Materiały pomocnicze do ćwiczeń z przedmiotu:

(1)

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

(2)

(3)

Materiały pomocnicze do klimatyzacji.

Wstęp

Właściwym zadaniem wentylacji i klimatyzacji jest stworzenie i utrzymanie wewnątrz po- mieszczeń takich warunków mikroklimatycznych, które zapewniłyby po pierwsze – dobre samopo- czucie ludzi, po drugie – były odpowiednie dla procesów produkcyjnych i wytwarzanych produk- tów. 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 zmia- nę stanu powietrza w pomieszczeniu, należy dążyć w miarę możności do uporządkowania procesów technologicznych i poprawnego rozwiązania budynku przy współpracy z technologiem i architek- tem.

(4)

(5)

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 ciśnie- niem”. 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):

];

kg kg [

 _p.s.^¹



g w

m

x m (1.1)

gdzie:

mg – masa powietrza suchego, [kg];

mw – masa wody, [kg].

2) Ciśnienie cząsteczkowe pary wodnej (pw):

; Pa]

[ 622

0, x

x p_w p^a



  (1.2)

gdzie:

pa – ciśnienie całkowite powietrza wilgotnego, [Pa];

x – zawartość wilgoci, [gkgp.s.–1

].

3) Wilgotność względna ():

% 100





pw,n pw

m

 m (1.3)

gdzie:

m_pw – rzeczywista masa pary wodnej w powietrzu, [kg];

m_pw,n – masa pary wodnej w powietrzu nasyconym, [kg].

(6)

4) Entalpia właściwa powietrza wilgotnego (ha):

₁_    [kJkg^¹];

 _x _g _pw

a h h x h

h (1.4)

gdzie:

hg – entalpia właściwa powietrza suchego, [kJkg^–1];

hpw – entalpia właściwa pary wodnej zawartej w powietrzu, [kJkg^–1];

x – zawartość wilgoci w powietrzu, [gkgp.s.

–1];

];

kg kJ [

 ^¹



c t

h_g _g _g (1.5)

];

kg kJ [

 ^¹





 _o _pw _pw

pw r c t

h (1.6)

gdzie:

cg – średnieciepło właściwe powietrza suchego, [kJkg^–1K^–1];

c_pw – średnie ciepło właściwe pary wodnej, [kJkg^–1K^–1];

tg – 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 za- leżnościami:

a) dla φ  1,0 (obszar powietrza nienasyconego)

 

^[^kJ ^kg ¹^];

0

1 

 c t  c t r x 

h_a, _, _g _a _pw _a _o (1.7)

b) dla φ > 1,0 (obszar mgły)

 w obszarze mgły powietrze wilgotne dla temperatur t_a > 0C zawiera dodatkowo mgłę wodną o entalpii właściwej:

];

kg kJ [

 ^¹



 _w _a

mw c t

h (1.8)

gdzie:

c_w – średnie ciepło właściwe wody, [kJkg^–1K^–1],

(7)

Zatem:

 

[kJ kg ¹];

0 0 1



























n a

w

n o a pw a g C

; t , a;

x x t c

x r t c t c h _

(1.9)

 w obszarze mgły powietrze wilgotne dla temperatur t_a  0C zawiera mgłę lodową (szadź) o entalpii właściwej:



 



[kJkg^¹];



 _L _L _a

ml r c t

h (1.10)

gdzie:

cL – średnie ciepło właściwe lodu, [kJkg^–1K^–1], rL – ciepło właściwe krzepnięcia wody, [kJkg^–1], Zatem:

 

   

^[^kJ ^kg ¹^];

0 0 1

































n a

L L

n o a pw a g C

; t , a;

x x t c r

x r t c t c h _

(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

];

kg kJ [ 026 0 007

1    ^¹

 , t ,

h_g _g (1.10)

 w zakresie temperatury –10 ÷ 0C

];

kg kJ [ 005

1   ^¹

 _g

g , t

h (1.11)

b) dla pary wodnej (dla temperatur z zakresu 0 ÷ 60C) z zależności [16]:

].

kg kJ [ 84 1

2501   ^¹

 , t

h_pw _pw (1.12)

Zatem entalpię powietrza wilgotnego dla temperatur wyższych od 0C obliczyć można z nastę- pującej zależności



1007 0026

 

 2501184



 [kJkg^¹];

 , t , , t x

h_a _a _a (1.13)