Часть 2. Системы кондиционирования воздуха

Глава 5. Влажный воздух

5.1. Основные свойства и параметры влажного воздуха

Чрезвычайно важным фактором, влияющим на состояние членов экипажей судов и пассажиров судов, является микроклимат, то есть совокупность состава, температуры, давления, влажности и скорости движения воздуха. В природе не существует сухого воздуха, а только влажный, который и является рабочим телом систем кондиционирования.

Влажным воздухом называется смесь сухого воздуха и паров воды. Каждый компонент этой смеси находится под своим парциальным давлением и . Давление влажного воздуха равно сумме парциальных давлений

Чем больше масса водяного пара, содержащегося в паровоздушной смеси, тем выше давление . Максимальную массу водяного пара при данной температуре смеси содержит насыщенный воздух - смесь сухого воздуха и сухого насыщенного пара. Максимальное парциальное давление пара равно давлению насыщения , которое определяется только температурой смеси. В ненасыщенном воздухе и водяной пар находится в перегретом состоянии.

Содержание водяного пара во влажном воздухе характеризуется влагосодержанием и абсолютной влажностью, а близость воздуха к состоянию насыщения – степенью насыщения и относительной влажностью.

Влагосодержанием ( , кг/кг) называется масса водяного пара, приходящегося на 1 кг сухого воздуха.

Степенью насыщения ( ) называется отношение влагосодержаний ненасыщенного и насыщенного воздуха при одинаковой температуре = .

Абсолютной влажностью ( , кг/м³ ) называется масса водяного пара, содержащегося в 1м³ влажного воздуха.

Относительной влажностью ( ) называется отношение абсолютных влажностей ненасыщенного и насыщенного воздуха при одинаковой температуре .

Температура , при которой содержащийся в воздухе пар становится насыщенным, а , называется точкой росы. При понижении температуры воздуха ниже точки росы, водяной пар претерпевает фазовое превращение, в результате чего выпадает из смеси в виде капелек или кристалликов льда.

5.2. Диаграмма d-I

Параметры влажного воздуха определяются по двум известным параметрам, пользуясь психрометрическими табли­цами, аналитическими зависимостями или тепловой диа­граммой di, устанавливающей графическую связь между парамет­рами воздуха. Удобнее употреблять диаграмму di (рис. 1.1), так как она позволяет изображать процессы изменения состояния воздуха.

Рис. 20. Диаграмма d-i для влажного воздуха

Обычно ее строят для барометрического давления р = 0,1013 МПа. На диаграмму наносят семейства линий постоянных энтальпий (i=const), температур (t=const), относительных влажностей ( =const), удельных объемов ( =const). Точки диаграммы, харак­теризующие состояния насыщенного воздуха, соединены линией на­сыщения АВ (см. рис. 20) с = 1. Выше и левее кривой АВ распо­ложена область ненасыщенного воздуха D с < 1, содержащего перегретый водяной пар, ниже ее — область перенасыщенного воз­духа (тумана) Е, состоящего из смеси насыщенного воздуха и вы­павших частиц воды (при t > 0 °С) или инея (при t < 0 °С).

В прямоугольной системе координат область D слишком сжата. Чтобы расширить область ненасыщенного воздуха и повысить точ­ность диаграммы, ее строят в косоугольной системе координат с уг­лом между осями 135°. Поэтому изоэнтальпы расположены не горизонтально, а параллельно наклонной оси абсцисс. Однако для уменьшения площади диаграммы наклонная ось d отбрасывается, а влагосодержания переносятся на условную горизонтальную ось. Линии постоянного влагосодержания (d=const) располагаются на диаграмме вертикально.

Изотермы изображаются прямыми с небольшим возрастающим по мере увеличения температуры t положительным наклоном к гори­зонтальной оси. Изотермы преломляются на линии насыщения и вблизи нее в области тумана практически совпадают по направле­нию с изоэнтальпами. При тепловлажностной обработке воздуха определяющая его состояние точка O (см. рис. 1.1) может оказать­ся в области тумана. Тогда пересыщенный воздух состояния О содержит насыщенный воздух, состояние которого характеризуется точкой О", находящейся на пересечении кривой насыщения с про­ходящей через точку изотермой t₀ (изоэнтальпой i₀), и воду, состоя­ние которой показать на диаграмме нельзя, так как определяющая точка лежит на изотерме t₀ в бесконечности. Дальнейшей обработ­ке будет подвергаться насыщенный воздух состояния О".

Температура t_р определяется и по диаграмме d-i. Для этого из точки начального состояния С (см. рис.20) проводится линия d_с =const до пересечения с кривой насыщения в точке Р. Темпе­ратура t_Р в этой точке является точкой росы для всех состояний воз­духа с влагосодержанием d_С. Охлаждение воздуха ниже t_р сопро­вождается конденсацией водяного пара и уменьшением, т. е. осушением воздуха.