Диаграмма влажного воздуха i d диаграмма влажного воздуха: I-d диаграмма влажного воздуха — Википедия – Как правильно пользоваться I-d диаграммой влажного воздуха

I-d диаграмма влажного воздуха — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 9 июня 2013; проверки требуют 7 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 9 июня 2013; проверки требуют 7 правок. Запрос «i-D» перенаправляет сюда; о журнале см. i-D magazine. Диаграмма удельная энтальпия (h) — влагосодержание (x)

I—d-диаграмма влажного воздуха — диаграмма, широко используемая в расчетах систем вентиляции, кондиционирования, осушки и других процессов, связанных с изменением состояния влажного воздуха.

I—d-диаграмма впервые была составлена в 1918 году советским инженером-теплотехником Рамзиным^[1], а в 1923 году этот же подход использовал немецкий теплотехник Молье

[2], поэтому диаграмму свойств влажного воздуха в координатах удельная энтальпия — влагосодержание называют ещё либо диаграммой Рамзина^[3], либо диаграммой Рамзина — Молье^[4].

I—d-диаграмма влажного воздуха графически связывает все параметры, определяющие тепловлажностное состояние воздуха: энтальпию, влагосодержание, температуру, относительную влажность, парциальное давление водяных паров. Диаграмма построена в косоугольной системе координат, что позволяет расширить область ненасыщенного влажного воздуха и делает диаграмму удобной для графических построений. По оси ординат диаграммы отложены значения энтальпии I, кДж/кг сухой части воздуха, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к оси I, отложены значения влагосодержания d, г/кг сухой части воздуха. Поле диаграммы разбито линиями постоянных значений энтальпии I = const и влагосодержания d = const. На него нанесены также линии постоянных значений температуры

t = const, которые не параллельны между собой — чем выше температура влажного воздуха, тем больше отклоняются вверх его изотермы. Кроме линий постоянных значений I, d, t, на поле диаграммы нанесены линии постоянных значений относительной влажности воздуха φ = const. В нижней части I—d-диаграммы расположена кривая, имеющая самостоятельную ось ординат. Она связывает влагосодержание d, г/кг, с упругостью водяного пара p_п, кПа. Ось ординат этого графика является шкалой парциального давления водяного пара p_п.

1. ↑ Нимич Г. В. и др., Современные системы вентиляции и кондиционирования воздуха, 2003, с. 34.
2. ↑ Бэр Г. Д., Техническая термодинамика, 1977, с. 271.
3. ↑ Гунич С. В., Янчуковская Е. В., Математическое моделирование и расчет на ЭВМ химико-технологических процессов, т. 1, 2010, с. 181.
4. ↑ Циборовский Я., Основы процессов химической технологии, 1967, с. 620.

• Бэр Г. Д. Техническая термодинамика. — М.: Мир, 1977. — 519 с.
• Гунич С. В., Янчуковская Е. В. Математическое моделирование и расчет на ЭВМ химико-технологических процессов. Примеры и задачи. — Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. — Т. 1. — 216 с.
• Нимич Г. В., Михайлов В. А., Бондарь Е. С. Современные системы вентиляции и кондиционирования воздуха. — Харьков: ТОВ «Видавничий будинок», 2003. — 630 с. — ISBN 966-7671-65-8.
• Циборовский Я. Основы процессов химической технологии / Пер. с польск. под ред. чл.-кор. АН СССР П. Г. Романкова. — Л: Химия, 1967. — 719 с.

Как правильно пользоваться I-d диаграммой влажного воздуха

Использование I-d диаграммы очень удобно при любых процессах. Специалисты с легкостью решают проблемы связанные с расчетом состояния влажного воздуха и его обработке и т. д. с помощью этой чудо-диаграммы. Но большинство людей, увидев ее впервые, совсем не понимают как с ней работать и вообще зачем она нужна.

Содержание статьи:

Из чего состоит диаграмма влажного воздуха

Начнем с того, что детально ознакомимся с каждой составляющей диаграммы. Так выглядит Id диаграмма:

Теперь изучим ее подробнее:

Влажность

Дуги выходящие из левого угла обозначают относительную влажность воздуха φ,%. Чтобы понять чем относительная влажность отличается от влагосодержания посмотрим на эту формулу φ= (d/d_max)·100%. То есть относительная влажность- это соотношение количества влаги, которое находится в воздухе к максимально возможному количеству влаги.  Половина, что находится выше дуги 100%, отвечает за насыщенное состояние, а все что ниже  за перенасыщенное.

Влагосодержание

Вертикальные линии находящиеся на I-d диаграмме отвечают за влагосодержание d, г/кг (это одно из составляющих названия диаграммы). Это значение показывает грамм пара содержится в килограмме воздуха, а значение влагосодержания пишется внизу диаграммы (это 5.0, 10.0 и т.д.)

Температура

Далее рассмотри линии изображающие значение температуры Т,°С. На I-d диаграмме температуру изображают наклонными линиями, а значения температуры находятся в левой стороне диаграммы:

Энтальпия

Последняя составляющая Id диаграммы и вторая составляющая ее названия это энтальпия І, кДж/кг. Энтальпия –это количество тепла, находящееся в 1 кг воздуха. Как и температура, она изображается наклонными линиями, но они опускаются сверху вниз. Значение энтальпии пишется на самих линиях.

Ну а дальше если соединить их все вместе мы получим вот такую сокращенную диаграмму влажного воздуха, которую еще именуют и-д диаграммой (id диграмма):

Состояние воздуха по диаграмме

Для определения состояния воздуха необходимо знать всего лишь любые 2 показателя: например, температуру и влажность, влажность и энтальпию, температуру и влагосодержание и т. д. Ну возьмем, например, воздух с температурой 20°С и энтальпией 40 кДЖ/кг. Для определения остальных показателей необходимо найти точку пересекания линии соответствующей 20 °С и 40 кДж/кг. Далее для определения влагосодержания из точки А опускаем перпендикуляр. Перпендикуляр попал в точку между 5 и 10, потому можно предположить, что влагосодержание воздуха 8 г/кг.

