Влажный и сухой воздух

Предположим, что имеется более высокопроизводительная система, способная охлаждать воду до 30 С даже при наружной температуре воздуха в 35 С. Тогда температура воды на входе в конденсатор составила бы 30 С (вместо 45 С для градирни), а температура конденсации достигла 45 С (вместо 60 С). В таком случае данную систему можно было бы назвать идеальной.

С принципом подобной системы знаком каждый. Допустим, вы отдыхаете на море и решили окунуться в ветреную погоду (рис.71.1). После того, как вы вылезли из воды, то начинаете дрожать и стучать зубами. Причиной этому является ветер, который представляет собой смесь невидимых газов (азот, кислород, водяной пар…).

В состав таких газов входит водяной пар, который образуется в результате испарения морской воды. Он поднимается в верхние слои атмосферы, где частично начинает конденсироваться. В результате может образовываться дождь, туман и прохладный воздух, насыщенный паром.

Известно, что воздух это смесь газов, поэтому он может насыщаться только парами воды. Так стекающие после купания капли воды, обязательно превращаются в пар и поглощаются ветром.

В свою очередь испарение возможно только тогда, когда к жидкости подводится тепло. Аналогичная ситуация происходит в испарителе холодильной машины, когда хладагент, проходя через ТРВ, вскипает и начинает поглощать тепло из окружающей среды (рис.71.2).

Что же происходит с мокрым купальщиком, обдуваемым ветром? В это время на нем находится около четверти литра жидкости, для испарения которой человеку понадобиться потратить 600 кДж (килоджоулей). Для того чтобы ему обсохнуть, потребуется 2 мин, при этом холодопроизводительность процесса составит 600 кДж/120 с=5 кВт. Теперь становится ясно, почему купальщика пробирает дрожь, когда его обдувает ветром, поскольку это равно мощности 5 небольших холодильных установок.

Теперь пронаблюдаем за тем, что произойдет с каплей воды (32 С), если ее поместить в сухой воздух с температурой 35 С (рис.71.3). Известно, что сухой воздух может впитывать влагу только в виде водяного пара. Покрывающая поверхность капли тонкая пленка контактирует с сухим воздухом, в результате чего испаряется, а воздух увлажняется.

Поскольку для испарения воды необходимо тепло, без него преобразования фазового состояния не произойдет. В данном случае необходимое тепло выделит сама капля воды. Таким образом, находясь в воздухе, она постепенно испаряется, отдавая тепло на испарение, а значит охлаждается. При длительном ее нахождении в воздухе капля может охладиться на несколько градусов.

Получается, что если собрать дождевые капли в емкость, температура воды будет ниже, чем температура окружающего воздуха (рис.71.4).

Для испарения 1 кг воды необходимо затратить 2450 кДж (для R22 178 кДж).

Если испаряющий воду сухой воздух одновременно ее и охлаждает, то количество тепла, поглощенное в результате испарения будет огромным, что само по себе является эффективной холодильной машиной.