Materiały pomocnicze do ćwiczeń z przedmiotu: Ogrzewnictwo

Materiały pomocnicze do ćwiczeń z przedmiotu:
Ogrzewnictwo, wentylacja i klimatyzacja II. Klimatyzacja
Rozdział 1
Podstawowe własności powietrza jako nośnika ciepła
mgr inż. Agnieszka Sadłowska-Sałęga
Materiały pomocnicze do klimatyzacji.
Wstęp
Właściwym zadaniem wentylacji i klimatyzacji jest stworzenie i utrzymanie wewnątrz pomieszczeń takich warunków mikroklimatycznych, które zapewniłyby po pierwsze – dobre samopoczucie ludzi, po drugie – były odpowiednie dla procesów produkcyjnych i wytwarzanych produktów. Aby to zadanie mogło być wykonane, urządzenia te muszą być prawidłowo wymiarowane z
punktu widzenia obciążeń (gazowych, parowych, cieplnych i innych), jak również regulowane w
ciągu całego roku. Wydajność urządzenia jest ustalana na podstawie obciążeń maksymalnych.
Ponieważ zakres urządzenia wentylacyjnego jest zależny od czynników powodujących zmianę stanu powietrza w pomieszczeniu, należy dążyć w miarę możności do uporządkowania procesów
technologicznych i poprawnego rozwiązania budynku przy współpracy z technologiem i architektem.
Materiały pomocnicze do klimatyzacji. Rozdział 3
1 Podstawowe właściwości powietrza jako nośnika ciepła
W technice klimatyzacyjnej podstawowym nośnikiem energii jest powietrze wilgotne, które
definiowane jest jako jednorodna mieszanina powietrza suchego oraz zawartej w nim wody, która
może znajdować się w stanie gazowym, ciekłym lub stałym.
Zarówno powietrze suche jak i para wodna w nim zawarta znajdują się „pod niskim ciśnieniem”. Zatem można je traktować jako mieszaninę doskonałą.
Aby należycie zrozumieć i interpretować procesy uzdatniania powietrza zachodzące w klimatyzacji niezbędna jest znajomość podstawowych parametrów opisujących powietrze wilgotne.
1) Zawartość wilgoci (x):
x
gdzie:
mg
–
mw
–
mw
[kg  kg p.s.1 ];
mg
(1.1)
masa powietrza suchego, [kg];
masa wody, [kg].
2) Ciśnienie cząsteczkowe pary wodnej (pw):
pw 
gdzie:
pa
–
x
–
pa  x
[Pa];
0 ,622  x
(1.2)
ciśnienie całkowite powietrza wilgotnego, [Pa];
zawartość wilgoci, [gkgp.s.–1].
3) Wilgotność względna ():

gdzie:
mpw
–
mpw,n –
m pw
m pw,n
100%
rzeczywista masa pary wodnej w powietrzu, [kg];
masa pary wodnej w powietrzu nasyconym, [kg].
(1.3)
Materiały pomocnicze do klimatyzacji. Rozdział 3
4) Entalpia właściwa powietrza wilgotnego (ha):
ha  h1 x   hg  x  h pw [kJ  kg 1 ];
gdzie:
hg
–
hpw
–
x
–
gdzie:
cg
–
cpw
–
tg
–
(1.4)
entalpia właściwa powietrza suchego, [kJkg–1];
entalpia właściwa pary wodnej zawartej w powietrzu, [kJkg–1];
zawartość wilgoci w powietrzu, [gkgp.s.–1];
hg  c g  t g [kJ  kg 1 ];
(1.5)
h pw  ro  c pw  t pw [kJ  kg 1];
(1.6)
średnieciepło właściwe powietrza suchego, [kJkg–1K–1];
średnie ciepło właściwe pary wodnej, [kJkg–1K–1];
temperatura powietrza suchego, [C].
W technice klimatyzacyjnej przyjęto, że stanem odniesienia przy obliczeniach entalpii
właściwej powietrza wilgotnego (w którym funkcja ta przyjmuje wartość 0) będzie powietrze
suche o temperaturze 0C oraz woda w stanie ciekłym również o temperaturze 0C.
Entalpia właściwa powietrza wilgotnego przy stałym ciśnieniu oraz temperaturze ta
(ta = tg = tpw), w zależności od wartości wilgotności względnej, wyrażana jest następującymi zależnościami:
a)
dla φ  1,0 (obszar powietrza nienasyconego)


ha, 1,0  c g  ta  c pw  ta  ro  x
b)
[kJ  kg 1 ];
(1.7)
dla φ > 1,0 (obszar mgły)
 w obszarze mgły powietrze wilgotne dla temperatur ta > 0C zawiera dodatkowo
mgłę wodną o entalpii właściwej:
hmw  cw  ta [kJ  kg 1 ];
gdzie:
cw
–
średnie ciepło właściwe wody, [kJkg–1K–1],
(1.8)
Materiały pomocnicze do klimatyzacji. Rozdział 3
Zatem:


ha;  1,0; t 0C  cg  ta  c pw  ta  ro  xn 
 cw  ta  x  xn  [kJ  kg 1];
(1.9)
 w obszarze mgły powietrze wilgotne dla temperatur ta  0C zawiera mgłę lodową
(szadź) o entalpii właściwej:
hml  rL  cL  ta  [kJ  kg 1 ];
gdzie:
cL
–
rL
–
(1.10)
średnie ciepło właściwe lodu, [kJkg–1K–1],
ciepło właściwe krzepnięcia wody, [kJkg–1],
Zatem:


ha;  1,0; t 0C  cg  ta  c pw  ta  ro  xn 
 rL  cL  ta   x  xn  [kJ  kg 1 ];
(1.9)
W praktyce inżynierskiej do obliczeń entalpii powietrza wilgotnego (bez użycia tablic
psychrometrycznych) stosowane być mogą wzory przybliżone:
a)
dla powietrza suchego [16]:
 w zakresie temperatury 0 ÷ 60C
hg  1,007  t g  0,026 [kJ  kg 1 ];
(1.10)
 w zakresie temperatury –10 ÷ 0C
hg  1,005  t g [kJ  kg 1];
b)
(1.11)
dla pary wodnej (dla temperatur z zakresu 0 ÷ 60C) z zależności [16]:
h pw  2501  1,84  t pw [kJ  kg 1 ].
(1.12)
Zatem entalpię powietrza wilgotnego dla temperatur wyższych od 0C obliczyć można z następującej zależności
ha  1,007  ta  0,026  2501  1,84  t a   x [kJ  kg 1 ];
(1.13)