Потом определяем влажность, точка А находится возле дуги со значением влажности 60%, потому допускаем что влажность воздуха 58%. Вот и определили параметры воздуха. Точно также и делаем на большой диаграмме, там просто больше линий и главное в них не заплутаться.

А теперь давайте перейдем непосредственно к построению процессов изменения состояния воздуха.

Чаще всего I-d диаграммой пользуются после для построения процессов перемены состояния воздуха, на практике это не только нагрев, охлаждение или увлажнение. Диаграмму влажного воздуха часто применяют для нахождения количества необходимого воздуха, например при расчете воздушного отопления и даже при правильном подборе фанкойлов.

Процессы на I-d диаграмме влажного воздуха

Построение процессов изменения состояния воздуха на I—d диаграмме

Нагрев

Воздух нагревается ( d=const, t увеличивается, φ уменьшается, І увеличивается). Например, воздух с температурой 20°С и влажностью 60% нагревают до 35°С и необходимо определить параметры нагретого воздуха. Для этого с точки А (t=20°C,φ=60%) проводим параллельную линию к d до пересечения ею линии соответствующей 35°С. Дальше за уже известным алгоритмом определяем параметры воздуха в точке В: t=35°C, φ=25%, I=57 кДж/кг, d=5 г/кг.

Охлаждение

Далее построим процесс охлаждения воздуха (d=const, t уменьшается, φ увеличивается, І уменьшается). Для этого возьмем ту же точку А и с нее опустим отрезок параллельно линии d до пересечения с линией необходимой нам температуры, пусть это будет 15°С. Параметры охлажденного воздуха будут в т. В : t=15°C, φ=80%, I=37кДж/кг, d=5г/кг.

Увлажнение

Процесс увлажнения воздуха бывает двух видов: адиабатное и изотермическое. Мы на одной диаграмме рассмотрим эти 2 процесса. Берем уже приевшуюся нам точку А и для начала построим процесс адиабатного увлажнения (d увеличивается, t уменьшается, φ увеличивается, І=const):

1. Для этого из точки А опускаем отрезок параллельно линии І до пересечения с дугой необходимой влажности, в нашем случае до дуги φ=100% и ставим точку В и определяем параметры воздуха в этой точке за уже известным алгоритмом.
2. Построим процесс изотермического увлажнения (d увеличивается, t=const , φ увеличивается, І увеличивается). Из точки А проводим отрезок параллельный линии t=const до дуги необходимой влажности. Далее находим параметры воздуха в точке С.

Аналогично происходит построение процесса осушения , только отрезок идет в сторону уменьшения влажности.

Смешивание

Очень часто необходимо определить параметры воздуха, после смешивания воздуха с одними параметрами с воздухом с другими. Для этого также с успехом используют I-d диаграмму. Давайте рассмотрим процесс смешивания на примере.

Пример. Внешний воздух в холодный период года с температурой -12°С , энтальпией -10 кДж/кг и расходом 7000 кг/час смешивается с воздухом внутри помещения с температурой 20°С, влажностью 65% и расходом 8400 кг/час. Определить параметры смешанного воздуха.

Для этого на диаграмме находим точки соответствующие параметрам внутреннего и наружного воздуха и обозначаем их как т. А (t=-12°, І =-10 кДж/кг) и В (t=20° , φ=65%) и соединяем их между собой .

Далее для определения параметров в точке С необходимо линейкой измерить длину отрезка АВ. И не забываем о соотношении М_А/М_В=ВС/АС. Теперь необходимо решить систему уравнений:

Длина нашего отрезка 146 мм, то есть ВС+АС =146, тогда АС=146-ВС. Подставляем значение ВС  в второе уравнение: (146-ВС)/ВС =7000/8400, после решения уравнения получаем ВС=66 мм , а АС=80мм. Отмеряем от точки А 80мм и ставим точку С. Вот мы и нашли с вами т. С (d=7,8 г/кг , t=12,5° , φ=85%, І =32кДж/кг).

Надеемся наша статья принесла вам пользу и теперь у вас не будет проблем с построением процессов изменения параметров воздуха. А о построении процессов обработки воздуха кондиционеров вы можете ознакомится в следующей статье.

Читайте также:

Расчет i-d диаграммы

Расчёт параметров влажного воздуха и построение лучей процессов на i-d диаграмме.

Исходные данные:

Позиция	1	2	3	4	5	6	7	8
Температура t, °C
Относительная влажность φ, %
Влагосодержание d, г/кг с.в.
Удельная энтальпия i, кДж/кг с.в.
Процесс [O, C, A, P, X, S]
Расход сухого воздуха Lс*, м3/ч
Мощность Q, кВт

Результат:

Позиция	1	2	3	4	5	6	7	8
Температура t, °C
Относительная влажность φ, %
Влагосодержание d, г/кг с.в.
Удельная энтальпия i, кДж/кг с.в.
Плотность ρ, кг/м3
Темп. мокрого термометра tм, °C
Масс.расход сух.воздуха Gс, кг/с
Расход влажного воздуха L, м3/ч
Мощность Q, кВт
Влагоприток Mв, кг/ч

Кнопка для печати работает только при включённом JavaScript!

Справка по i-d диаграмме

Справка по i-d диаграмме.

Влажный воздух – это смесь сухого воздуха c водяным паром. Свойства влажного воздуха характеризуются следующими основными параметрами: температура по сухому термометру t, барометрическое давление P_б, парциальное давление водяного пара P_п, относительная влажность φ, влагосодержание d, удельная энтальпия i, температура точки росы t_р, температура мокрого термометра t_м, плотность ρ.

i-d диаграмма представляет собой графическую зависимость между основными параметрами воздуха t, φ, d, i при определённом барометрическом давлении воздуха P_б и используется для визуализации результатов расчёта процессов обработки влажного воздуха.

i-d диаграмма впервые была составлена в 1918 году советским инженером-теплотехником Л. К. Рамзиным.

