Id диаграмма влажного воздуха. Расчет. Как пользоваться
Учитывая, что влажный воздух является основным объектом вентиляционного процесса, в области вентиляции приходится часто определять те или другие параметры воздуха. Чтобы избежать многочисленных вычислений, их определяют обычно по специальной диаграмме, которая носит название Id диаграммы. Она позволяет быстро определить все параметры воздуха по двум известным. Использование диаграммы позволяет избежать вычислений по формулам и наглядно отобразить вентиляционный процесс. Пример Id диаграммы приведен на следующей странице. Аналогом Id диаграммы на западе является диаграмма Молье или психрометрическая диаграмма.
Оформление диаграммы в принципе может быть несколько различным. Типовая общая схема Id диаграммы показана ниже на рисунке 3.1. Диаграмма представляет из себя рабочее поле в косоугольной системе координат Id, на котором нанесено несколько координатных сеток и по периметру диаграммы – вспомогательные шкалы. Шкала влагосодержаний обычно располагается по нижней кромке диаграммы, при этом линии постоянных влагосодержаний представляют вертикальные прямые. Линии постоянных энтальпий представляют параллельные прямые, обычно идущие под углом 135° к вертикальным линиям влагосодержаний (в принципе, углы между линиями энтальпии и влагосодержания может быть и другим). Косоугольная система координат выбрана для того, чтобы увеличить рабочее поле диаграммы. В такой системе координат линии постоянных температур представляют из себя прямые линии, идущие под небольшим наклоном к горизонтали и слегка расходящиеся веером.
Рабочее поле диаграммы ограничено кривыми линиями равных относительных влажностей 0% и 100%, между которыми нанесены линии других значений равных относительных влажностей с шагом 10%.
Шкала температур обычно располагается по левой кромке рабочего поля диаграммы. Значения энтальпий воздуха нанесены обычно под кривой Ф= 100. Значения парциальных давлений иногда наносят по верхней кромке рабочего поля, иногда по нижней кромке под шкалой влагосодержаний, иногда по правой кромке. В последнем случае на диаграмме добавочно строят вспомогательную кривую парциальных давлений.
Определение параметров влажного воздуха на Id диаграмме.
Точка на диаграмме отражает некое состояние воздуха, а линия – процесс изменения состояния. Определение параметров воздуха, имеющего некое состояние, отображаемое точкой А, показано на рисунке 3.1.
Плотностью называется масса вещества в единице объема. Единица измерения плотности кг/м3. Плотность газов зависит от молекулярной массы, давления и температуры. Средняя молекулярная масса сухого воздуха равна 29, а молекулярная масса ВП – 18. Плотность всех газов уменьшается с повышением температуры, так как при нагревании при постоянном давлении они расширяются. Для сухого воздуха при 20°С плотность равна 1,2 кг/м3. При других значениях температуры ее можно вычислить по формуле: pt = 353 / (273 + t)
Плотность ВП может быть определена по формуле: pt = 219 / (273 + t)
Плотность ВВ меньше плотности СВ, так как ВП имеет меньшую молекулярную массу, чем СВ. Однако учитывая, что количество водяных паров в воздухе относительно невелико, уменьшением плотности в практических расчетах можно смело пренебречь. Так, при температуре воздуха 20°С в воздухе может находиться около 14 г влаги на 1 кг сухого воздуха, что даст при вычислении плотности погрешность не более 0,7%.
Как известно, сухой воздух (СВ) состоит на 78% из азота, на 21% из кислорода и около 1% составляют диоксид углерода, инертные и другие газы. Если в воздухе имеются водяные пары, то такой воздух называется влажным воздухом (ВВ). Учитывая, что при вентиляции помещений состав сухой части воздуха практически не изменяется, а может изменяться только количество влаги, в вентиляции принято рассматривать ВВ как бинарную смесь, состоящую только из двух компонентов: СВ и водяные пары (ВП). Хотя к этой смеси применимы все газовые законы, однако при вентиляции с достаточной точностью можно считать, что воздух практически все время находится под атмосферным давлении, так как давления вентиляторов достаточно малы по сравнению с барометрическим давлением. Нормальное атмосферное давление составляет 101,3 кПа, а давления, развиваемые вентиляторами, составляют обычно не более 2 кПа. Поэтому нагрев и охлаждение воздуха в вентиляции происходят при постоянном давлении.
