1.5 Основные параметры влажного воздуха - УКЦ

Окружающий нас атмосферный воздух является смесью газов. Он практически всегда бывает влажным. Водяные пары, в отличие от других составляющих смеси, могут находиться в воздухе, как в перегретом, так и в насыщенном состоянии. Содержание водяных паров в воздухе изменяется, как в процессе влажностной обработки его в приточных вентиляционных системах и кондиционерах, так и при ассимиляции воздухом выделений влаги в помещении. Сухая часть влажного воздуха обычно содержит (по объёму): около 75% азота, 21% кислорода, 0,03% углекислоты и незначительное количество инертных газов- аргон, неон, гелий, ксенон, криптон), водорода, озона и других. Указанные компоненты газовой смеси воздуха составляют его сухую часть, прочая часть воздушной массы это водяные пары.

Воздух рассматривается как *смесь идеальных газов*, что позволяет использовать законы термодинамики для получения расчётных формул.

Согласно закону Дальтона, каждый газ смеси, составляющий воздух, занимает свой объём, имеет своё парциальное давление

p=. *_Pi_*,

и имеет одинаковую температуру с другими газами этой смеси.

h2. Внимание! Важное определение:

*_Сумма парциальных давлений каждого из составляющих смеси равна полному барометрическому давлению воздуха._*

p=. *_B = Σ Рi, Па._*

Рассмотрим понятие, что такое *_парциальное давление_*?

*_Парциальное давление_ – это давление, которое имел бы газ, входящий в состав этой смеси, если бы он находился в том же количестве, в том же объёме и при той же температуре, что и в смеси.*

В расчётах вентиляции влажный воздух мы рассматриваем как бинарную смесь, т.е. смесь двух газов, которая состоит из водяных паров и сухой части воздуха. Сухую часть воздуха мы условно принимаем однородным газом.

Таким образом, *_барометрическое давление_ равно сумме парциальных давлений сухого воздуха* *_Pс.в._* *и водяного пара* *_Pп_*, т.е.,

p=. *_B = Pс.в.+Pп_*

При обычных условиях в помещении, когда давление водяного пара *_Рп_* приблизительно равно 15 мм. рт. ст., доля второго члена *_Pс.в._* в формуле барометрического давления, учитывающая разницу плотности влажного и сухого воздуха, при прочих равных условиях составляет всего 0,75% величины плотности сухого воздуха *_ρс.в._*. Поэтому в наших инженерных расчётах считается, что

p=. *_ρвозд. = ρс.в._*

p=. *_ρвозд. = ρс.в._*

При изменении влажности воздуха в вентиляционных процессах масса его сухой части остаётся неизменной. Исходя из этого, принято относить массу водяных паров, содержащихся в воздухе, к _1 кг._ сухой части воздуха.

Перейдём непосредственно к тем физическим величинам, которые определяют параметры влажного воздуха. Именно совокупность этих параметров определяет состояние влажного воздуха:

+*_1. температура воздуха tвозд, далее tв_*+

это величина, характеризующая _степень нагретости тела_. Она представляет собой меру средней кинетической энергии поступательного движения молекул. В настоящее время используется температурная шкала Цельсия и термодинамическая шкала температур Кельвина, которая основана на втором законе термодинамики. Между температурами, выраженными в градусах Кельвина и градусах Цельсия, имеется соотношение, а именно:

p=. *_T, K = 273,15 + t °C_*

Важно отметить, что параметром состояния является абсолютная температура, выраженная в Кельвинах, но градус абсолютной шкалы численно равен градусу Цельсия, т.е.

p=. *_dT = dt._*

+*_2. абсолютная влажность воздуха или влагосодержание d._*+

Влажность воздуха характеризуется массой содержащегося в нём водяного пара. *Массу водяного пара в граммах, приходящегося на 1 кг сухой части влажного воздуха, называют _влагосодержанием воздуха d, г/кг._*

Величина *_d_* равна:

p= (Величина d)

где: *_B_* – барометрическое давление, равное сумме парциальных давлений сухого воздуха.
*_Pс.в._* и водяного пара *_Pп_*;
*_Pп_* – парциальное давление водяного пара в ненасыщенном влажном воздухе.

