4.6 Угловой коэффициент и его связь с поступлением тепла и влаги в помещение

При одновременном выделении в помещении избыточного тепла и влаги, воздух будет нагреваться и увлажняться по линии, называемой угловым коэффициентом (или лучом процесса, либо тепловлажностным отношением)

где: ∑Q_П - суммарное количество полного тепла, кДж/ч;

∑W - суммарное количество влаги, кг/ч.

При ∑ Q_П = 0 → ε = 0

При ∑W = 0 → ε = ∞

Процессы перехода воздуха из одного состояния в другое на поле J-d диаграммы изображаются прямыми линиями (лучами), проходящими через точки, соответствующие начальному и конечному состоянию влажного воздуха.

Уравнение перехода представляет собой уравнение пучка прямых, положение которых на J - d диаграмме определяется точкой 1 начального состояния воздуха точка 1 – J1, d1 и величиной тепло-влажностного коэффициента ε, представляющего собой отношение изменения энтальпии воздуха к изменению его влагосодержания

где: ε – тепло-влажностный (или угловой) коэффициент линии процесса, иначе называемый лучом процесса, который характеризует изменение состояния воздуха, кДж/кг.

Характер изменения состояния воздуха определяется величиной (или направлением) тепло-влажностного коэффициента ε.

Рассмотрим характерные случаи изменения состояния влажного воздуха и их схематичное изображение на J - d диаграмме. Для удобства изображения возьмём систему прямоугольных (Декартовых) координат.

Случай 1.

Влажный воздух, имеющий начальные параметры J₁ и d₁ (точка 1) подвергается нагреванию при неизменном влагосодержании, т.е. d₁ = d₂ = const.

Линия 1-2 показывает изменение состояния влажного воздуха при нагревании его без подвода и отвода влаги.

Нагревание при постоянном влагосодержании осуществляется, например, в калориферах. При нагревании воздуха повышается его температура и энтальпия, понижается относительная влажность.

Луч процесса изображается вертикальной прямой, параллельной линии d = const и направлен снизу вверх. Точка 1 соответствует начальному состоянию воздуха, точка 2 – конечному.

Величина тепло-влажностного (углового) коэффициента ε = ∞ при условии, что J₂ > J₁.

Случай 2.

Влажный воздух одновременно поглощает тепло и влагу (т.е. нагревается и увлажняется).

Если начальное состояние воздуха определяется теми же параметрами J₁ и d₁ (точка 1), а конечное состояние воздуха будет определяться параметрами J₃ и d₃ (точка 3), то при J₃ >J₁ и d₃ > d₁ направление луча процесса будет соответствовать линии 1-3.

Линия 1-3 показывает изменение состояния влажного воздуха с одновременным нагреванием и увлажнением.

Такое изменение параметров влажного воздуха происходит в обслуживаемых помещениях.

В этом случае воздух, обработанный в кондиционере с параметрами J₁ и d₁, поступает в помещение, где в результате ассимиляции теплоты и влаги приобретает параметры J₃ и d₃.

Случай 3.

Влажный воздух поглощает влагу d₄ > d₁ при неизменной энтальпии J₁ = J₄ = const. Значит, если процесс происходит при постоянной энтальпии, луч, характеризующий это изменение состояния, должен быть параллелен линии J = const.

Величина углового коэффициента искомого луча ε = 0.

Такие процессы называют адиабатными, т.е. протекающими при постоянной энтальпии воздуха.

Линия 1-4 показывает изменение состояния влажного воздуха при увлажнении без подвода и отвода теплоты.

Адиабатное увлажнение, т.е. повышение влагосодержания при постоянной энтальпии, широко применяется в системах кондиционирования, в частности в оросительной камере, где с помощью форсунок производится распыление воды.

