Справочник строителя | Вентиляция - общие сведения

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Газовая оболочка земли - атмосфера - является частью биосферы. Она имеет массу 5,14·10¹⁵ т и состоит из 75,55% азота, 23,1 % кислорода и 1,35 % инертных и прочих газов. Соотношение количеств этих компонентов в атмосферном воздухе стабильно. Кроме того, в атмосферном воздухе всегда содержится некоторое количество водяных паров, которое может изменяться в значительных пределах. Смесь сухого газа с водяным паром называют влажным газом или влажным воздухом. Каждый газ, в том числе и пар, входящий в состав смеси, занимает тот же объем, что и вся смесь, имеет температуру смеси и находится под своим парциальным давлением р_i, Па, которое определяют по уравнению Клапейрона:

где M_i - масса i-ro газа, кг; R - универсальная газовая постоянная [в системе единиц СИ R = 8,314·10³ Дж/(кмоль·К)]; Т - температура смеси, К; V - объем смеси, м³; μ_i - молекулярная масса газа; кг/кмоль; v_i - количество молей i-го газа, входящего в состав смеси .

Отношение массы газа M_i к объему смеси V называют концентрацией ω_i данного газа в смеси.

Сумма парциальных давлений газовых компонентов смеси равна полному давлению смеси (закон Дальтона):

где n - число компонентов смеси.

Барометрическим давлением атмосферного воздуха р₆ называют сумму парциальных давлений сухой его части (р_с.в) и водяного пара (р_в.п):

Барометрическое давление измеряют в Паскалях. Значение парциального давления компонента смеси в состоянии полного насыщения называют парциальным давлением насыщения р_н, или упругостью насыщенного пара.

Смесь, состоящую из сухого воздуха и перегретого водяного пара, называют ненасыщенным влажным воздухом, а смесь, состоящую из сухого воздуха и насыщенного пара, - насыщенным влажным воздухом.

Относительная влажность φ, %, паровоздушной смеси представляет собой отношение концентрации водяного пара ненасыщенного воздуха к концентрации водяного пара насыщенного воздуха при одинаковых температурах и давлениях:

где ω_п - концентрация водяного пара ненасыщенного воздуха, кг/м³; ω_п.н - концентрация водяного пара насыщенного воздуха, кг/м³; р_п и р_п.н - соответственно парциальные давления ненасыщенного и насыщенного пара при температуре паровоздушной смеси.

Для насыщенного воздуха φ = 100 %. Относительную влажность воздуха в помещении нормируют; для общественных и жилых помещений она считается допустимой в диапазоне 30...70 %.

Количество водяного пара, приходящегося на 1 кг сухой части влажного воздуха, называют влагосодержанием воздуха d, г/кг, сухого воздуха:

где М_в.п - масса водяных паров, г; М_с.в - масса сухого воздуха. Используя уравнение Клапейрона, можно записать:

где μ_в.л - молекулярная масса водяного пара; р_в.п - его парциальное давление; μ_с.в - молекулярная масса сухого воздуха; р_с.в – его парциальное давление.

Подставив соответствующие значения молекулярных масс с учетом формулы (3), получим

т.е. на влагосодержание воздуха влияет барометрическое давление, при котором находится воздушно-паровая смесь.

Плотность влажного воздуха р, кг/м³, представляет собой отношение массы воздушно-паровой смеси М, кг, к объему этой смеси V, м³:

Плотность газа прямо пропорциональна его давлению и обратно пропорциональна температуре. Плотность влажного воздуха всегда меньше плотности сухого воздуха, так как молекулярная масса пара меньше молекулярной массы воздуха.

Удельная массовая теплоемкость влажного воздуха (при постоянном давлении) представляет собой количество теплоты, которое нужно затратить для того, чтобы нагреть на один градус 1 кг сухой части влажного воздуха и приходящееся на его долю количество водяных паров:

где с_с.в - удельная массовая теплоемкость сухого воздуха, равная 1,0048 кДж/(кг·К) (средняя для температур в интервале 0... 100°С); с_в.п - удельная массовая теплоемкость водяного пара, равная 1,8068 кДж/(кг·К); d - влагосодержание воздуха, г/кг.