Диаграмма построена в косоугольной системе координат, что позволяет расширить область ненасыщенного влажного воздуха и делает диаграмму удобной для графических построений. По оси ординат диаграммы отложены значения удельной энтальпии i, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к оси i, отложены значения влагосодержания d. Поле диаграммы разбито линиями постоянных значений удельной энтальпии i=const и влагосодержания d=const. На диаграмму нанесены также линии постоянных значений температуры t=const, которые не параллельны между собой, а чем выше температура влажного воздуха, тем больше изотермы отклоняются вверх. На поле диаграммы нанесены также линии постоянных значений относительной влажности φ=const.

Относительной влажностью называется отношение парциального давления водяного пара, содержащегося во влажном воздухе заданного состояния, к парциальному давлению насыщенного водяного пара при той же температуре.

Влагосодержание – это масса водяного пара во влажном воздухе, приходящаяся на 1 кг массы сухой его части.

Удельная энтальпия – это количество теплоты, содержащееся во влажном воздухе при заданных температуре и давлении, отнесённое к 1 кг сухого воздуха.

i-d диаграмма кривой φ=100% разбита на две области. Вся область диаграммы, лежащая выше этой кривой, характеризует параметры ненасыщенного влажного воздуха, а ниже – область тумана.

Туман является двухфахной системой, состоящей из насыщенного влажного воздуха и взвешенной влаги в виде мельчайших капель воды или частичек льда.

Для расчёта параметров влажного воздуха и построения i-d диаграммы используются четыре основных уравнения:

1) Давление насыщенного водяного пара над плоской поверхностью воды (t > 0) или льда (t ≤ 0), кПа:

Pн = 0,6112·exp[ α·t ] β + t

[1] (3.12)

где α_в, β_в – постоянные для воды, α_в = 17,504, β_в = 241,2 °С

α_л, β_л – постоянные для льда, α_л = 22,489, β_л = 272,88 °С

2) Относительная влажность φ, %:

3) Влагосодержание d, г/кг с.в.:

d = 621,98· Pп Pб – Pп

[3] 6 (23)

где P_б – барометрическое давление, кПа

4) Удельная энтальпия влажного воздуха i, кДж/кг с.в.:

i = 1,006·t + d ·(2501 + 1,805·t) 1000

[3] 6 (32)

Температура точки росы – это температура, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении постоянного влагосодержания.

Для отыскания температуры точки росы на i-d диаграмме через точку, характеризующую состояние воздуха, нужно провести линию d=const до пересечения с кривой φ=100%. Температура точки росы является предельной температурой, до которой можно охладить влажный воздух при постоянном влагосодержании без выпадения конденсата.

Температура мокрого термометра – это температура, которую принимает ненасыщенный влажный воздух с начальными параметрами i₁ и d₁ в результате адиабатного тепло- и массообмена с водой в жидком или твёрдом состоянии, имеющей постоянную температуру t_в=t_м после достижения им насыщенного состояния, удовлетворяющего равенству:

iн = i1 + (dн – d1) ·cв·tм

[2] (4.21)

где c_в – удельная теплоёмкость воды, кДж/(кг·°C)

Разность i_н – i₁ обычно невелика, поэтому процесс адиабатного насыщения часто называют изоэнтальпийным, хотя в действительности i_н = i₁ только при t_м = 0.

Для отыскания температуры мокрого термометра на i-d диаграмме через точку, характеризующую состояние воздуха, нужно провести линию постоянной энтальпии i=const до пересечения с кривой φ=100%.

Плотность влажного воздуха определяется по формуле, кг/м³:

ρ = 3,483· Pб  – 1,317· Pп T T

[2] (4.25)

где T – температура в градусах Кельвина

Количество теплоты, необходимое для нагревания воздуха, можно рассчитать по формуле, кВт:

Количество теплоты, отводимое от воздуха при охлаждении, кВт:

где i₁, i₂ – удельная энтальпия в начальной и конечной точках соответственно, кДж/кг с.в.

G_с – расход сухого воздуха, кг/с

где G_в – расход влажного воздуха, кг/с

d – влагосодержание, г/кг с.в.

Массу сконденсированной влаги вычисляют по формуле, кг/с:

где d₁, d₂ – влагосодержание в начальной и конечной точках соответственно, г/кг с.в.

При смешении двух потоков воздуха влагосодержание и удельную энтальпию смеси определяют по формулам:

d3 = Gс1 · d1 + Gс2 · d2 Gс1 + Gс2

i3 = Gс1 · i1 + Gс2 · i2 Gс1 + Gс2

На диаграмме точка смеси лежит на прямой 1-2 и делит её на отрезки, обратно пропорциональные смешиваемым количествам воздуха:

Возможен случай, когда точка смеси 3* окажется ниже линии φ=100%. В этом случае процесс смешения сопровождается конденсацией части содержащегося в смеси водяного пара и точка смеси 3 будет лежать на пересечении линий i_3*=const и φ=100%.

На представленном сайте на странице “Расчёты” можно рассчитать до 8 состояний влажного воздуха с построением лучей процессов на i-d диаграмме.

Чтобы определить начальное состояние, нужно указать два параметра из четырёх (t, φ, d, i) и расход сухого воздуха L_с*. Расход задаётся в предположении плотности воздуха 1,2 кг/м³. Отсюда определяется массовый расход сухого воздуха, используемый в дальнейших вычислениях. В выходную таблицу выводятся фактические значения объёмного расхода воздуха, соответствующие реальной плотности воздуха.

Новое состояние можно вычислить, определив процесс и задав конечные параметры.

На диаграмме отображаются следующие процессы: нагрев, охлаждение, адиабатическое охлаждение, пароувлажнение, смешение и общий процесс, определяемый двумя любыми параметрами.