Из термодинамических параметров ВВ, которыми оперируют в курсе вентиляции, можно выделить следующие:
плотность;
теплоемкость;
температура;
влагосодержание;
парциальное давление водяного пара;
относительная влажность;
температура точки росы;
энтальпия (теплосодержание);
температура по мокрому термометру.
Термодинамические параметры определяют состояние ВВ и определенным образом связаны друг с другом. Особыми, не термодинамическим параметром, являются подвижность, то есть скорость воздуха, и концентрация вещества (кроме влаги). Они никак не связаны с остальными термодинамическими параметрами и могут быть любыми независимо от них.
Под воздействием различных факторов влажный воздух может изменять свои параметры. Если воздух, заключенный в некотором объеме (например, помещении), находится в контакте с горячими поверхностями, он нагревается, то есть повышается его температура. При этом нагреву подвергаются непосредственно те слои, которые граничат с горячими поверхностями. Из-за нагрева изменяется плотность воздуха, и это приводит к возникновению конвективных течений: происходит процесс турбулентного обмена. За счет наличия турбулентного перемешивания воздуха в процессе вихреобразования воспринятая пограничными слоями теплота постепенно передается более удаленным слоям, в результате чего весь объем воздуха както повышает свою температуру.
Из рассмотренного примера ясно, что слои близкие к горячим поверхностям, будут иметь температуру более высокую, чем удаленные. Иначе говоря, температура по объему не одинакова (и иногда различается весьма значительно). Поэтому температура, как параметр воздуха, в каждой точке будет иметь свое индивидуальное, локальное значение. Однако характер распределения локальных температур по объему помещения предсказать крайне трудно, поэтому в большинстве ситуаций приходится говорить о неком среднем значении того или иного параметра воздуха. Среднее значение температуры выводится из предположения, что воспринятое тепло окажется равномерно распределено по объему воздуха, и температура воздуха в каждой точке пространства будет одинакова.
Более менее изучен вопрос о распределении температуры по высоте помещения, однако даже в этом вопросе картина распределения может сильно изменяться под действием отдельных факторов: струйных течений в помещении, наличия экранирующих поверхностей строительных конструкций и оборудования, температуры и размеров тепловых источников.
Вентиляционная система – это совокупность устройств для обработки, транспортирования, подачи и удаления воздуха. СВЕ можно классифицировать в зависимости от их функционального назначения и принципиальных конструктивных особенностей.
1) По назначению СВЕ делятся на приточные и вытяжные. Фактически это есть деление по направлению движения перемещаемого воздуха: приточные системы подают воздух в помещение, а вытяжные удаляют воздух из него.
Приведенное деление достаточно условно, так как кроме чисто приточных и вытяжных систем, которые являются прямоточными, существуют смешанные с рециркуляцией воздуха, которые фактически являются приточновытяжными. Чисто рециркуляционная система, работающая при 100% рециркуляции, не подает и не удаляет воздух из помещения — она просто обеспечивает циркуляцию внутреннего воздуха. Тем не менее, ее относят к приточному или вытяжному типу в зависимости от того, подает или удаляет она воздух от обслуживаемого оборудования или зоны.
2) По обслуживаемой зоне СВЕ делятся на общеобменные и местные.
Общеобменные СВЕ (как приточные, так и вытяжные) обслуживают весь объем помещения, а иногда и нескольких помещений. В отличие от них местные приточные предназначены для обслуживания лишь небольшой зоны помещения (воздушное душирование, воздушные оазисы), а местные вытяжные предназначены для удаления воздуха от конкретного оборудования для удаления выделяющихся в нем вредностей. Местные системы активно применяются в промышленных зданиях, где есть отдельные единицы оборудования и отдельные обслуживаемые рабочие зоны на большой площади цехов. В общественных зданиях используются практически только общеобменные СВЕ.
