Повітроохолоджувачі

Вологе повітря складається із суміші газів (азоту, кисню, неону, гелію, аргону тощо) і водяної пари. Вміст водяних парів у повітрі різний. Вологість повітря характеризують вологовмістом d або абсолютною вологістю е.

Вологовмістом називають масову кількість водяної пари, віднесену до 1 кг сухого повітря (d кг вологи на 1 кг сухого повітря).

Абсолютна вологість повітря - масова кількість водяної пари, що міститься в 1 м³ вологого повітря (е кг вологи на 1 м³ вологого повітря).

Тиск атмосферного повітря В дорівнює сумі парціальних тисків сухого повітря Р_в і водяних парів Р_П. Чим більший вологовміст повітря, тим вищий парціальний тиск водяних парів. Гранична кількість пари води у повітрі залежить від його температури і тиску. При підвищенні температури атмосферного повітря межа насичення парами збільшується.

Відносна вологість повітря д>, тобто ступінь його насичення водяними парами, чисельно дорівнює відношенню парціального тиску водяних парів у повітрі Р_П при певній температурі до тиску водяних парів у насиченому повітрі Р"_П при тій самій температурі. Для температур, нижчих за 15°С, відносну вологість повітря (р можна

приблизно прирівняти до відношення вологовмісту повітря d до вологовмісту насиченого повітря й?" при тій самій температурі

(3.52)

У насиченого повітря Ір=\.

Температуру, при якій повітря з даним вологовмістом стає насиченим, називають точкою роси. При охолодженні повітря нижче за точку роси волога випадає у вигляді роси чи інею. При додаванні вологи в насичене повітря вона буде в краплинному стані. Прикладом може бути туман, що складається з насиченого повітря і дрібних крапельок води, що знадходяться у зваженому стані.

Параметри вологого повітря визначають за z-J-діаграмою і таблицями для вологого повітря.

Схема z-d-діаграми зображена на рис. 3.18. Для зручності зображення її будують у косокутній системі координат з кутом між осями - 135°. По похилій осі абсцис відкладають вологовміст повітря, а по вертикальній осі ординат - ентальпію /. Лінії постійних ентальпій i=const проведені похило, тобто паралельно осі абсцис. Початок відліку ентальпій відповідає температурі 0° С і вологовмісту d = 0.

У дійсних діаграмах нахилу вісь абсцис d не наносять. Замість неї проводять допоміжну горизонтальну вісь, на якій вказують вологовміст. На діаграму наносять також лінії постійних температур, відносних вологостей, густин повітря і парціальних тисків водяної пари. Лінія ср=\ (ер = 100%) поділяє z-d-діаграму на область вологого

ненасиченого повітря й область тума­ну, де зайва волога знаходиться в краплинному стані. Лінія у=\ також характеризує максимально можливе насичення повітря вологою при даній температурі.

Стан повітря в точці А визна­чають будь-якими двома параметрами з нанесених на діаграмі. При охо­лодженні повітря без додавання або відведення вологи (d = const) до стану насичення (лінія <р =1) одержують точ­ку роси (Гроси). Температуру мокрого термометра (ґ„._т), яка відповідає температурі межі охолодження води в 302

Рис. 3.18. Побудова діаграми

вологого повітря,

вологовміст ентальпії

(i-d)

повітрі з початковим станом, що характеризується точкою А, для температур повітря нижче 30° С з достатньою точністю можна знаходити на перетині ліній і = const \(р=1.

Процеси зміни стану повітря нерідко супроводжуються зміною ентальпії д/ і вологовмісту м. Відношення цих величин

— = Е називають тепловологісним відношенням. Ця величина визначає

Ad

кут нахилу процесу в і- J-діаграмі. Значення Е нанесені на діаграму у вигляді пучка прямих, що виходять із точки t = 0 і d = 0. Ці лінії проведені тільки поза полем діаграми, що забезпечує чіткість зображення інших ліній на діаграмі. Тепловологісне відношення Е є кутовим масштабом діаграми.

Часто протікають процеси взаємодії повітря з водою, що супроводжується перенесенням теплоти і вологи від одного середовища до іншого. При перенесенні теплоти середовища охолоджуються чи нагріваються, а при перенесенні вологи відбувається випаровування чи її конденсація на поверхні, що веде до осушення чи зволоження повітря. На поверхні зіткнення повітря і вода знаходяться у стані рівноваги, тобто повітря має однакову з водою температуру і 100%-ну відносну вологість. Такий стан повітря характеризується точками на кривій насичення (<р=\). Температура і вологовміст повітря поза поверхнею води інші. Парціальний тиск водяної пари в насиченому повітрі безпосередньо на поверхні води Р" відрізняється від тиску водяної пари Р_п у шарах повітря, вилученого від поверхні води (винятком є випадок, коли температура води дорівнює точці роси повітря). У результаті різниці між парціальними тисками водяної пари в повітрі відбувається вологообмін між водою і повітрям, а також теплообмін, тому що разом з паром у повітря переноситься і теплота, витрачена на його утворювання. До того ж, має місце конвективний теплообмін внаслідок різниці між температурами повітря і води. Якщо темпера­тура поверхні води вища за точку роси повітря (t_w >t, р'^ > р_п),

то вода випаровується. Волога і теплота пари переносяться від води до повітря, внаслідок чого повітря охолоджується. Якщо температура води нижча за точку роси (t_w<t_pocu, р„<р_и), то відбувається конденсація водяної пари з повітря на поверхню води, тобто перенесення теплоти і вологи до води, внаслідок чого повітря осушується.

