Влажный воздух. Параметры влажного воздуха.

Для человека воздух — это и окружающая среда и пища для лёгких и источник кислорода. Не смотря на то, что воздух не улавливается ни одним из пяти чувств (он прозрачен, без вкуса и запаха, бесшумен и неосязаем), о его существовании известно достаточно давно. Его свойства изучены, значение общепризнанно и он не вызывал бы у нас никаких вопросов и сложностей в быту, если бы не наличие в нём ещё одного уникальнейшего вещества — воды, точнее — водяного пара.

Пряжа из мохера купить купить пряжу на бобине мохер домпряжи.рф.

Влажный воздух

Итак, смесь сухого воздуха и водяного пара называется влажным воздухом. Именно влажный воздух окружает нас повсеместно, именно он сушит бельё после стирки, постепенно опустошает ёмкость с водой, а иногда напоминает о себе запотевшими стеклами и конденсатом на поверхности холодного предмета. Он может способствовать накоплению статического электричества на металлических поверхностях, развитию астмы у людей, иссушать растения, ухудшать наше самочувствие в теплую погоду. Попробуем же разобраться с его свойствами, характеристиками и процессами! Перед нами — влажный воздух!

Хочу такой же калькулятор себе на сайт
Настройка ID-диаграммы по умолчанию
Минимальная температура	°С
Максимальная температура	°С
Минимальное влагосодержание	г/кг
Максимальное влагосодержание	г/кг
Расчет ID-диаграммы
Параметр	Точка 1
Температура	°С
Влажность	%
Влагосодержание	г/кг
Энтальпия	кДж/кг
Парц.давление	кПа
Точка росы	°С
Хочу такой же калькулятор себе на сайт

Влажный воздух, как мы уже определились, это смесь сухого воздуха с водяным паром, причем смесь эта не находится в состоянии равновесия, т.е. постоянно меняется, и именно эта неравновесность представляет огромную сложность в изучении. Без неё книги о влажном воздухе превратились бы в пару абзацев.

Как и у любого вещества, у влажного воздуха есть основные параметры, определяющие его состояние, и достаточно трех независимых из них, чтобы полностью определить его состояние. Однако, из-за сложности ввиду неравновесности, а также для удобства описания процессов обычно выделяют 6 основных параметров влажного воздуха. Перечислим их:

1. Давление (абсолютное), P, атм;
2. Температура, t, К или С;
3. Относительная влажность, φ, %;
4. Энтальпия, i, кДж/кг*С;
5. Влагосодержание, d, г/кг;
6. Парциальное давление водяного пара, p_п, Па.

I-d диаграмма влажного воздуха

Наиболее полное представление о возможных состояниях влажного воздуха с использованием всех шести вышеперечисленных параметров даёт I-d диаграмма влажного воздуха (Диаграмма Рамзина):

Она выполняется для какого-либо определенного давления и на ней изображены изолинии по оставшимся пяти параметрам. Очевидно, что наиболее распространена диаграмма, построенная для давления в одну атмосферу (см. рис. выше). В случае, если необходимо исследовать влажный воздух при различных давлениях, существует соответствующая диаграмма с линиями изобар.

Но мы обратимся к диаграмме Рамзина. Ещё раз особо отметим, что диаграмма построена строго для определенного давления, а потому один из трех независимых параметров уже задан. Это следует помнить всегда!

Итак, давление задано, по оси ординат отсчитывается температура (t), по оси абсцисс — влагосодержание (d), вправо вниз наклонены линии постоянной энтальпии (i), справа по вертикали — ось парциальных давлений (p_п), а единственные изогнутые линии — это показатели относительной влажности (φ). Сложность в определении, пожалуй, вызывает только парциальное давление. Для этого от заданной точки опускается вертикаль вниз до пересечения с наклонной прямой под жирной пограничной линией (φ=100%) и далее горизонталь вправо подскажет искомое значение. Кстати, точка пересечения вертикали с пограничной кривой — это точка росы — ещё одно важнейшее понятие, его также следует запомнить. Ещё одно часто встречающийся термин — температура влажного термометра, она же температура насыщенного воздуха. За линию с заданной постоянной температурой влажного термометра с высокой точностью можно принять изоэнтальпу, проходящую через точку росы, обладающую заданной температурой.

Увеличить

Пример. На рисунке показаны: Cиним — точка с температурой 19С и парциальным давлением 1000Па, Красным — точка росы, соответствующая синей точке, Зеленым (жирной линией) — изотерма мокрого термометра 15С.

Параметры влажного воздуха

Но мы, наверное, уже далеко забрались, так и не объяснив, что такое влагосодержание, энтальпия и уж тем более парциальное давление водяного пара. Начнём с простого. Касательно температуры и давления вопросов, я думаю, не возникает.