Температура испаряемой воды постепенно устанавливается равной температуре воздуха по мокрому термометру. Воздух, находясь в контакте с водой, имеющей температуру мокрого термометра *_t_м, теряет явную теплоту, которая затрачивается на испарение воды. В то же время воздух получает такое же количество скрытой теплоты с водяными парами.

Энтальпия воздуха остаётся постоянной, поскольку притока теплоты со стороны практически нет, т.е. J₁ = J₄ = const.

Процесс изображается на J-d диаграмме линией 1-4. Точка 1 показывает начальное состояние влажного воздуха.

Изменение состояния происходит по линии J = const.

Практически в камерах орошения воздух удаётся увлажнять до значения относительной влажности φ = 90-95% . Этому соответствует точка 4.

Случай 4.

Влажный воздух отдаёт теплоту (J₁ > J₅) при неизменном влагосодержании (d₁ = d₅ = const), т.е. процесс, как и в первом случае, будет характеризоваться лучом, параллельном линии d = const, но направление его будет от точки 1 не вверх, а вниз. Значение тепло-влажностного коэффициента ε = - ∞.

Линия 1-5 показывает изменение состояния влажного воздуха при охлаждении без подвода и отвода влаги.

Охлаждение воздуха при d=const, как и нагревание его, может осуществляться в поверхностных воздухоохладителях. Луч процесса охлаждения направлен вертикально вниз из точки 1 к точке 5. При «глубоком» охлаждении воздуха луч процесса может быть вертикально продолжен до точки росы ТР, расположенной на линии относительной влажности φ=100%.

Дальнейшее охлаждение воздуха будет идти по линии насыщения и сопровождаться конденсацией водяных паров и осушкой воздуха, т.е. будет уменьшаться влагосодержание воздуха.

Охлаждение влажного воздуха при d=const может осуществляться лишь до точки росы.

Случай 5.

Влажный воздух отдаёт теплоту (J₁ > J₆) и влагу (d₁ > d₆), т.е. происходит охлаждение и осушка воздуха.

Значение углового коэффициента в этом случае ε > 0.

Линия 1-6 показывает изменение состояния влажного воздуха при одновременном охлаждении и осушении.

Приращение энтальпии ∆J и приращение влагосодержания ∆d имеют отрицательные значения, поэтому направление процесса изменения состояния воздуха будет характеризоваться лучом 1-6, имеющим направление от точки 1 к точке 6.

Такой процесс может происходить как в камере орошения кондиционера, так и в других установках для обработки воздуха. Для охлаждения и осушки воздуха в оросительной камере должна установиться температура ниже точки росы, что достигается подачей к распылительным форсункам охлаждённой воды.

Случай 6.

Влажный воздух, имеющий параметры J₁, d₁ (точка 1) отдаёт влагу (d₁ > d₇) при постоянной энтальпии (J₁ = J₇ = const), т.е. воздух осушается. При этом тепло-влажностный коэффициент ε = 0.

Линия 1-7 показывает изменение состояния влажного воздуха при осушении без подвода и отвода теплоты.

Приращение влагосодержания в этом случае будет отрицательным и направление луча процесса будет от точки 1 к точке 7.

Процесс осушки воздуха при J=const можно осуществлять с помощью абсорбентов, например концентрированных растворов солей хлористого кальция, хлористого лития и др., а также с помощью адсорбентов, например, силикагеля.

По совокупности всех рассмотренных шести случаев, J-d диаграмма, по отношению к внутреннему воздуху, разбивается на 4 зоны (см. рисунок 6).

• I зона ε от ∞ до 0  - это нагрев и увлажнение;
• II зона ε от 0 до — ∞  - это охлаждение и увлажнение;
• III зона ε от — ∞ до 0  - это охлаждение и осушка;
• IV зона ε от 0 до +∞ - это нагрев и осушка — в вентиляции и кондиционировании не используется.

Процессы, не являющиеся основными, называются политропическими.

Изотермический процесс t = const характеризуется значением ε = 2530 кДж/кг H₂O.