Процесс	Обозначение	Описание
Нагрев	O	Вводится заданная конечная температура, либо заданная тепловая мощность.
Охлаждение	C	Вводится заданная конечная температура, либо заданная холодильная мощность. Этот расчет основан на допущении, что температура поверхности охладителя остается неизменной, и начальные параметры воздуха стремятся в точку с температурой поверхности охладителя при φ=100%. Как будто происходит смешение воздуха начального состояния с полностью насыщенным воздухом у поверхности охладителя.
Адиабатическое охлаждение	A	Вводится заданная конечная относительная влажность, либо влагосодержание, либо температура.
Пароувлажнение	P	Вводится заданная конечная относительная влажность, либо влагосодержание.
Общий процесс	X	Вводятся значения двух параметров из четырёх (t, φ, d, i), являющиеся конечными для заданного процесса.
Смешение	S	Этот процесс определяется без задания параметров. Используются два предыдущих значения расхода воздуха. Если при смешении достигается максимально допустимое влагосодержание, то происходит адиабатическая кондесация водяных паров. В результате вычисляется количество сконденсированной влаги.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Бурцев С.И., Цветков Ю.Н. Влажный воздух. Состав и свойства: Учеб. пособие. – СПб.: СПбГАХПТ, 1998. – 146 c.

2. Справочное пособие АВОК 1-2004. Влажный воздух. – М.: АВОК-ПРЕСС, 2004. – 46 с.

3. ASHRAE Handbook. Fundamentals. – Atlanta, 2001.

4.7 Применение J – d диаграммы : Тема 4. J – d диаграмма влажного воздуха : «Расчёт теплового баланса, поступления влаги, воздухообмена, построение J

Состояние влажного воздуха на психометрической диаграмме определяется с помощью двух указанных параметров. Если, мы выберем любую температуру по сухому термометру и любую температуру по мокрому термометру, то точка пересечения этих линий на диаграмме является точкой, обозначающей состояние воздуха при данных температурах. Состояние воздуха в данной точке обозначено совершенно определённо.

Когда на диаграмме найдено определённое состояние воздуха, все остальные параметры воздуха могут быть определены с помощью J-d диаграммы.

Пример 1.

Если температура влажного воздуха по сухому термометру равна t = 35°С, а температура точки росы ТР равна t_Т.Р. = 12°С, чему равна температура по мокрому термометру?

Решение см. рисунок 6.

На шкале температур находим численное значение температуры точки росы t_Т.Р. = 12°С и проводим линию изотермы до пересечения с линией относительной влажности φ = 100%. Получаем точку с параметрами точки росы — Т.Р.

Из этой точки проводим линию постоянного влагосодержания — d = const до пересечения с изотермой — t = 35°С.

Получаем искомую точку А, параметры которой были заданы.

Из точки А проводим линию постоянного теплосодержания — J = const до пересечения с линией относительной влажности φ = 100%.

Получаем точку мокрого термометра – Т.М.

Из полученной точки — Т.М. проводим линию изотермы — t = const до пересечения со шкалой температур.

Считываем искомое численное значение температуры мокрого термометра — Т.М. точки А, которое равно

t_Т.М. = 20,08°С.

Пример 2.

Если температура влажного воздуха по сухому термометру равна t = 35°С, а температура точки росы t Т.Р. = 12°С, чему равна относительная влажность?

Решение см. рисунок 7.

На шкале температур находим численное значение температуры по сухому термометру — t = 35°С и проводим линию изотермы — t = const.

На шкале температур находим численное значение температуры точки росы — t_Т.Р. = 12°С и проводим линию изотермы — t = const до пересечения с линией относительной влажности φ = 100%.

Получаем точку росы — Т.Р.

Из этой точки — Т.Р. проводим линию постоянного влагосодержания — d = const до пересечения с линией изотермы по сухому термометру t = 35°С.

Это и будет искомая точка А, параметры которой были заданы.

Искомая относительная влажность в этой точке будет равна

φ_А = 25%.

Пример 3.

Если температура влажного воздуха по сухому термометру равна t = 35°С, а температура точки росы t_Т.Р. = 12°С, чему равна энтальпия воздуха?

Решение см. рисунок 8.

На шкале температур находим численное значение температуры по сухому термометру — t = 35°С и проводим линия изотермы — t = const.

На шкале температур находим численное значение температуры точки росы — t_Т.Р. = 12°С и проводим линию изотермы — t = const до пересечения с линией относительной влажности φ = 100%.

Получаем точку росы — Т.Р.

Из этой точки — Т.Р. проводим линию постоянного влагосодержания — d = const до пересечения с линией изотермы по сухому термометру t = 35°С.

Это и будет искомая точка А, параметры которой были заданы. Искомое теплосодержание или энтальпия в этой точке будет равна

J_А = 57,55 кДж/кг.

Пример 4.

При кондиционировании воздуха, связанного с его охлаждением (тёплый период года) мы в основном заинтересованы в определении количества тепла, которое должно быть отведено, чтобы в достаточной степени охладить воздух для поддержания расчётных параметров микроклимата в помещении. При кондиционировании воздуха, связанного с его нагревом (холодный период года), наружный воздух необходимо подогреть для обеспечения расчётных условий в рабочей зоне помещения.

Предположим, например, что наружная температура воздуха по мокрому термометру равна t^H_T.M =  24°С, а в кондиционируемом помещении необходимо поддерживать t^B_T.M = 19°С по мокрому термометру.

Общее количество тепла, которое необходимо отвести от 1 кг сухого воздуха, определяется по следующей методике.

См. рисунок 9.

Энтальпия наружного воздуха при t^H_T.M = 24°С по мокрому термометру равна

p= J_Н = 71,63 кДж/ на 1 кг сухого воздуха.

Энтальпия внутреннего воздуха при t^B_TM = 19 °С по мокрому термометру равна

J_В = 53,86 кДж/ на 1 кг сухого воздуха.

Разность энтальпий между наружным и внутренним воздухом равна:

JН — JВ = 71,63 — 53,86 = 17,77 кДж/кг.

Исходя из этого, общее количество тепла, которое должно быть отведено при охлаждении воздуха с t^H_T.M = 24°С по влажному термометру до t^B_T.M = 19°С по влажному термометру, равно Q = 17,77 кДж на 1 кг сухого воздуха, что равно 4,23 ккал или 4,91 Вт на 1 кг сухого воздуха.