Влагосодержание

Воздух, не содержащий водяного пара, называется сухим. Если сухому воздуху показать каплю воды, он мгновенно её испарит и станет влажным. Итак, влагосодержание — это отношение массы воды к массе сухого воздуха, в котором эта вода испарилась. Однако, продолжим: вторую каплю он также испарит, но немного медленнее. Третья капля испарится ещё медленнее. Наконец, на N-ной капле воздух «устанет» вбирать в себя воду. Он насытится ею, «напьется водой». Это будет насыщенный влажный воздух (та самая жирная линия на диаграмме).

Парциальное давление водяного пара

Встаёт вопрос, почему всё так происходит? Видимо, что-то толкает воздух впитывать в себя влагу до определенного момента. Что это за движущая сила? Для примера вспомним горячую плиту на кухне. Воздух вокруг неё нагревается, и для нас очевидно, что движущей силой является разность температур между плитой и воздухом. Воздух будет греться до тех пор, пока плита не остынет, т.е. не станет той же температуры, что и воздух — процесс прекратится.

Вернёмся к влажному воздуху. Он в своём составе имеет водяной пар. Парциальным давлением водяного пара влажного воздуха называется то давление, которое обретет водяной пар в замкнутом объёме, если из этого объема убрать весь сухой воздух. Очевидно, что в воздухе водяного пара совсем мало (об этом нам говорит влагосодержание, которое измеряется величинами порядка 0.005. 0.03 кг/кг), а, значит, при исчезновении сухого воздуха из некого объёма, оставшийся пар будет вполне вольготно себя чувствовать в предоставленном объеме, следовательно, иметь низкое давление. Это означает, что и парциальное давление водяного пара достаточно низко. Действительно, оно измеряется тысячами Паскалей, а ведь атмосферное давление воздуха равно примерно ста тысячам Паскалей. Снова вернемся к поглощаемым каплям.

Движущей силой процесса испарения служит именно разность парциальных давлений. У капли воды оно равно некоторой величине, а у сухого воздуха — нулю. Процесс испарения максимально активен. Далее, парциальное давление водяного пара растет, процесс замедляется и заканчивается в условиях их равенства. Водяным паром во влажном воздухе достигнуто давление насыщения. Оно же называется давлением насыщенного водяного пара. Сама же кривая насыщения — это известная нам жирная линия.

Относительная влажность

Следующий вопрос: как определить, насколько имеющийся влажный воздух насыщен водяным паром? Другими словами, каково отношение текущего давления водяного пара к давлению насыщения? На этот вопрос в точности отвечает относительная влажность, разве что для удобства измеряется она в процентах, а потому упомянутое отношение умножается на 100%. Итак, относительная влажность — это отношение текущего давления водяного пара к максимально возможному для данной температуры.

Энтальпия

Далее, любое вещество обладает некоторой энергией. Очевидно, его энергия тем больше, чем выше температура. Для сухого воздуха это единственный параметр, определяющий энтальпию. Однако для влажного воздуха следует учесть, что при той же температуре он включает в себя и энергию испаренной влаги — энтальпия влажного воздуха зависит и от температуры и от влагосодержания. Причем при той же температуре в зависимости от влагосодержания разброс энтальпий может быть огромен — и 100 и 200 и 300% — чем выше температура, тем выше. Это невооруженным глазом видно из I-d-диаграммы: чем выше температура, тем выше рассматриваемая изотерма и тем больше наклонных изоэнтальп её пересекает. Итак, энтальпия влажного воздуха — это сумма энтальпий сухого воздуха и водяного пара, причем первая пропорциональна температуре (коэффициент пропорциональности — теплоемкость сухого воздуха), а вторая пропорциональна влагосодержанию.

Процессы изменения параметров влажного воздуха

Оборудование, так или иначе связанное в своей работе с влажным воздухом, меняет его параметры — увеличивает температуру, добавляет в него влагу или осушает и т.д. Для проектирования и расчета режимов работы этого оборудования необходимо знать основные характеристики и методы реализации процессов изменения параметров влажного воздуха.

