем теплосодержание — энтальпию наружного воздуха — Н , которая будет равна
J Н = - 9,1 кДж/ на 1 кг сухого воздуха.
Соответственно, теплосодержание — энтальпия внутреннего воздуха — В будет равна
J В = 31,66 кДж/ на 1 кг сухого воздуха
Разность энтальпий внутреннего и наружного воздуха равна:
ΔJ = J В — J Н = 31,66 — (-9,1) = 40,76 кДж/ кг.
Это изменение количества тепла является изменением количества тепла только сухого воздуха, т.к. нет изменения его влагосодержания.
Сухое или явное тепло – тепло , которое добавляется или отводится от воздуха без изменения агрегатного состояния пара (изменяется только температура).
Скрытая теплота – тепло, идущее на изменение агрегатного состояния пара без изменения температуры. Температура точки росы обозначает влагосодержание воздуха.
При изменении температуры точки росы происходит изменение влагосодержания, т.е. иными словами, влагосодержание может быть изменено только при изменении температуры точки росы. Необходимо отметить поэтому, что если температура точки росы остаётся постоянной, то влагосодержание также не изменяется.
Пример 6.
Воздух, который имеет начальные параметры t Н = 24°С по сухому термометру и t H T.M = 14°С по мокрому термометру, должен быть кондиционирован, чтобы его конечные параметры стали равны t К = 24°С по сухому термометру и t K T.M = 21°С по мокрому термометру. Необходимо определить количество добавляемой скрытой теплоты, а также количество добавляемой влаги.
Решение см. рисунок 11.
На шкале температур находим численное значение температуры по сухому термометру — t Н = 24°С , и проводим линию изотермы — t = const .
Аналогично, на шкале температур находим численное значение температуры по мокрому термометру — t H T.M. = 14°С , проводим линию изотермы — t = const .
Пересечение линии изотермы — t H T.M. = 14°С с линией относительной влажности — φ = 100% даёт точку мокрого термометра воздуха с начальными заданными параметрами — точка М.Т.(Н) .
Из этой точки проводим линию постоянного теплосодержания — энтальпии — J = const до пересечения с изотермой — t Н = 24°С .
Получаем точку на J-d диаграмме с начальными параметрами влажного воздуха — точка Н , т считываем численное значение энтальпии
J Н = 39,31 кДж/ на 1 кг сухого воздуха.
Аналогично поступаем для определения точки влажного воздуха на J-d диаграмме с конечными параметрами — точка К .
Численное значение энтальпии в точке К будет равно
J К = 60,56 кДж/ на 1 кг сухого воздуха.
В данном случае к воздуху с начальными параметрами в точке Н необходимо добавить скрытое тепло, чтобы конечные параметры воздуха находились в точке К .
Определяем количество скрытого тепла
ΔJ = J К - J Н = 60,56 — 39,31 = 21,25 кДж/ кг.
Проводим из начальной точки — точка Н , и конечной точки — точка К вертикальные линии постоянного влагосодержания — d = const , и считываем значения абсолютной влажности воздуха в этих точках:
J Н = 5,95 г / на 1 кг сухого воздуха;
J К = 14,4 г / на 1 кг сухого воздуха.
Взяв разность абсолютных влажностей воздуха
Δd = d К -d Н = 14,4 — 5,95 = 8,45 г / на 1 кг сухого воздуха
получим количество влаги, добавляемой на 1 кг сухого воздуха.
Изменение количества тепла является изменением количества только скрытой теплоты, т.к. нет изменения в температуре воздуха по сухому термометру.
Наружный воздух при температуре t Н = 35°С по сухому термометру и t H T.M. = 24°С по мокрому термометру — точка Н , должен быть перемешан с рециркуляционным воздухом, имеющим параметры t Р = 18°С по сухому термометру и φ Р = 10% относительной влажности — точка Р.
Смесь должна состоять из 25% наружного воздуха и 75% рециркуляционного воздуха. Определить конечные температуры смеси воздуха по сухому и влажному термометрам.
Решение см. рисунок 12.
