ОТОПЛЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

D-ДИАГРАММА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА

На основе уравнений (111.12), (111.15) и (ІГІ.18') проф. Л. К. Рам - зиным в 1918 г. была составлена так называемая I—^-диаграмма, ши­роко используемая в расчетах вентиляции, кондиционирования воздуха, осушки и других процессов, связанных с изменением состояния влажно­го воздуха. В I—^-диаграмме графически связаны все параметры, опре­деляющие тепловлажностное состояние воздуха: I, d, t, <р, рш.

Диаграмма I—d приведена нй рис. III.1, а, б. Она построена в ко­соугольной системе координат. Такая система позволяет расширить на диаграмме область ненасыщенного влажного воздуха, что делает диа­грамму удобной для графических построений.

По оси ординат диаграммы (рис. III.1, а) отложены значения эн­тальпии /, кДж/кг сухой части влажного воздуха, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к оси /, отложены значения влагосодержа - ния d, г/кг сухой части влажного воздуха. Поле диаграммы разбито ли­ниями постоянных значений энтальпии /=const и влагосодержания d — = const. На него нанесены также линии постоянных значений темпера­туры t—const, положение которых может быть определено следующим образом.

Какая-либо точка 1, лежащая на изотерме /i=const, соответствует энтальпии /ь значение которой графически на /—^-диаграмме равно сумме трех отрезков (см. рис. III.2). Размеры отрезков определяются уравнением (III.18), .которое можно после преобразования записать в виде

^ = 2,5 <*!+ 1,005 + 1,8- Ю""3^ df. (111.21)

Из уравнения (III.21) и схемы рис. III.2 можно сделать вывод, что в I—^-диаграмме изотермы не параллельны между собой и чем выше температура влажного воздуха, тем больше отклоняются вверх его изо­термы.

В нижней части /—^-диаграммы на рис. III.1, а расположена кри­вая, имеющая самостоятельную ось ординат. Она связывает в соответ­ствии с выражением (II 1.12) влагосодержание d, г/кг, с упругостью во­дяного пара рп, кПа. Ось ординат этого графика является шкалой пар­циального давления водяного пара рп.

Кроме линий постоянных значений 7, d и t, на поле диаграммы на­несены линии постоянных значений относительной влажности воздуха Ф = const. Для их построения прежде всего строится кривая, соответст­вующая ф = 100%. Зависимость давления водяного пара в насыщенном состоянии от температуры определена экспериментально и приводится в специальных таблицах термодинамического состояния влажного воз­духа, составленных М. П. Вукаловичем. Пользуясь этими таблицами, формулой (III.12) или кривой рп (d), можно найти положение точек, со­ответствующих состоянию полного насыщения воздуха водяными пара­ми. Геометрическое место этих точек дает положение кривой ф = 100 % на поле /—^-диаграммы. Зависимость (III. 15) позволяет определить от­носительно линии ф = 100% положение остальных линий ф=соп8І, со­ответствующих другим значениям относительной влажности воздуха.

Если положение изотерм (t — const) и изоэнтальпий (/=const) в I—^-диаграмме практически не зависит от барометрического давления В, то положение кривых ф=const меняется с изменением давления В. Диаграмма I—d, приведенная на рис. III.1, а, построена для стандарт­ного барометрического давления В, равного 101, 325 кПа (одна физиче­ская атмосфера).

Рис. Ill 1 I — ^-диаграмма влажного воздуха

А — в единицах системы СИ (построена дпя барометрического давления 101, 325 кПа), б —в единицах системы МКГСС (построена для барометрического давления 760 мм рт ст )

Рис III2 Графическое изображение энтальпии, которой соответствует точка 1, и построение ли­нии /i=const на I—й-диаграмме

Изменение относительной влажности с изменением давления можно просле­дить, пользуясь формулой (III. 15), кото­рую запишем в виде

(ф/В)Рнп 1— (Ф/В) Рнп

Значение рил, как было сказано, за­висит только от температуры, поэтому если при постоянных / и d изменять дав­ление В, то относительная влажность <р будет изменяться прямо пропорциональ­но В. Таким образом, при изменении дав­ления отношение ф/В остается постоян­ным. Это положение позволяет использовать I—^-диаграмму, построен­ную для одного давления В, например в 101,325 кПа (рис. III.1,а), при другом барометрическом давлении Значения <pb которым при этом будут соответствовать линии ф=const, определятся условием

Поле /—Й-диаграммы разделено линией ф=Ю0% на две части. Выше этой линии расположена область ненасыщенного влажного воз­духа. Линия ф== 100% соответствует состоянию воздуха, насыщенного водяными парами. Ниже этой линии — область перенасыщенного воз­духа (воздуха в метастабильном состоянии, область тумана), которая используется при расчете воздушного холодильного цикла (в турбоде - тандере) и при применении воздуха в области тумана.