3) По способу побуждения движения воздуха СВЕ делятся на системы с механическим побуждением и с естественным побуждением. Естественное побуждение – это воздействие естественных сил: гравитации (естественное гравитационное давление, создаваемое за счет разности температур и плотностей наружного и внутреннего воздуха) и ветра. Механическое побуждение создается обычно вентиляторами.
В разговорной речи для краткости часто системы с механическим побуждением называют механическими, а с естественным побуждением – естественными системами.
4) По наличию воздуховодов СВЕ делятся на канальные и бесканальные. Бесканальные системы не имеют воздуховодов для транспортирования воздуха. типичным примером является открытое окно для притока свежего воздуха. очевидно, что бесканальные системы могут применяться только для помещений, расположенных около НОК. Отсутствие воздуховодов снижает стоимость систем.
Канальные могут обслуживать удаленные помещения, расположенные в любой точке здания. Возможна рассредоточенная подача воздуха в помещение через несколько воздухораспределителей. Оборудование канальных систем может быть расположено на расстоянии от обслуживаемых помещений в удобном месте.
В зависимости от конкретных условий следует выбирать такой тип системы, при котором обеспечивалось бы выполнение поставленных задач при минимальных затратах. Часто помещения, особенно производственные, обслуживаются несколькими системами одновременно. На рисунке 1.1. приведено несколько вариантов СВЕ с указанием их описание в соответствии с выше приведенной классификацией.
Приточная прямоточная общеобменная канальная система с механическим побуждением движения воздуха;
Вытяжная местная канальная система с механическим побуждением движения воздуха;
Вытяжная общеобменная канальная с естественным побуждением движения воздуха;
Вытяжная общеобменная бесканальная с механическим побуждением движения воздуха;
Вытяжная общеобменная бесканальная с естественным побуждением движения воздуха;
Приточная общеобменная бесканальная система с естественным побуждением движения воздуха;
Приточная местная бесканальная с механическим побуждением движения воздуха и 100% рециркуляцией.
Приточная прямоточная общеобменная бесканальная система с механическим побуждением движения воздуха;
Приточная общеобменная канальная с механическим побуждением движения воздуха и частичной рециркуляцией.
Строительно-монтажные требования заключаются в том, что конструкция СВЕ должна предусматривать технологичные способы монтажа воздуховодов и оборудования на объекте, обеспечивающие надлежащее качество сборки системы. Особое внимание следует уделять герметизации уплотнений при соединении звеньев воздуховодов и присоединении элементов оборудования. Элементы крепления к конструкциям не должны их повреждать, должны быть унифицированы, их изготовление должно быть организовано в массовом производстве. При необходимости для монтажа может использоваться специализированный инструмент. Тяжелые элементы оборудования должны иметь раму или каркас с отверстиями для строповки. Габаритное оборудование должно быть по возможности разборным для облегчения транспортировки и доставки в помещения вентиляционных камер.
Современные фирмы производителя разрабатывают детальные инструкции по монтажу с указанием последовательности и правил выполнения отдельных операций. При необходимости оборудование снабжается встроенными уровнями для контроля горизонтальности или вертикальности установки. Болтовые соединения все больше заменяются тщательно проработанными защелочными конструкциями, обеспечивающими быструю сборку. Для присоединения воздухораспределительных устройств, местных отсосов, ответвлений к магистралям все чаще используют гибкие воздуховоды, позволяющие эффективно компенсировать неточности монтажных размеров. Вместо прокладок интенсивно используются самозастывающие герметики. Тяжелые и трудоемкие фланцевые соединения заменяются более легкими и технологичными ниппельными и бандажными. для пробивки и сверления отверстий в стенах применяются мощные и производительные перфораторы. Для уменьшения количества соединений на прямых участках воздуховодов применяют спиральношовные воздуховоды, которые могут быть изготовлены любой длины.