Наносим на J-d диаграмму точки Н и Р согласно исходных данных.
Соединяем точки Н и Р прямой линией — линией смеси.
На линии смеси НР определяем точку смеси С исходя из соотношения, что смесь должна состоять из 25% наружного воздуха и 75% рециркуляционного воздуха. Для этого от точки Р откладываем отрезок равный 25% всей длины линии смеси НР . Получим точку смеси С .
Оставшаяся длина отрезка СН равна 75% длины линии смеси НР .
Из точки С проводим линию постоянной температуры t = const и на шкале температур считываем температуру точки смеси t С = 22,4°С по сухому термометру.
Из точки С проводим линии постоянного теплосодержания J = const до пересечения с линией относительной влажности φ = 100% и получаем точку температуры мокрому термометра t C T.M. смеси. Для получения численного значения из этой точки проводим линию постоянной температуры и на шкале температур определяем численное значение температуры влажного термометра смеси, которое равно t C T.M. = 12°С .
При необходимости на J-d диаграмме можно определить все недостающие параметры смеси:
- теплосодержание, равное J С = 33,92 кДж/кг ;
- влагосодержание, равное d С = 4,51 г/кг ;
- относительную влажность φ С = 27 % .
I-d диаграмма влажного воздуха - диаграмма, широко используемая в расчетах систем вентиляции, кондиционирования , осушки и других процессов, связанных с изменением состояния влажного воздуха. Впервые была составлена в 1918 году советским инженером-теплотехником Леонидом Константиновичем Рамзиным.
Различные I-d диаграммы
I-d диаграмма влажного воздуха (Диаграмма Рамзина):
 Увеличить |
 Увеличить |
 Увеличить |
 Увеличить |
Описание диаграммы
I—d-диаграмма влажного воздуха графически связывает все параметры, определяющие тепловлажностное состояние воздуха: энтальпию, влагосодержание, температуру, относительную влажность, парциальное давление водяных паров. Диаграмма построена в косоугольной системе координат, что позволяет расширить область ненасыщенного влажного воздуха и делает диаграмму удобной для графических построений. По оси ординат диаграммы отложены значения энтальпии I, кДж/кг сухой части воздуха, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к оси I, отложены значения влагосодержания d, г/кг сухой части воздуха.
Поле диаграммы разбито линиями постоянных значений энтальпии I = const и влагосодержания d = const. На него нанесены также линии постоянных значений температуры t = const, которые не параллельны между собой — чем выше температура влажного воздуха, тем больше отклоняются вверх его изотермы. Кроме линий постоянных значений I, d, t, на поле диаграммы нанесены линии постоянных значений относительной влажности воздуха φ = const. В нижней части I—d-диаграммы расположена кривая, имеющая самостоятельную ось ординат. Она связывает влагосодержание d, г/кг, с упругостью водяного пара pп, кПа. Ось ординат этого графика является шкалой парциального давления водяного пара pп.
I-d диаграмма влажного воздуха была создана в 1918 году Л.К. Рамзиным. Плодами труда этого русского учёного пользуются до сих пор. Его диаграмма в настоящее время остаётся верным и надёжным инструментом при расчётах основных свойств влажного воздуха.
Так как расчёт изменения состояния атмосферного воздуха связан с проведением сложных вычислений, то обычно пользуются более простым и удобным методом. Т.е. применяют Рамзина, которую ещё называют психрометрической диаграммой.
В координатах i-d диаграммы нанесены зависимости основных параметров влажного воздуха. Это температура, влагосодержание, относительная влажность, энтальпия. При заданном барометрическом давлении по оси ординат откладывают энтальпию на 1 кг сухого воздуха (кДж/кг). По оси абсцисс откладывают влагосодержание воздуха в г на 1 кг сухого воздуха.
Система координат i-d диаграммы является косоугольной. Угол между осями равен 135º. Такое расположение осей позволяет расширить область ненасыщенного влажного воздуха. Таким образом, диаграмма становится более удобной для графических построений.
