Основные свойства влажного воздуха

Влагосодержание влажного воздуха (d) – количество пара, содержащееся в объеме влажного воздуха, состоящего из 1 кг сухого воздуха и М_п (г) пара:

М_п Р_п

d = ------ * 1000 или d = 622 ---------, (3.1.3)

М_с Р_б - Р_п

где М_с – масса сухой части влажного воздуха, кг.

Относительной влажностью (φ), или степенью влажности, или гигрометрическим показателем, называют отношение парциального давления паров воды к парциальному давлению насыщенных паров, выраженное в процентах:

Р_п

φ = ----- * 100 %. (2.1.4)

Р_н

Для практических расчетов используют соотношение:

d

φ = ------ * 100%, но φ = φ. (2.1.5)

d _н

Относительную влажность можно определить, измеряя интенсивность испарения воды. Естественно, чем ниже влажность, тем активнее будет идти испарение влаги. Если термометр обмотать влажной тканью, то показания термометра будут уменьшаться относительно сухого термометра. Разность показаний температур сухого и влажного термометра дают определенное значение степени влажности атмосферного воздуха.

Расчет влажности производится по приближенной формуле Струнга (Strung):

Р_п = Р _{п * вл} – К (t_с - t_вл ), (2.1.6)

где Р_п - парциальное давление паров воды, мбар;

Р _{п * вл} – парциальное давление паров воды для температуры по влажному термометру, мбар;

К – константа для пара «воздух-вода», равная 0,66;

t_с – температура по сухому термометру, ^оС;

t_вл – температура по влажному термометру, ^о С.

Значение относительной влажности может быть также определено по психрометрической номограмме или по психрометрической таблице.

Измерение парциальных давлений на практике связано с техническими трудностями, поэтому пользуются соотношением (2.1.5). При этом следует помнить, что φ = φ, хотя их разность незначительна, Например, если температура воздуха в помещении 18 ^оС и влагосодержание d = 8 г/кг, парциальное давление Р_п = 9,65 мм рт.ст., то относительная влажность равна:

Р_п 9,65

φ = ---- * 100 = -------- * 100 = 62,34 %,

Р_н 15,48

А по уравнению (2.1.5):

d 8,0

φ = -----* 100 = -------- * 100 = 62 %.

d _н 12,9

Плотность (объемный вес) влажного воздуха – вес 1 м³ влажного воздуха – может быть определен по формуле:

273 Р_б Р_п

γ = 1,293 * ----- ﴾------ – 0,378 ------﴿, кг/ м³. (2.1.7)

Т 760 760

Объемный вес влажного воздуха меньше объемного веса сухого воздуха при тех же значениях температуры и давления. Однако их разность незначительна, и в практических расчетах объемный вес влажного воздуха принимается равным объемному весу сухого воздуха. Так, объемный вес насыщенного воздуха при t = 20 ^оС и Р_б = 760 мм рт.ст. составляет 1,178 кг/м³, а сухого воздуха при тех же условиях – 1,205 кг/м³.

Удельная теплоемкость воздуха(с) – это количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг воздуха на 1 К. Удельная теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении зависит от температуры, однако для практических расчетов систем СКВ удельную теплоемкость как сухого, так и влажного воздуха считают равной:

с = 1 кДж/(кг*К) = 0,24 ккал/(кг*К) = 0,335 Вт/(кг*К). (2.1.8)

Удельную теплоемкость водяного пара принимают равной

0,44 ккал / (кг*К).

Сухое или явное тепло – тепло, которое добавляется или отводится от воздуха без изменения агрегатного состояния пара (изменяется только температура).

Скрытое тепло – тепло, идущее на изменение агрегатного состояния пара без изменения температуры (например, осушка).

Энтальпия (теплосодержание) влажного воздуха (І_в) – это количество тепла, соторое содержится в объеме влажного воздуха, сухая часть которого весит 1 кг. Иначе, это количество теплоты, которое необходимо для нагревания от нуля до данной температуры такого количесва воздуха, сухая часть которого равна 1 кг.