Выделяют следующие процессы, которые будут рассмотрены в соответствующих статьях:

Источник

Влажность воздуха и его свойства

1. Общие сведения о воздухе

Воздух (атмосферный воздух) – это смесь газов, основными компонентами которого являются азот и кислород, которые в сумме составляют 98-99%. Воздух необходим для существования и жизнедеятельности всех живых организмов.
Федеральный закон N 96-ФЗ от 04.05.1999 «Об охране атмосферного воздуха» трактует понятие «воздуха» следующим образом – «Атмосферный воздух — жизненно важный компонент окружающей среды, представляющий собой естественную смесь газов атмосферы, находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений».
Кислород, содержащийся в воздухе, в процессе дыхания поступает в клетки организма и используется в процессе окисления, в результате которого происходит выделение необходимой для жизни энергии (метаболизм, аэробы).
В 1754 году шотландский химик и физик Джозеф Блэк экспериментально доказал, что воздух представляет собой смесь газов, а не простое вещество.
Смесь газов, содержащихся в атмосферном воздухе, без водяного пара и аэрозолей называется сухим воздухом.
Химический состав сухого воздуха представлен в таблице 1:
Таблица 1

Газовый состав сухого воздуха относительно стабилен, однако от погоды, времени года, географического положения, высоты местности, природных (газообмен атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы) и антропогенных факторов (загрязнение от транспорта, объектов энергетики и промышленных предприятий и т.п.) возможны небольшие изменения количества некоторых компонентов.
При расчетах инженерных систем зданий и сооружений атмосферный воздух рассматривается как смесь сухого воздуха и водяных паров. В технической термодинамике смесь сухого и водяного пара называется влажным воздухом.
Основными физическими параметрами, характеризующими состояние влажного воздуха являются:

• Температура;
• Барометрическое давление;
• Парциальное давление сухого воздуха и водяного пара;
• Влагосодержание;
• Относительная влажность;
• Плотность;
• Удельная энтальпия.

Температура воздуха – это физическое свойство воздуха, характеризующее его степень нагрева или охлаждения, определяемая с помощью термометров.
Барометрическое давление определяется высотой над уровнем моря. Значения барометрического давления для различных населенных пунктов приведены в таблице 3.1 СП 131.13330.2018 «Строительная климатология». Для зданий высотой до 100 метров, расположенных на относительно небольшой высоте на уровнем моря, с достаточной для инженерных расчетов точностью, можно принять барометрическое давление Рб равным 101325 Па.
Величина барометрического давления равна сумме парциального давления сухого воздуха (Рс) и парциального давления водяного пара (Рп).
Рб = Рс + Рп
Парциальное давлениеР (Па) – это давление, которое имел бы газ, входящий в состав смеси, если бы он находился в том же количестве, в том же объеме и при той же температуре, что и в смеси.
Парциальное давление сухого воздуха зависит от температуры воздуха, а парциальное давление водяного пара – от температуры воздуха и содержания влаги в нем.
Влагосодержаниеd (кг) – это величина, характеризующая отношение массы водяного пара во влажном воздухе Мп к массе сухого воздуха Мс в определенном объеме V.
d= Мп / Мc
Плотность влажного воздуха ρ (кг/м 3 ) — это величина, характеризующая отношение суммы массы сухого воздуха Мс и массы водяного пара во влажном воздухе Мп к объему V.
ρ = (Мс + Мп) /V
Плотность влажного воздуха ρп, в диапазоне наиболее часто используемом для систем вентиляции и кондиционирования — от минус 40 0 С до плюс 50 0 С, отличается от плотности сухого воздуха ρс незначительно, на величину не более 5 %. Поэтому, с достаточной для инженерных расчетов степенью точности, можно принять ρ примерно равным ρс.
ρ ≈ ρс
Удельная энтальпия влажного воздуха I (Дж/кг) – это количество теплоты, содержащейся во влажном воздухе при заданных температуре и давлении, отнесенное к 1 кг сухого воздуха. Удельная энтальпия влажного воздуха вычисляется по формуле:
I=cct+ (r+cпt)d
где:
t – Температура воздуха (С 0 );
d – Влагосодержание воздуха (кг / кг);
сс – Теплоемкость сухого воздуха;
сп – Теплоемкость водяного пара;
r – Удельная теплота парообразования воды.

2. Физические свойства влажного воздуха

2.1. Влажность воздуха

Влажность воздуха — это мера содержания влаги (водяного пара) в воздухе. Чем больше водяного пара в объеме воздуха, тем больше его влажность. При низкой влажности, мера водяного пара в воздухе снижена, и воздух становится сухим. Влажность воздуха на улице и в помещении меняется в зависимости от погодных условий, процессов жизнедеятельности людей, работы технического оборудования, системы отопления, вентиляции и кондиционирования.
Степень сухости и влажности воздуха, находятся в прямой зависимости от того, насколько водяной пар близок к насыщению, иными словами к 100-процентной влажности (т.е. такое состояние воздуха, при котором он полностью насыщен влагой). Если охладить влажный воздух, можно довести находящуюся в нем влагу до такого состояния, что она начинает конденсироваться, т.е. превращаться в воду. Данное явление можно наблюдать при охлаждении воздуха в обычном кондиционере, при охлаждении комнатного воздуха, в кондиционере начинает образовываться конденсат. В природе данное явление наблюдается при возникновении росы ранним утром, после конденсации охладившегося ночного воздуха.
Сам процесс конденсации охлаждаемого воздуха проявляется в появлении капель сконденсировавшейся жидкости – росы. Температура, при которой происходит перенасыщение водяного пара, находящегося в воздухе, т.е. возникновение конденсата, называется точкой росы.