Линии постоянной энтальпии I=const проходят под углом 135º к оси ординат. Линии постоянного влагосодержания d=const проходят параллельно оси ординат.
Образованная линиями I=const и d=const сетка состоит из параллелограммов. На них строят линии изотерм t=const и линии постоянных относительных влажностей φ=const.
Стоит отметить, что хоть изотермы и представляют собой прямые линии, но они вовсе не параллельны между собой. Угол их наклона к горизонтальной оси различен. Чем ниже температура, тем более параллельны изотермы между собой. Линии температур, изображённые на диаграмме, соответствуют значениям по сухому термометру.
Кривую с относительной влажностью φ=100 % строят исходя из данных таблиц насыщенного воздуха. Выше этой кривой на диаграмме располагается область ненасыщенного влажного воздуха. Соответственно ниже этой кривой расположена область перенасыщенного влажного воздуха. Влага насыщенного воздуха, характеризующаяся данной областью, находится в жидком или твёрдом состоянии. Т.е. представляет собой туман. Данная область диаграммы не используется в расчётах характеристик влажного воздуха, поэтому её построение опускается.
Все точки диаграммы характеризуют конкретное состояние влажного воздуха. Чтобы определить положение любой точки нужно знать два параметра состояния влажного воздуха из четырёх - I, d, t или φ.
Влажный воздух в любой точке i-d диаграммы характеризуется определённым влаго- и теплосодержанием. Все точки расположенные выше кривой φ=100 %, характеризуют такое состояние влажного воздуха, при котором водяной пар в воздухе находится в перегретом состоянии. Точки, расположенные на кривой φ=100 %, так называемой кривой насыщения, характеризуют насыщенное состояние водяного пара в воздухе. Все точки, распложенные ниже кривой насыщения, характеризуют состояние, при котором температура влажного воздуха ниже температуры насыщения. Следовательно, в воздухе будет находиться влажный пар. Это означает, что влага в воздухе будет состоять из смеси сухого пара и капелек воды.
При решении практических задач i-d диаграмма применяется не только для вычисления параметров состояния воздуха. С её помощью также строят изменения его состояния при процессах нагревания, охлаждения, увлажнения, осушения, а также их произвольном сочетании. В расчётах часто используются такие параметры воздуха как температура точки росы t р и температура мокрого термометра t м. Оба параметра могут быть построены на i-d диаграмме.
Температура точки росы t р - это температура, соответствующая значению до которого должен быть охлаждён влажный воздух, чтобы стать насыщенным при постоянном влагосодержании (d=const). На i-d диаграмме температура точки росы t р определяется следующим образом. Берётся точка, характеризующая заданное состояние влажного воздуха. Из неё проводим параллельно оси ординат прямую до пересечения с кривой насыщения φ=100 %. Та изотерма, которая будет пересекать эту кривую в полученной точке, и будет показывать температуру точки росы t р при заданном влагосодержании воздуха.
Температура мокрого термометра t м - это температура при которой влажный воздух, охлаждаясь становится насыщенным при постоянном влагосодержании. Для определения температуры мокрого термометра на i-d диаграмме делают следующее. Через точку, характеризующую заданное состояние влажного воздуха проводят линию постоянной энтальпии I=const до пересечения с кривой насыщения φ=100 %. Значение температуры мокрого термометра будет соответствовать изотерме, проходящей через точку пересечения.
На i-d диаграмме все процессы перехода воздуха из одного состояния в другое изображаются кривыми, проходящими через точки, характеризующие начальное и конечное состояние влажного воздуха.
Как применять i-d диаграмму влажного воздуха? Как уже говорилось выше для определения состояния воздуха нужно знать любые два параметра диаграммы. Например, возьмем какую-либо температуру по сухому термометру и какую-либо температуру по мокрому термометру. Найдя точку пересечения линий этих температур, получим состояние воздуха при заданных температурах. Таким образом, данная точка чётко характеризует состояние воздуха. Аналогично примеру, по этим температурам можно найти состояние воздуха в любой точке i-d диаграммы.