+*_3. относительная влажность воздуха φ ._*+

Влагосодержание воздуха может быть различным, однако его максимальная величина при данной температуре строго определена полным насыщением воздуха водяными парами. В связи с этим, для характеристики степени увлажнённости пользуются показателем *_относительной влажности воздуха φ._*

Величина *_φ_* равна отношению парциального давления водяного пара в ненасыщенном влажном воздухе *_Pп._* к парциальному давлению водяного пара в насыщенном влажном воздухе *_Pн.п._* при одной и той же температуре и барометрическом давлении, т.е.,

p= (Величина φ)

При относительной влажности 100% воздух полностью насыщен водяными парами, и его называют *_насыщенным влажным воздухом_*, а водяные пары, содержащиеся в этом воздухе, находятся в насыщенном состоянии.

Если *_φ < 100%,_* то воздух содержит водяные пары в перегретом состоянии и его называют *_ненасыщенным влажным воздухом_*. Давление водяного пара, находящегося в насыщенном состоянии, зависит только от температуры. Его величину определяют экспериментальным путём и приводят в специальных таблицах. Имеется ряд формул, аппроксимирующих зависимость *_Pн.п._* в _Па_ или в _мм. рт. ст_. от температуры в _t °C_. Например, для области положительных температур от _0°C_ и выше давление насыщенного водяного пара в Па, приблизительно выражается зависимостью: p=. *_Pн.п. = 479 +  (11,52 + 1,62 t)2, Па_*

Пользуясь понятием относительной влажности *_φ_*, влагосодержание воздуха можно определить как

p= (Влагосодержание воздуха)

+*_4. теплоёмкость сухого воздуха Сс.в.._*+

Для вентиляционных процессов диапазон температур это величина постоянная и равна

p=. *_Сс.в. = 1,005 кДж/(кг ×°C)._*

+*_5. теплоёмкость водяного пара Сп._*+

В обычных для вентиляционных процессов в диапазоне температур эту величину можно считать постоянной и равной

p=. *_Сп = 1,8 кДж/(кг × °C)._*

*Здесь и далее теплоёмкости рассматриваются применительно к 1 кг сухой части воздуха и поэтому являются удельными величинами.*

+*_6. теплосодержание (энтальпия) 1 кг сухого воздуха_*+ равно:

p=. *_Jс.в. = Сс.в. × t ,_*

где: *_t_* – температура воздуха, в °C.

Энтальпию сухого воздуха *_Jс.в._* при *_t = 0°C_* принимают равной 0.

+*_7. удельная теплота парообразования r_*+ для воды при _t = 0°C_ равна _2500 кДж/кг_.

+*_8. теплосодержание (энтальпия) водяного пара Jп_*+ в воздухе при произвольной температуре t, составляет

p=. *_Jп = 2500 + 1,8 t._*

+*_9. энтальпия влажного воздуха J_*+ складывается из энтальпии сухой его части и энтальпии водяного пара.

Энтальпия *_J_* влажного воздуха, отнесённая к _1 кг_ сухой части влажного воздуха, в _кДж/кг_, при произвольной температуре _t_ и произвольном влагосодержании _d_, равна:

p= (Энтальпия J влажного воздуха, отнесённая к 1 кг сухой части влажного воздуха)

где: _1,005_ – _Cс.в. теплоёмкость сухого воздуха, _кДж/(кг×°С)_;
_2500_ – _r_ удельная теплота парообразования, _кДж/(кг×°С)_;
_1,8_ – _Cп_ теплоёмкость водяного пара, _кДж/(кг×°С)_.

Если воздух передаёт *явное тепло*, он нагревается, т.е. его температура повышается. При нагревании влажного воздуха энтальпия изменяется в результате изменения температуры сухой части воздуха и водяных паров. При поступлении в воздух водяных паров с той же температурой от внешних источников (изотермическое увлажнение паром), ему передаётся *скрытая теплота* парообразования. Энтальпия влажного воздуха при этом также возрастает, потому что к энтальпии сухой части воздуха прибавляется энтальпия водяного пара. Температура воздуха при этом почти не меняется, что и послужило причиной введения этого термина — скрытая теплота.

*_В общем случае, энтальпия влажного воздуха состоит из явной и скрытой теплоты, поэтому энтальпию иногда называют полной теплотой._*

Для дальнейших расчётов систем вентиляции и кондиционирования нам потребуются следующие основные параметры влажного воздуха:

* температура     *_tв_*,  *_°С_*;
* влагосодержание     *_dв_*,  *_г/кг_*;
* относительная влажность     *_φв_*,   *_%_*;
* теплосодержание     *_Jв_*,  *_кДж/кг_*;
* концентрация вредных примесей     *_С_*,  *_мг/м3_*;
* скорость движения     *_Vв_*,  *_м/сек._*