Пример 5.

Во время отопительного сезона необходимо нагреть наружный воздух с t_Н = – 10°С по сухому термометру и с t^H_T.M = – 12,5°С по мокрому термометру до температуры внутреннего воздуха t_В =  20°С по сухому термометру и t^B_T.M = 11°С по мокрому термометру. Определить количество сухого тепла, которое должно быть добавлено к 1 кг сухого воздуха.

Решение см. рисунок 10.

На J–d диаграмме по двум известным параметрам – по температуре сухого термометра t_Н = – 10°С и по температуре мокрого термометра t^H_T.M = – 12,5°С определяем точку наружного воздуха исходя из температуры по сухому термометру t_Н = – 10°С и из температуры наружного воздуха – Н.

Соответственно, определяем точку внутреннего воздуха – В.

Считываем теплосодержание — энтальпию наружного воздуха — Н, которая будет равна

J_Н = – 9,1 кДж/ на 1 кг сухого воздуха.

Соответственно, теплосодержание — энтальпия внутреннего воздуха — В будет равна

J_В = 31,66 кДж/ на 1 кг сухого воздуха

Разность энтальпий внутреннего и наружного воздуха равна:

ΔJ = J_В — J_Н = 31,66 — (-9,1) = 40,76 кДж/ кг.

Это изменение количества тепла является изменением количества тепла только сухого воздуха, т.к. нет изменения его влагосодержания.

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

Скрытая теплота – тепло, идущее на изменение агрегатного состояния пара без изменения температуры. Температура точки росы обозначает влагосодержание воздуха.

При изменении температуры точки росы происходит изменение влагосодержания, т.е. иными словами, влагосодержание может быть изменено только при изменении температуры точки росы. Необходимо отметить поэтому, что если температура точки росы остаётся постоянной, то влагосодержание также не изменяется.

Пример 6.

Воздух, который имеет начальные параметры t_Н = 24°С по сухому термометру и t^H_T.M = 14°С по мокрому термометру, должен быть кондиционирован, чтобы его конечные параметры стали равны t_К =  24°С по сухому термометру и t^K_T.M = 21°С по мокрому термометру. Необходимо определить количество добавляемой скрытой теплоты, а также количество добавляемой влаги.

Решение см. рисунок 11.

На шкале температур находим численное значение температуры по сухому термометру — t_Н = 24°С, и проводим линию изотермы — t = const.

Аналогично, на шкале температур находим численное значение температуры по мокрому термометру — t^H_T.M. = 14°С, проводим линию изотермы — t = const.

Пересечение линии изотермы — t^H_T.M. = 14°С с линией относительной влажности — φ = 100% даёт точку мокрого термометра воздуха с начальными заданными параметрами — точка М.Т.(Н).

Из этой точки проводим линию постоянного теплосодержания — энтальпии — J = const до пересечения с изотермой — t_Н = 24°С.

Получаем точку на J-d диаграмме с начальными параметрами влажного воздуха — точка Н, т считываем численное значение энтальпии

J_Н = 39,31 кДж/ на 1 кг сухого воздуха.

Аналогично поступаем для определения точки влажного воздуха на J-d диаграмме с конечными параметрами — точка К.

Численное значение энтальпии в точке К будет равно

J_К = 60,56 кДж/ на 1 кг сухого воздуха.

В данном случае к воздуху с начальными параметрами в точке Н необходимо добавить скрытое тепло, чтобы конечные параметры воздуха находились в точке К.

Определяем количество скрытого тепла

ΔJ = J_К – J_Н = 60,56 — 39,31 = 21,25 кДж/ кг.

Проводим из начальной точки — точка Н, и конечной точки — точка К вертикальные линии постоянного влагосодержания — d = const, и считываем значения абсолютной влажности воздуха в этих точках:

J_Н = 5,95 г / на 1 кг сухого воздуха;

J_К = 14,4 г / на 1 кг сухого воздуха.

Взяв разность абсолютных влажностей воздуха

Δd = d_К-d_Н = 14,4 — 5,95 = 8,45 г / на 1 кг сухого воздуха

получим количество влаги, добавляемой на 1 кг сухого воздуха.

Изменение количества тепла является изменением количества только скрытой теплоты, т.к. нет изменения в температуре воздуха по сухому термометру.

Пример 7.

Наружный воздух при температуре t_Н = 35°С по сухому термометру и t^H_T.M. = 24°С по мокрому термометру — точка Н, должен быть перемешан с рециркуляционным воздухом, имеющим параметры t_Р = 18°С по сухому термометру и φ_Р = 10% относительной влажности — точка Р.

Смесь должна состоять из 25% наружного воздуха и 75% рециркуляционного воздуха. Определить конечные температуры смеси воздуха по сухому и влажному термометрам.

Решение см. рисунок 12.

Наносим на J-d диаграмму точки Н и Р согласно исходных данных.

Соединяем точки Н и Р прямой линией — линией смеси.

На линии смеси НР определяем точку смеси С исходя из соотношения, что смесь должна состоять из 25% наружного воздуха и 75% рециркуляционного воздуха. Для этого от точки Р откладываем отрезок равный 25% всей длины линии смеси НР. Получим точку смеси С.

Оставшаяся длина отрезка СН равна 75% длины линии смеси НР.

Из точки С проводим линию постоянной температуры t = const и на шкале температур считываем температуру точки смеси t_С = 22,4°С по сухому термометру.

Из точки С проводим линии постоянного теплосодержания J = const до пересечения с линией относительной влажности φ = 100% и получаем точку температуры мокрому термометра t^C_T.M. смеси. Для получения численного значения из этой точки проводим линию постоянной температуры и на шкале температур определяем численное значение температуры влажного термометра смеси, которое равно t^C_T.M. = 12°С.

При необходимости на J-d диаграмме можно определить все недостающие параметры смеси:

• теплосодержание, равное J_С = 33,92 кДж/кг;
• влагосодержание, равное d_С = 4,51 г/кг;
• относительную влажность φ_С = 27 %.