Нашли ошибку? Выделите её и нажмите Ctrl+Enter . Будем благодарны за помощь.
Основные свойства влажного воздуха можно с достаточной для технических расчетов точностью определить при помощи i-х - диаграммы, разработанной Л.K. Рамзиным (1918 г.). Диаграмма i-х (рис. 1, 2) построена для постоянного давления р = 745 мм рт. ст. (около 99 кН/м 2), которое, по многолетним статистическим данным, принято как среднегодовое для центральных районов бывшего СССР.
На оси ординат отложены в определенном масштабе энтальпии i, а на наклонной оси абсцисс - влагосодержание х. Угол между осями координат - 135°, но для удобства пользования значения влагосодержания х спроектированы на вспомогательную ось, перпендикулярную оси ординат.
На диаграмме имеются линии:
- · постоянного влагосодержания (х = const) - вертикальные прямые, параллельные оси ординат;
- · постоянной энтальпии (i = const) - прямые, параллельные оси абсцисс, т.е. направленные под углом 135° к оси ординат;
- · постоянных температур, или изотермы (t = const);
- · постоянной относительной влажности (ц = const);
- · парциальных давлений водяного пара (р) во влажном воздухе, значения которых отложены в масштабе на правой оси ординат диаграммы.
Рис. 1. Диаграмма влажного воздуха i - х (а)
Линии постоянных температур, или изотермы, задаются при данной температуре t = const двумя произвольными значениями х 1 и х 2 . Затем вычисляют значение i, соответствующее каждому значению х. Полученные точки (х 1 , i 1) и (х 2 , i 2) наносят на диаграмму и проводят через них прямую, которая является изотермой t = const.
Линии постоянной относительной влажности выражают зависимость между х и р при ц = const. Принимая при данном ц = const несколько произвольных температур t 1 , t 2 , t 3 для каждой из них находят по таблицам водяного пара соответствующие значения р и вычисляют отвечающее ему значение х. Точки с известными координатами (t 1 , х 1), (t 2 , х 2), (t 3 , х 3) и т.д. соединяют кривой, которая является линией ц = const.
Рис. 2.
При температурах t > 99,4 °С величина ц не зависит от температуры (так как при этом р = 745 мм рт. ст., для которого построена диаграмма) и практически является величиной постоянной. Поэтому линии ц = const при 99,4 °С имеют резкий перелом и идут почти вертикально вверх.
Линия ц = 100 % соответствует насыщению воздуха водяным паром при данной температуре. Выше этой линии расположена рабочая площадь диаграммы, отвечающая ненасыщенному влажному воздуху, используемому в качестве сушильного агента.
Линии парциального давления, проведенные в нижней части диаграммы, позволяют определить парциальное давление, если известно положение точки на диаграмме, соответствующей состоянию воздуха.
По диаграмме i-x по любым двум известным параметрам влажного воздуха можно найти точку, характеризующую состояние воздуха, и определить все его остальные параметры.
I-d-диаграмма влажного воздуха была разработана русским ученым, профессором Л.К. Рамзиным в 1918 г. На западе аналогом I-d-диаграммы является диаграмма Молье или психрометрическая диаграмма. I-d-диаграмма применяется в расчетах систем кондиционирования воздуха, вентиляции и отопления и позволяет быстро определить все параметры воздухообмена в помещении.
I-d-диаграмма влажного воздуха графически связывает все параметры, определяющие тепловлажностное состояние воздуха: энтальпию, влагосодержание, температуру, относительную влажность, парциальное давление водяных паров. Использование диаграммы позволяет наглядно отобразить вентиляционный процесс, избегая сложных вычислений по формулам.