Удельной объемной теплоемкостью влажного воздуха называют количество теплоты, которое нужно затратить, чтобы нагреть на один градус 1 м³ влажного воздуха. При барометрическом давлении 1000 кПа и температуре 0 °С удельная объемная теплоемкость влажного воздуха составляет 1,29 кДж/(м³·К). При изменении температуры и давления удельная объемная теплоемкость влажного воздуха меняется пропорционально объемной массе, поэтому при определении расходов теплоты на нагревание воздуха (или его охлаждение) целесообразнее пользоваться удельной массовой теплоемкостью.

Удельное теплосодержание сухого воздуха, Дж/кг,

где Т - температура воздуха, К.

Удельное теплосодержание насыщенного пара, Дж/кг,

где l_Ж - удельное теплосодержание жидкости, Дж/кг; r - удельная теплота испарения, Дж/кг; с_ж - удельная теплоемкость жидкости, Дж/(кг·К); Т_ж - температура жидкости, К.

Удельную теплоту испарения, кДж/кг, определяют по эмпирической формуле М. И. Фильнеева: r = 2500 - 2,38 Т_ж.

В системе единиц СИ основное уравнение для определения удельного теплосодержания (энтальпии) влажного воздуха имеет вид

В 1918 г. Л. К. Рамзин, используя уравнение (12), предложил l - d-диаграмму, которую успешно применяют до настоящего времени для определения удельного теплосодержания влажного воздуха в зависимости от температуры и количества влаги в нем. Диаграмма, пересчитанная Л.В.Петровым применительно к системе единиц СИ, показана на рис. 1. За начало отсчета удельного теплосодержания влажного воздуха (l_вл = 0) условно принято удельное теплосодержание воздуха при температуре 0°С. Это означает, что при температуре ниже 0 °С его удельное теплосодержание может иметь отрицательное значение.

Рисунок 1. l - d-диаграмма влажного воздуха

Диаграмма построена в косоугольной системе координат с углом между осями 135°. При построении диаграммы приняты следующие масштабы: для удельного теплосодержания l 1 см соответствует 2 кДж/кг сухого воздуха; для влагосодержания d 1 см соответствует 1 г/кг сухого воздух; для парциального давления водяного пара 1 см соответствует 0,2 кН/м².

С помощью этой диаграммы на основании двух любых известных параметров воздуха можно найти и остальные его параметры.

Точкой росы t_p влажного воздуха называют температуру, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении постоянного влагосодержания. Чтобы определить точку росы влажного воздуха с заданным влагосодержанием d, следует вычислить парциальное давление водяного пара р_в.п по вытекающей из (7) формуле

Затем по справочнику, содержащему таблицы парциального давления насыщения р_в.п водяными парами влажного воздуха, находят соответствующую температуру насыщения - это и будет точка росы.

Температурой мокрого термометра t_M называют температуру, которую имеет влажный воздух на стадии полного насыщения в процессе испарения воды без подвода теплоты извне при постоянном теплосодержании.

Итак, основными параметрами состояния влажного воздуха, характеризующими его тепловые и влажностные свойства, являются: температура t, влагосодержание d, теплосодержание l, относительная влажность φ, точка росы t_p, температура мокрого термометра t_м, парциальное давление водяного пара р_в.п, причем параметры t и d могут изменяться произвольно, независимо друг от друга, а каждому конкретному их сочетанию соответствуют определенные числовые значения всех остальных параметров. Эти параметры влажного воздуха используют при расчетах систем вентиляции и кондиционирования.

обсудить на форуме

объявления: стройка и ремонт

Поделитесь ссылкой в социальных сетях