Диаграмма Молье | Техническая библиотека ПромВентХолод

I-d-диаграмма влажного воздуха была разработана русским ученым, профессором Л.К. Рамзиным в 1918 г. На западе аналогом I-d-диаграммы является диаграмма Молье или психрометрическая диаграмма. I-d-диаграмма применяется в расчетах систем кондиционирования воздуха, вентиляции и отопления и позволяет быстро определить все параметры воздухообмена в помещении. 

I-d-диаграмма влажного воздуха графически связывает все параметры, определяющие тепловлажностное состояние воздуха: энтальпию, влагосодержание, температуру, относительную влажность, парциальное давление водяных паров. Использование диаграммы позволяет наглядно отобразить вентиляционный процесс, избегая сложных вычислений по формулам.

Основные свойства влажного воздуха 

Окружающий нас атмосферный воздух является смесью сухого воздуха с водяным паром. Эту смесь называют влажным воздухом. Влажный воздух оценивают по следующим основным параметрам:

• Температура воздуха по сухому термометру tc, °C – характеризует степень его нагрева;
• Температура воздуха по мокрому термометру tм, °C – температура, до которой нужно охладить воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении начальной энтальпии воздуха;
• Температура точки росы воздуха tp, °C – температура, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении постоянного влагосодержания;
• Влагосодержание воздуха d, г/кг – это количество водяного пара в г (или кг), приходящееся на 1 кг сухой части влажного воздуха;
• Относительная влажность воздуха j, %  – характеризует степень насыщенности воздуха водяными парами. Это отношение массы водяных паров, содержащихся в воздухе, к максимально возможной их массе в воздухе при тех же условиях, то есть температуре и давлении, и выраженное в процентах;
• Насыщенное состояние влажного воздуха – состояние, при котором воздух насыщен водяными парами до предела, для него j = 100 %;
• Абсолютная влажность воздуха е, кг/м 3 — это количество водяных паров в г, содержащихся в 1 м 3 влажного воздуха. Численно абсолютная влажность воздуха равна плотности влажного воздуха;
• Удельная энтальпия влажного воздуха I, кдж/кг – количество теплоты, необходимое для нагревания от 0 °С до данной температуры такого количества влажного воздуха, сухая часть которого имеет массу 1 кг. Энтальпия влажного воздуха складывается из энтальпии сухой его части и энтальпии водяных паров;
• Удельная теплоемкость влажного воздуха с, кДж/(кг•К) – теплота, которую надо затратить на один килограмм влажного воздуха, чтобы повысить температуру его на один градус Кельвина;
• Парциальное давление водяных паров Рп, Па – давление, под которым находятся водяные пары в влажном воздухе;
• Полное барометрическое давление Рб, Па – равно сумме парциальных давлений водяного пара и сухого воздуха (согласно закону Дальтона).

Описание I-d-диаграммы

По оси ординат диаграммы отложены значения энтальпии I, кДж/кг сухой части воздуха, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к оси I, отложены значения влагосодержания d, г/кг сухой части воздуха. Поле диаграммы разбито линиями постоянных значений энтальпии I = const и влагосодержания d = const. На него нанесены также линии постоянных значений температуры t = const, которые не параллельны между собой: чем выше температура влажного воздуха, тем больше отклоняются вверх его изотермы. Кроме линий постоянных значений I, d, t, на поле диаграммы нанесены линии постоянных значений относительной влажности воздуха φ = const. В нижней части I-d-диаграммы расположена кривая, имеющая самостоятельную ось ординат. Она связывает влагосодержание d, г/кг, с упругостью водяного пара Рп, кПа. Ось ординат этого графика является шкалой парциального давления водяного пара Рп. Все поле диаграммы разделено линией j = 100 % на две части. Выше этой линии расположена область ненасыщенного влажного воздуха. Линия j = 100 % соответствует состоянию воздуха, насыщенного водяными парами. Ниже расположена область пересыщенного состояния воздуха (область тумана). Каждая точка на I-d-диаграмме соответствует определенному тепловлажностному состоянию Линия на I-d-диаграмме соответствует процессу тепловлажностной обработки воздуха. Общий вид I-d-диаграммы влажного воздуха представлен ниже во вложенном файле PDF пригоден для печати в форматах А3 и А4. 

ID Диаграмма влажного воздуха.pdf

Построение процессов обработки воздуха в системах кондиционирования и вентиляции на I-d-диаграмме.

Процессы нагрева, охлаждения и смешивания воздуха 

На I-d-диаграмме влажного воздуха процессы нагрева и охлаждения воздуха изображаются лучами по линии d-const (рис. 2). 

 

Рис. 2. Процессы сухого нагрева и охлаждения воздуха на I-d-диаграмме: 

• В_1, В_2,– сухой нагрев; 
• В_1, В_3 – сухое охлаждение; 
• В_1, В_4, В_5 – охлаждение с осушением воздуха.

Процессы сухого нагрева и сухого охлаждения воздуха на практике осуществляют, применяя теплообменники (воздухонагреватели, калориферы, воздухоохладители). 

Если влажный воздух в теплообменнике охлаждается ниже точки росы, то процесс охлаждения сопровождается выпадением конденсата из воздуха на поверхности теплообменника, и охлаждение воздуха сопровождается его осушкой. 

Расход теплоты в теплообменнике Q, Вт, затраченной на нагрев воздуха массой G, кг/ч, имеющего параметры I_B1, t_1, до состояния I_B2, t_2 (рис. 2), определяется по уравнению:

Q=G∙(I_B2- I_B1) или Q=G∙c∙(t_2- t_1)

Расход холода на охлаждение воздуха от состояния В1 до состояния В3 определяется из выражения:

Q=G∙(I_B1- I_B3) или Q=G∙c∙(t_1- t_3)

Количество конденсата W_k, кг/кг, образующегося при осушке воздуха от состояния В_1 до состояния В_5, определяем как:

W_k=G∙(d_1- d_5)·10‾³

Процессы смешения влажного воздуха изображаются на I-d-диаграмме прямой линией, соединяющей исходные состояния смешиваемого воздуха (рис. 3). 