Каждая точка в поле диаграммы соответствует определенному теп - ловлажностному состоянию воздуха. Положение точки определяется любыми двумя из пяти (/, d, t, ф, ра) параметров состояния. Остальные три могут быть определены по /—d-диаграмме как производные. Диа­грамма удобна не только для определения параметров состояния возду­ха, но и для построений изменения его состояния при нагреве, охлаж­дении, увлажнении, осушке, смешении и со­четании этих процессов в произвольной по­следовательности.

Пользуясь /—d-диаграммой, легко по­лучить еще два очень важных параметра тепловлажностного состояния воздуха: тем­пературу точки росы воздуха /р и темпера­туру мокрого термометра воздуха tM.

Рис III 3 Определение по I — й-диаграмме темпера­туры мокрого термометра и температуры точки росы tVA воздуха, состоянию которого соответствует точка А

Температура точки росы /р равна температуре насыщенного водя­ными парами ьоздуха при данном влагосодержании. Для получения этой температуры нужно на /—^-диаграмме от точки, соответствующей данному состоянию воздуха, опуститься по линии d=const до пересече­ния с линией ф=100%. Проходящая через точку пересечения линия t = =const будет соответствовать значению tp.

Температура мокрого термометра равна температуре насыщенного водяными парами воздуха при данной энтальпии. В /—d-диаграмме температуре іж соответствует линия /=const, проходящая через точку пересечения линии /=const заданного состояния воздуха с линией ф = = 100%.

На рис. III.3 приведены построения для определения температур /р и tM воздуха, состоянию которого соответствует точка А.

§ 8 ИЗОБРАЖЕНИЕ В /-d-ДИАГРАММЕ ПРОЦЕССА

ИЗМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОГО СОСТОЯНИЯ

ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА

В вентиляционном процессе происходят изменения тепловлажност - ного состояния воздуха, которые удобно прослеживать и рассчитывать с помощью /—с?-диаграммы. Нанесем на /—с?-диаграмму (рис. III.4) точ­ку /, соответствующую начальному состоянию воздуха, и точку 2, соот­ветствующую его измененному состоянию. Линия, соединяющая эти две точки, характеризует процесс изменения состояния воздуха.

При изображении элементарных процессов нагрева, охлаждения, увлажнения и т. д. точки, соответствующие начальному и конечному со­стоянию воздуха, соединяют прямой линией. Эта линия характеризует процесс изменения параметров воздуха, и ее называют лучом процесса.

Направление луча процесса в /—^-диаграмме определяют угловым коэффициентом є. Если начальное состояние воздуха соответствует па­раметрам /і и d, а конечное — параметрам /2 и с?2, то угловой коэффици­ент е равен отношению

/,. __ / A/i_ о

8 = /—f - 103 = 103. (111.24)

Йх — Ог

Единица величины є в системе СИ — кДж/кг влаги, в системе МКГСС — ккал/кг влаги. Этот коэффициент характеризует направле­ние изменения состояния воздуха и определяет соотношение изменений количества тепла и влаги в воздухе. Если начальные параметры раз­личны, а изменения состояний воздуха связаны с одинаковой величиной приращения тепла на каждый килограмм воспринятой или отданной влаги, то угловые коэффициенты будут одинаковыми, а лучи в /—d-ди­аграмме, характеризующие эти изменения состояний, будут параллель­ны. Для нанесения на /—^-диаграмму луча процесса необходимо иметь точку, соответствующую начальному или конечному состоянию воздуха, и значение углового коэффициента. Для облегчения такого построения на /—^-диаграмме нанесены направления «масштабных лучей», соответ­ствующих угловым коэффициентам е от—оо до +оо кДж/кг. Масштаб­ные лучи исходят из начала координат (1=0, d=0), а значения их угловых коэффициентов нанесены на направлениях лучей по контуру основного поля /—^-диаграммы. При изображении процесса изменения состояния воздуха необходимо провести луч процесса через заданную точку параллельно масштабному лучу, имеющему заданный угловой коэффициент.

В зависимости от соотношения А/ и Ad угловой коэффициент є [формула (III.24)] может изменять свою величину и знак от 0 до ±оо На рис. III.5 показаны лучи процессов, соответствующие возможным изменениям є. При этом можно выделить четыре сектора с харак­терными изменениями є. В секторе / лучи процесса имеют положи­тельные приращения энтальпии (+А/) и влагосодержания (+Д<і) и их угловые коэффициенты є изменяются от +оо (d=const) до 0 (/ = = const). В секторе II располагаются лучи, имеющие отрицательное приращение энтальпии (—А/) и положительное приращение влагосо­держания (+Ad). Здесь є изменяется от 0 до —оо. Лучи процессов, для которых А/ и Ad имеют отрицательный знак и є изменяется от —оо до 0, лежат в секторе III. В секторе IV приращения ^ЬА/ и —Ad и є изме­няется от 0 до +оо.