І_св = сt = 0,24 t, ккал/кг, (2.1.9)

где с – удельная теплоемкость воздуха, равная 0,24 ккал/кг*К).

Энтальпия 1 кг водяного пара равна:

І_вп = 597,3 + 0,44 t, ккал/кг. (2.1.10)

где 597,3 – скрытая теплота испарения 1 кг воды при температуре нуль градусов, ккал/кг;

0,44 – теплоемкость водяного пара, ккал/(кг*К).

При температуре влажного воздуха t и влагосодержании d энтальпия равна:

d

І = 0,24 t + (597,3 + 0,44 t ) ------, ккал/кг, (2.1.11)

φ

где d = -----* d_н, г/кг.

Пример. Определить энтальпию влажного воздуха при

t = 20 оС, φ = 60%, и Р_б = 745 мм рт.ст.

Решение. Находим упругость насыщенных водяных па-

ров при заданных условиях (табл. 2.1.1):

Р_н = 17,533 мм рт.ст.

Парциальное даввление водяных паров нахо-

дим из соотношения:

Р_п

φ = ---- * 100 %,

Р_н

Р_н *φ Р_б 60 745

Р_п = ------- * ----- = 17,533* ----- * ------ = 10,31 мм рт.ст.

100 760 100 760

Определяем влагосодержание влажного воздуха:

Р_п 10,31

d = 622 * ---------- = 622 * -------------- = 8,73 г/кг.

Р_б - Р_п 745 – 10,31

Определяем энтальпию влажного воздуха:

І = 0,24 t + 0,5973d + 0,00044 t *d = 4,8 + 5,21 + 0,076 = 10,08 ккал/кг.

Из приведенного примера видно, что скрытая теплота испарения водяных паров (5,21 ккал/кг) составляет значительную часть тепла, а теплоемкостью водяного пара практически можно пренебречь. Поэтому при решении практических задач энтальпию влажного воздуха можно определять по приближенному выражению:

І = 0,24 t + 0,6 d.(2.1.12)

При нагревании или охлаждении влажного воздуха происходит изменение его температуры и энтальпии, но сохраняется влагосодержание. Относительная влажность при этом изменяется, так как изменяется его влагоемкость.

Если влажный воздух охлаждать при неизменном влагосодержании, то будет снижаться энтальпия и температура, а относительная влажность будет увеличиваться. Наступит момент, когда воздух станет насыщенным и его относительная влажность будет равна 100 %. При дальнейшем охлаждении воздуха начнется испарение из воздуха влаги в виде росы – конденсация пара.Эта температура называется точкой росы. Точка росы для различных температур сухого воздуха и относительной влажности приведена в таблице 2.1.2.

Таблица 2.1.2. – Таблица точки росы влажного воздуха (сделать!).

Точка росы является пределом возможного охлаждения влажного воздуха при неизменном влагосодержании. Для определения точки росы необходимо найти такую температуру, при которой влагосодержание воздуха d будет равно его влагоемкости d_н .

Пример. Температура в помещении - +23 ^оС, относительная влажность – 60%. Определить, до какой температуры могут охлаждаться стены помещения в зимний период, чтобы на стенах не выделялась влага.

Решение. Для решения задачи необходимо найти точку росы при заданных условиях. Находим влагосодержание воздуха в помещении:

φ 60

d = ---- * d_н = ----- * 17,9 = 10,8 г/кг.

100 100

Величину d_н находим по таблице физических характеристик влажного воздуха (таблица 2.1.1). Условие конденсации (точка росы) d = d_н. По этой же таблице находим температуру при которой d_н = 10,8 г/кг. Эта температура t_р = 15,2 ^оС. То есть при температуре в помещении ниже 15,2 ^оС на стенках будет выделяться влага.