 

Рис. 3. Процесс смешения воздуха на I-d-диаграмме

Точку С на прямой В_1– В_2 определим по вычисленному значению энтальпии смеси I_с или влагосодержания смеси d_c. Для этого запишем уравнения теплового баланса (а) или уравнение материального баланса по водяным парам:

а) G_1∙I_B1- G_1∙I_B2= (G_1+G_2)∙I_c 
б) G_1∙d_B1- G_1∙d_B2= (G_1+G_2)∙d_c

где G_1, G_2 – масса воздуха, кг. Точка С будет находиться на пересечения линии В_1– В_2 и линии I_c= const или d_c = const.

I-d диаграмма для начинающих (ID диаграмма состояния влажного воздуха для чайников)

После прочтения данной статьи, рекомендую прочитать статью про энтальпию, скрытую холодопроизводительность и определение количества конденсата, образующегося в системах кондиционирования и осушения: http://mrcynognathus.livejournal.com/7758.html

Доброго времени суток уважаемые начинающие коллеги!

В самом начале своего профессионального пути я наткнулся на данную диаграмму. При первом взгляде она может показаться страшноватой, но если разобраться в главных принципах, по которым она работает, то можно её и полюбить :D. В быту она называется и-д диаграмма.

В данной статье я попытаюсь просто(на пальцах) объяснить основные моменты, чтобы вы потом отталкиваясь от полученного фундамента самостоятельно углубились в данную паутину характеристик воздуха.

Примерно так она выглядит в учебниках. Как-то жутковато становится.

(для увеличения рисунка необходимо щелкнуть и потом еще раз щелкнуть по нему)

Я уберу все то лишнее, что не будет мне нужным для моего объяснения и представлю и-д диаграмму в таком виде:

(для увеличения рисунка необходимо щелкнуть и потом еще раз щелкнуть по нему)

Все равно еще не совсем понятно, что это такое. Разберем её на 4 элемента:

Первый элемент – влагосодержание (D или d). Но прежде чем я начну разговор об влажности воздуха в целом, я бы хотел кое о чем с вами договориться.

Давайте договоримся “на берегу” сразу об одном понятии. Избавимся от одного прочно засевшего в нас (по крайней мере, в меня) стереотипа о том, что такое пар. С самого детства мне показывали на кипящую кастрюлю или чайник и говорили, тыкая пальцем на валящий из сосуда “дым”: “ Смотри! Вот это пар”. Но как многие, дружащие с физикой люди, мы должны понимать, что “Водяной пар — газообразное состояние воды. Не имеет цвета, вкуса и запаха”. Это всего лишь, молекулы h3O в газообразном состоянии, которых не видно. А то что мы видим, валящее из чайника – это смесь воды в газообразном состоянии(пар) и “капелек воды в пограничном состоянии между жидкостью и газом”, вернее видим мы последнее (так же, с оговорками, можно назвать то что мы видим – туманом). В итоге мы получаем, что в данный момент, вокруг каждого из нас находится сухой воздух (смесь кислорода, азота…) и пар (h3O).

Так вот, влагосодержание говорит нам о том, сколько этого пара присутствует в воздухе. На большинстве и-д диаграмм данная величина измеряется в [г/кг], т.е. сколько грамм пара(h3O в газообразном состоянии) находится в одном килограмме воздуха (1 кубический метр воздуха в вашей квартире весит около 1,2 килограмма). В вашей квартире для комфортных условий в 1 килограмме воздуха должно быть 7-8 грамм пара.

На и-д диаграмме влагосодержание изображается вертикальными линиями, а информация о градации расположена в нижней части диаграммы:

(для увеличения рисунка необходимо щелкнуть и потом еще раз щелкнуть по нему)

Второй важный для понимания элемент – температура воздуха (T или t). Думаю здесь ничего объяснять не нужно. На большинстве и-д диаграмм данная величина измеряется в градусах Цельсия [°C]. На и-д диаграмме температура изображается наклонными линиями, а информация о градации расположена в левой части диаграммы:

(для увеличения рисунка необходимо щелкнуть и потом еще раз щелкнуть по нему)

Третий элемент ИД-диаграммы – относительная влажность (φ). Относительная влажность, это как раз та влажность, о которой мы слышим из телевизоров и радио, когда слушаем прогноз погоды. Измеряется она в процентах [%].

Возникает резонный вопрос: “Чем отличается относительная влажность от влагосодержания?” На данный вопрос я отвечу поэтапно:

Первый этап:

Воздух способен вмещать в себя определенное количество пара. У воздуха есть определенная  “паровая грузоподъемность”. Например, в вашей комнате килограмм воздуха может “взять на свой борт” не больше 15 грамм пара.

Предположим, что в вашей комнате комфортно, и в каждом килограмме воздуха, находящегося в вашей комнате, имеется по 8 грамм пара, а вместить каждый килограмм воздуха в себя может по 15 грамм пара. В итоге мы получаем, что в воздухе находится 53,3% пара от максимально возможного, т.е. относительная влажность воздуха – 53,3%.

Второй этап:

Вместимость воздуха различна при разных температурах. Чем выше температура воздуха, тем больше пара он может в себя вместить, чем ниже температура, тем меньше вместимость.

Предположим, что мы нагрели воздух в вашей комнате обычным нагревателем с +20 градусов до +30 градусов, но при этом количество пара в каждом килограмме воздуха осталось прежним – по 8 грамм. При +30 градусах воздух может “взять себе на борт” до 27 грамм пара, в итоге в нашем нагретом воздухе – 29,6% пара от максимально возможного, т.е. относительная влажность воздуха – 29,6%.

Тоже самое и с охлаждением. Если мы охладим воздух до +11 градусов, то мы получим “грузоподъемность” равную 8,2 грамм пара на килограмм воздуха и относительную влажность равную 97,6%.

Заметим, что влаги в воздухе было одинаковое количество – 8 грамм, а относительная влажность прыгала от 29,6% до 97,6%. Происходило это из-за скачков температуры.