2.2. Виды влажности, абсолютная и относительная влажность

2.3. Давление водяного пара.

2.4. Влагосодержание

2.5. I-d диаграмма влажного воздуха

I-d диаграмма влажного воздуха – это основной инструмент для отражения различных процессов изменения состояния воздуха – его нагрева, охлаждения, осушения и увлажнения.
Данная диаграмма значительно упрощает понимание различных процессов, происходящих с воздухом в системах вентиляции и кондиционирования, и позволяет легко снять данные о состоянии воздуха при любых его параметрах.
Данная диаграмма графически показывает полную взаимосвязь между основных параметрами состояния воздуха:

• температурой
• относительной влажностью
• влагосодержанием
• энтальпией
• парциальным давлением паров воды.

Следует отметить, что все значения указаны при определенном значении состояния воздуха при атмосферном давлении – 101,3 кПа.
На I-d диаграмме (рисунок 1) представлены следующие линии:

• криволинейные – линии относительной влажности (от 5 до 100%).
• прямые — постоянной энтальпии, температуры, парциального давления и влагосодержания.

Определить состояние воздуха в любой точке диаграммы возможно, зная любые два его параметра.

Рисунок 1
Графическое изображение любого процесса изменения состояния воздуха значительно облегчается с помощью дополнительно нанесенной круговой диаграммы. На данной диаграмме под разными углами показаны значения тепло-влажностного отношения ε.
Данная величина определяется наклоном луча процесса и рассчитывается как:
ε = Q / W
где, Q – подведенное (отведенное) тепло или теплопоступления, кДж/ч;
W — влага, поглощаемая или выделяемая из воздуха, (кг/ч).
Значение тепло-влажностного отношения ε делит всю диаграмму на четыре основных зоны, по которым можно определить процесс изменения состояния воздуха:

• ε = +∞ … 0 (нагрев + увлажнение).
• ε = 0 … -∞ (охлаждение + увлажнение).
• ε = -∞ … 0 (охлаждение + осушение).
• ε = 0 … +∞ (нагрев + осушение).

Ниже приведены основные процессы увлажнения воздуха – адиабатический (рисунок 2) и изотермический (рисунок 3)

Рисунок 2 Рисунок 3

2.6. Изменение влажности в зависимости от температуры

Относительная влажность воздуха зависит от его температуры. В процессе изменения температуры воздуха (при его нагреве или охлаждении) относительная влажность воздуха также изменяется. Данный процесс обусловлен изменением парциального давления водяных паров, содержащихся в воздухе.
Например, в процессе нагрева воздуха парциальное давление водяных паров в состоянии полного насыщения ими воздуха начинает увеличиваться, это обусловлено расширением газа (воздуха) при его нагреве. Учитывая данный факт, при увеличении температуры воздуха его относительная влажность начинает снижаться.
В процессе охлаждения воздуха происходит обратный процесс. Парциальное давление водяных паров в состоянии полного насыщения снижается, при охлаждении воздух сжимается, что вызывает увеличение его относительной влажности.
Следует отметить, что в процессе нагрева воздуха его влагосодержание остается неизменным, так как масса водяного пара в единице сухого воздуха не изменяется (процесс нагрева проходит без подвода или отвода влаги).
Процесс охлаждения воздуха проходит несколько сложнее. Здесь ключевым фактором является возможность конденсации водяных паров, растворенных во влажном воздухе. Например, при охлаждении воздуха без конденсации водяных паров, его влагосодержание остается неизменным (так как процесс проходит без подвода или отвода влаги — как и процесс нагрева воздуха). В случае охлаждения воздуха с конденсацией водяных паров, падает как его температура, так и влагосодержание (часть влаги конденсируется из воздуха), воздуха осушается, при этом, как было сказано выше, его относительная влажность увеличивается.
Ниже на рисунке 4, на I-d диаграммах состояния влажного воздуха, для отображения сути процесса изменения относительной влажности и влагосодержания воздуха при изменении его воздуха, представлены следующие процессы:

• нагрев воздуха
• охлаждение воздуха без конденсации водяных паров
• охлаждение воздуха с конденсацией водяных паров.

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

Источник