Процессы тепловлажностной обработки воздуха

В кондиционере производятся фильтрация и тепловлажностная обработка воздуха. В теплый период года наружный воздух охлаждается и осу­шается, а в холодный период - подогревается и увлажняется.

Атмосферный воздух представляет собой механическую смесь различных газов и водяных паров. Смесь сухой части воздуха и водяных паров называется влажным воздухом.

Влагосодержание воздуха - это масса водяного пара М_п, находящегося во влажном воздухе, отнесенная к массе его сухой части М_с:

Влагосодержание имеет размерность [г/кг].

Относительная влажность воздуха - это отношение массы водяных паров во влажном воздухе к массе водяных паров в воздухе при той же температуре и полном насыщении:

Энтальпия влажного воздуха - это количество теплоты, находящейся во влажном воздухе, сухая часть которого имеет массу 1 кг:

где I _с - энтальпия 1 кг сухой части воздуха;

I _п - энтальпия 0,001d кг водяного пара.

Подставив в формулу (1) численные значения энтальпий и приведя их значения к размерности [кДж/кг], получим

(1)

Первый член уравнения (1,005t) представляет собой энтальпию сухой части воздуха, второй (2,501d) - энтальпию перехода воды в пар, а третий (0,002 td) -энтальпию пара, содержащегося в воздухе.

Графическая интерпретация уравнения (1) носит название I-d -диаграммы (рис. 1). Она связывает между собой основные параметры, характеризующие состояние влажного воздуха (t, d, I, j) при определенном давлении.

Рис. 2. Некоторые характерные точки на I - d -диаграмме и лучи тепловлажностных процессов

Ha I-d -диаграмме любая точка обозначает вполне определенное физическое состояние воздуха. Некоторые точки имеют особое значение. Точка росы - точка пересечения прямой d = const с линией j = 100 %. Для каждого влагосодержания есть своя температура точки росы t_p. Точка мокрого термометра - точка пересечения прямой I = const с линией j = 100%. Ей соответствует температу­ра мокрого термометра t_м.

Линия, соединяющая между собой точки диаграммы, соответствует некото­рому термодинамическому процессу и называется лучом тепловлажностного процесса. Рассмотрим характерные случаи изменения состояний воздуха.

1) А®Б. Изотермический процесс. Воздух одновременно поглощает теплоту и влагу.

2) A®В. Изоэнтальпический (адиабатический) процесс увлажнения и охлаж­дения воздуха.

3) А®Г. Охлаждение воздуха при постоянном влагосодержании.

4) А®Д. Охлаждение и осушение воздуха.

5) А®Е. Изоэнтальпический процесс осушки воздуха абсорбентами.

6) А®Ж. Нагрев воздуха при постоянном влагосодержании.

Все возможные процессы изменения влажного воздуха можно разделить на I-d -диаграмме на четыре характерных сектора:

Сектор I - процессы, в которых происходит повышение энтальпии и увлаж­нение воздуха. Осуществляются путем контакта воздуха с водой при орошении. Температура воды t_в должна быть выше температуры мокрого термометра t_M.

Сектор II - процессы осушки воздуха с повышением его энтальпии. Такие процессы возможны при применении химических поглотителей влаги с одно­временным подогревом воздуха и крайне редки.

Сектор III - процессы с уменьшением энтальпии и влагосодержания воздуха. Их можно осуществить при контакте с поверхностными воздухоохладителями (испарителями холодильной установки) или орошаемыми воздухоохладителями при T_в < t_p.

Сектор IV - процессы понижения энтальпии воздуха с одновременным ув­лажнением. Такие процессы можно осуществить при контакте воздуха с водой при температуре t_p < t_в < t_м.

Работа кондиционеров по процессам в секторах I, II характерна для холодно­го периода, а в секторах III, IV - для теплого.

По I-d -диаграмме можно определить точку смеси двух объемов воздуха с разными параметрами. Для каждого состояния воздуха находят точку, напри­мер точку А (рис. 2), соответствующую массе М₁ воздуха с параметрами t₁, j₁, d₁, I₁, и точку Б, соответствующую массе М₂ воздуха с параметрами t₂, j₂, d₂, I₂.

Рис. 2. Определение параметров смеси двух объемов воздуха

Точка смеси С лежит на прямой АБ и делит эту линию на отрезки, обратно пропорциональные массе воздуха каждой из составных частей.

Таким образом, I-d -диаграмма позволяет описать тепловлажностные про­цессы, протекающие при кондиционировании воздуха, и рассчитать мощность холодильного агрегата кондиционера:

N = kN_x = kq_m(I_H - I_K)

где N_x - расход холода на охлаждение воздуха в кондиционере;

q_m - массовая подача охлажденного воздуха;

I _H, I _K - начальная и конечная энтальпии охлаж­денного воздуха;

k - коэффициент запаса на потери холода (для бытовых кон­диционеров к=1,15...1,20).

В современных бытовых кондиционерах все шире используют экологически безопасные холодильные агенты. Для фреоновых же холо­дильных агрегатов кондиционеров типовым режимом является: температура кипения хладагента в испарителе t₀ = +5 °С; температура конденсации паров хладагента в конденсаторе t_K = +35 °С; температура переохлаждения хлада­гента t_п = +30 °С.