Когда вы зимой слышите о погоде по радио, где говорят, что на улице минус 20 градусов и влажность 80%, то это значит, что в воздухе около 0,3 граммов пара. Попадая к вам в квартиру этот воздух нагревается до +20 и относительная влажность такого воздуха становится равна 2%, а это очень сухой воздух (на самом деле в квартире зимой влажность держится на уровне 10-30% благодаря выделениям влаги из сан-узлов, из кухни и от людей, но что тоже ниже параметров комфорта).

Третий этап:

Что произойдет, если мы опустим температуру до такого уровня, когда “грузоподъемность” воздуха будет ниже, чем количество пара в воздухе? Например, до +5 градусов, где вместимость воздуха равна 5,5 грамм/килограмм. Та часть газообразного h3O, которая не умещается в “кузов” (у нас это 2,5 грамм), начнет превращаться в жидкость, т.е. в воду. В быту особенно хорошо виден этот процесс, когда запотевают окна в связи с тем, что температура стекол ниже, чем средняя температура в комнате, на столько что влаге становится мало места в воздухе и пар, превращаясь в жидкость, оседает на стеклах.

На и-д диаграмме относительная влажность изображается изогнутыми линиями, а информация о градации расположена на самих линиях:

(для увеличения рисунка необходимо щелкнуть и потом еще раз щелкнуть по нему)

Четвертый элемент ID диаграммы – энтальпия (I или i). В энтальпии заложена энергетическая составляющая тепловлажностного состояния воздуха. При дальнейшем изучении (за пределами этой статьи, например в моей статье про энтальпию http://mrcynognathus.livejournal.com/7758.html) стоит обратить на неё особое внимание, когда речь будет заходить об осушении и увлажнении воздуха. Но пока особого внимания на этом элементе мы заострять не будем. Измеряется энтальпия в [кДж/кг]. На и-д диаграмме энтальпия изображается наклонными линиями, а информация о градации расположена на самом графике (или слева и в верхней части диаграммы):

(для увеличения рисунка необходимо щелкнуть и потом еще раз щелкнуть по нему)

Дальше все просто! Пользоваться диаграммой легко! Возьмем, например, вашу комфортную комнату, в которой температура +20°С, и относительная влажность 50%. Находим пересечение этих двух линий (температуры и влажности) и смотрим сколько грамм пара в нашем воздухе.

Нагреваем воздух до +30°С – линия идет вверх, т.к. влаги в воздухе остается столько же, а увеличивается только температура, ставим точку, смотрим какая получается относительная влажность – получилось 27,5%.

Подпишись на мой YouTube-канал FAN-tastiK – канал о проектировании Вентиляции, Кондиционирования и Отопления

Охлаждаем воздух до 5 градусов – опять же ведем вертикальную линию вниз, и в районе +9,5°С натыкаемся на линию 100% относительной влажности. Эта точка называется “точка росы” и в этой точке(теоретически, т.к. практически выпадение начинается чуть раньше) начинается выпадение конденсата. Ниже по вертикальной прямой(как раньше) мы не можем двигаться, т.к. в этой точке “грузоподъемность” воздуха при температуре +9,5°С максимальная. Но нам необходимо охладить воздух до +5°С поэтому мы продолжаем движение вдоль линии относительной влажности (изображено на рисунке ниже), пока не достигнем наклонной прямой линии +5°С. В итоге наша окончательная точка оказалась на пересечении линий температуры +5°С и линии относительной влажности 100%. Посмотрим сколько пара осталось в нашем воздухе – 5,4 грамма в одном килограмме воздуха. А остальные 2,6 грамма выделились. Наш воздух осушился.

(для увеличения рисунка необходимо щелкнуть и потом еще раз щелкнуть по нему)

Другие процессы, которые можно выполнять с воздухом с помощью различных приборов (осушение, охлаждение, увлажнение, нагрев…) можно найти в учебниках.

Помимо точки росы – еще одной важной точкой является “температура мокрого термометра”. Данная температура активно используется в расчете градирен. Грубо говоря, это та точка, до которой может упасть температура предмета, если мы этот предмет обернем в мокрую тряпку и интенсивно начнем на него “дуть”, например, с помощью вентилятора. По этому принципу работает система терморегуляции человека.

Как найти эту точку? Для этих целей нам понадобятся линии энтальпии. Снова возьмем нашу комфортную комнату, найдем точку пересечения линии температуры +20°С, и относительной влажности 50%. Из этой точки необходимо прочертить линию, параллельную линиям энтальпии до линии влажности 100%(как на рисунке ниже). Точка пересечения линии энтальпии и линии относительной влажности и будет являться точкой мокрого термометра. В нашем случае из этой точки мы можем узнать, что в нашей комнате, таким образом, мы можем охладить предмет до температуры +14°С.

(для увеличения рисунка необходимо щелкнуть и потом еще раз щелкнуть по нему)

Луч процесса(угловой коэффициент, тепловлажностное отношение, ε) строится для того чтобы определить изменение воздуха от одновременного выделения неким источником(-ами) тепла и влаги. Обычно этим источником является человек. Очевидная вещь, но понимание процессов и-д диаграммы поможет обнаружить возможную арифметическую ошибку, если таковая случилась. Например, если вы наносите луч на диаграмму и при обычных условиях и наличии людей у вас уменьшается влагосодержание или температура, то здесь стоит задуматься и проверить расчеты.

В данной статье многое упрощено для лучшего понимания диаграммы на начальной стадии её изучения. Более точную, более подробную и более научную информацию необходимо искать в учебной литературе.

P.S. В некоторых источниках I-d(i-d) диаграмму именуют J-d(j-d) диаграммой, h-d диаграммой, диаграммой Молье и диаграммой Рамзина.

P.P.S Так же, в моем журнале есть еще одна моя статья, посвященная энтальпии, скрытой холодопроизводительности и определению количества конденсата, образующегося в системах кондиционирования и осушения:

http://mrcynognathus.livejournal.com/7758.html