Рис. 3.19. Процеси в І- е?-діаграмі: а - взаємодія повітря з водою; б - змішання повітря двох станів

Конденсація вологи з повітря, а отже, і осушення повітря відбуваються при зіткненні не тільки з холодною водою, але й з будь-якою поверхнею (наприклад, поверхня трубчастого повітро­охолоджувача), температура якої нижча за точку роси повітря.

У теплообмінних апаратах при зіткненні повітря з водою можуть протікати різні процеси (рис. 3.19, а).

У процесі А-\ повітря охолоджується й осушується. Цей процес протікає за умови, що температура поверхні зіткнення (води чи трубчастої поверхні повітроохолоджувача) нижче за точку роси повітря А, що вступає в процес (t_w<t_poca). Гранично процес А-\

зображується дотичною до кривої насичення ((р =1). Процес А-\ характерний для більшості повітроохолоджувачів.

У процесі А-2 повітря охолоджується без конденсації вологи з повітря, тобто при d = const. У цьому процесі t_w < ґ. Процес А-2

зустрічається у повітроохолоджувачах.

У процесі А-3 повітря зволожується і охолоджується, тому що частина теплоти, що віддається повітрям воді, витрачається на її випаровування. У цьому процесі температура поверхні води вища за точку роси, але нижча за температуру мокрого термометра

Смт>'„»роси)-

У процесі А-4 повітря зволожується без підведення і відведення теплоти. Теплота, що віддається повітрям воді, витрачається на випаровування води і переходить разом з випаруваною вологою назад у повітря (ентальпія повітря залишається постійною, (і = const). Температура води відповідає температурі мокрого термометра

(ґ_мт = t_w). Цей процес має місце в камерах адіабатичного зволожу­вання, де повітря зволожується однією і тією ж водою, що рецирку-люється за допомогою насоса, без підведення і відведення до неї теплоти.

У процесі А-5 температура води вища за температуру мокрого термометра, але нижча від температури початкового стану повітря (t >t_w >t_m). У цьому процесі повітря охолоджується і зволожується зі збільшенням його ентальпії, тому що кількість теплоти, що перехо­дить до повітря з вологою, яка випаровується, виявляється більшою за кількість теплоти, яку повітря віддає воді при порівняно невеликій різниці між температурами. При цьому вода охолоджується. Межею охолодження води є температура мокрого термометра. Такий процес здійснюється у градирнях при охолодженні води, що виходить з конденсатора холодильної машини, а також в камерах, що зволожу­ються. В останньому випадку для підтримки постійної температури воду підігрівають чи додають свіжу більш теплу воду.

Процес А-€ протікає при однаковій температурі повітря і води (^ =t_w). Для нього характерна відсутність конвективного

теплообміну між повітрям і водою, При цьому повітря зволожиться, а вода випарується за рахунок тепла стороннього джерела.

У процесі А-1 температура води вища за температуру повітря (t_v >t).Y результаті випаровування і конвективного теплообміну між водою і повітрям повітря зволожиться і нагріється, а вода охолоне. Гранично цей процес зображується дотичною до лінії насичення 97=100%. Процес А-1 здійснюється у градирнях для охолодження води.

Отже, при t_w < ґ_роси повітря осушується, при t_w > *_роси

зволожується, при t_w < t охолоджується, а при t_w > t нагрівається.

Процес змішування двох потоків повітря станів А и В (рис. 3.19, б) на /-^-діаграмі протікає по прямій, що з'єднує точки А і В. Ці точки характеризують початкові стани повітря. Стан суміші позначається точкою С, що лежить на цій прямій. Відрізки, що визначають положення точки С на лінії змішування, зворотно пропорційні кількостям М_А і М_в повітря, що змішується ВС/АС=М_А/М_В.

У повітроохолоджувачах теплота від повітря передається холодильному агенту чи холодоносію (воді). Застосування повіт­роохолоджувачів обумовлює створення примусового руху повітря в об'єкті, що охолоджується. З холодильної камери повітря переганя-

ється вентилятором через повітроохолоджувач, де охолоджується, І знову повертається в камеру.

Розрізняють повітроохолоджувачі поверхневі чи трубчасті (сухі) і контактні (мокрі).

У поверхневих (сухих) повітроохолоджувачах теплообмін між повітрям і охолоджувачем відбувається через стінку труби. Такі повітроохолоджувачі виготовляють у вигляді пучка гладких чи ребристих труб, укладених у кожух. По трубах протікає киплячий холодильний агент (у цьому випадку повітроохолоджувачі є випарни­ками холодильної машини) чи холодоносій (водяні сухі повітроохо­лоджувачі). Зовні труби омиваються повітрям.

У контактних (мокрих) повітроохолоджувачах (зрошувальних чи форсункових) теплообмін відбувається при безпосередньому контакті повітря з водою.

Повітроохолоджувачі розміщують в охолоджуваному приміщен­ні чи поза ним, у цьому випадку кожух ізолюють.