Основные свойства влажного воздуха
Окружающий нас атмосферный воздух является смесью сухого воздуха с водяным паром. Эту смесь называют влажным воздухом. Влажный воздух оценивают по следующим основным параметрам:
- Температура воздуха по сухому термометру tc, °C - характеризует степень его нагрева;
- Температура воздуха по мокрому термометру tм, °C - температура, до которой нужно охладить воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении начальной энтальпии воздуха;
- Температура точки росы воздуха tp, °C - температура, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении постоянного влагосодержания;
- Влагосодержание воздуха d, г/кг – это количество водяного пара в г (или кг), приходящееся на 1 кг сухой части влажного воздуха;
- Относительная влажность воздуха j, % – характеризует степень насыщенности воздуха водяными парами. Это отношение массы водяных паров, содержащихся в воздухе, к максимально возможной их массе в воздухе при тех же условиях, то есть температуре и давлении, и выраженное в процентах;
- Насыщенное состояние влажного воздуха – состояние, при котором воздух насыщен водяными парами до предела, для него j = 100 %;
- Абсолютная влажность воздуха е, кг/м 3 — это количество водяных паров в г, содержащихся в 1 м 3 влажного воздуха. Численно абсолютная влажность воздуха равна плотности влажного воздуха;
- Удельная энтальпия влажного воздуха I, кдж/кг – количество теплоты, необходимое для нагревания от 0 °С до данной температуры такого количества влажного воздуха, сухая часть которого имеет массу 1 кг. Энтальпия влажного воздуха складывается из энтальпии сухой его части и энтальпии водяных паров;
- Удельная теплоемкость влажного воздуха с, кДж/(кг.К) – теплота, которую надо затратить на один килограмм влажного воздуха, чтобы повысить температуру его на один градус Кельвина;
- Парциальное давление водяных паров Рп, Па – давление, под которым находятся водяные пары в влажном воздухе;
- Полное барометрическое давление Рб, Па – равно сумме парциальных давлений водяного пара и сухого воздуха (согласно закону Дальтона).
Описание I-d-диаграммы
По оси ординат диаграммы отложены значения энтальпии I, кДж/кг сухой части воздуха, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к оси I, отложены значения влагосодержания d, г/кг сухой части воздуха. Поле диаграммы разбито линиями постоянных значений энтальпии I = const и влагосодержания d = const. На него нанесены также линии постоянных значений температуры t = const, которые не параллельны между собой: чем выше температура влажного воздуха, тем больше отклоняются вверх его изотермы. Кроме линий постоянных значений I, d, t, на поле диаграммы нанесены линии постоянных значений относительной влажности воздуха φ = const. В нижней части I-d-диаграммы расположена кривая, имеющая самостоятельную ось ординат. Она связывает влагосодержание d, г/кг, с упругостью водяного пара Рп, кПа. Ось ординат этого графика является шкалой парциального давления водяного пара Рп. Все поле диаграммы разделено линией j = 100 % на две части. Выше этой линии расположена область ненасыщенного влажного воздуха. Линия j = 100 % соответствует состоянию воздуха, насыщенного водяными парами. Ниже расположена область пересыщенного состояния воздуха (область тумана). Каждая точка на I-d-диаграмме соответствует определенному тепловлажностному состоянию Линия на I-d-диаграмме соответствует процессу тепловлажностной обработки воздуха. Общий вид I-d-диаграммы влажного воздуха представлен ниже во вложенном файле PDF пригоден для печати в форматах А3 и А4.
Построение процессов обработки воздуха в системах кондиционирования и вентиляции на I-d-диаграмме.
Процессы нагрева, охлаждения и смешивания воздуха
На I-d-диаграмме влажного воздуха процессы нагрева и охлаждения воздуха изображаются лучами по линии d-const (рис. 2).
Рис. 2. Процессы сухого нагрева и охлаждения воздуха на I-d-диаграмме:
- В_1, В_2,– сухой нагрев;
- В_1, В_3 – сухое охлаждение;
- В_1, В_4, В_5 – охлаждение с осушением воздуха.
Процессы сухого нагрева и сухого охлаждения воздуха на практике осуществляют, применяя теплообменники (воздухонагреватели, калориферы, воздухоохладители).
Если влажный воздух в теплообменнике охлаждается ниже точки росы, то процесс охлаждения сопровождается выпадением конденсата из воздуха на поверхности теплообменника, и охлаждение воздуха сопровождается его осушкой.