Микроклимат в помещении. Нормирование параметров микроклимата

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 4Следующая ⇒

К практическим занятиям

по дисциплине

«Теоретические основы создания

Микроклимата в помещении»

для студентов специальности 270109

«Теплогазоснабжение и вентиляция»

Часть 1

Ростов-на-Дону

Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Теоретические основы создания микроклимата в помещении» для студентов специальности 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция». – Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2010 – 59 с.

По основным темам изучаемой дисциплины приводится краткая теоретическая часть, дающая определения основных понятий, основные формулы, пояснение к ним, задачи с примерами решений. Имеются приложения с данными из нормативной и справочной литературы, необходимыми для решения задач.

Составители: канд. техн. наук, доц. Е.К. Глазунова

канд. техн. наук, доц. Т.А. Скорик

Редактор Н.Е. Гладких

Темплан 2010 г., поз. 227.

Подписпнно в печать 10.06.10. Формат 60×84^1/16.

Ризограф. Бумага писчая. Уч. – изд. п. 3,7.

Тираж 100 экз. Заказ

Редакционно-издательский центр РГСУ.

344022, Ростов н/Д, ул. Социалистическая, 162.

© Ростовский государственный строительный

университет, 2010

Влажный воздух

В атмосферном воздухе содержится то или иное количество влаги в виде водяного пара. Такую смесь сухого воздуха с водяным паром называют влажным воздухом.

Сухая часть воздуха содержит по объему около 78% азота, примерно 21% кислорода, около 0,03% углекислоты и незначительное количество инертных газов.

Каждый газ в смеси, в том числе и пар, занимает тот же объем, что и вся смесь. Он имеет температуру смеси и находится под своим парциальным давлением.

Так как обычно расчеты, связанные с влажным воздухом, выполняются при давлениях, близких к атмосферному, и парциальное давление водяного пара в нем невелико, то с достаточной точностью можно применять к влажному воздуху все формулы, полученные для идеальных газов. Поэтому принимается, что влажный воздух подчиняется уравнению состояния идеальных газов, а также закону Дальтона.

Уравнение состояния идеального газа может быть представлено следующими уравнениями:

- для 1 кг газа; (3.1)

- для М кг газа; (3.2)

- для 1 киломоля газа (3.3),

где р – давление газа, Н/м²;

υ – удельный объем, м³/кг;

R – удельная газовая постоянная, Дж/(кг·град);

V – объем газа, м³;

М – масса газа, кг;

V_μ – объем 1 кмоля газа, м³/кмоль;

μR – универсальная газовая постоянная 1 кмоля газа, Дж/(кмоль·град)

μR = 8314 Дж/(кмоль·град)

Т – температура газа, К

Газовая постоянная для 1 кг газа определяется из условия

, (3.4)

где μ – масса 1 кмоля газа в кг, численно равная молекулярной массе газа.

Объем 1 кмоля всех идеальных газов при нормальных условиях (температура 0 С, барометрическое давление 760 мм рт. ст.) равен 22,4 м /кмоль (закон Авогадро).

Пользуясь характеристическим уравнением для двух различных состояний газа, можно получить выражение для определения любого параметра при переходе из одного состояния в другое, если значения других параметров известны:

; (3.5)

(3.6)

Закон Дальтона – сумма парциальных давлений газовых компонентов смеси Σpi равна полному давлению смеси P:

P=Σp_i (3.7)

Влажный воздух можно в первом приближении рассматривать как бинарную смесь, т. е. смесь, состоящую из двух компонентов:

- водяного пара (газа с молярной массой );

- сухого воздуха (условно однородного газа с молярной массой );

Тогда барометрическое давление влажного воздуха В, Па будет равно сумме парциальных давлений сухого воздуха и водяного пара ; т. е.

(3.8)

Водяной пар может находиться в воздухе как в перегретом, так и в насыщенном состоянии. Смесь, состоящую из сухого воздуха и перегретого водяного пара называют ненасыщенным влажным воздухом, а смесь, состоящую из сухого воздуха и насыщенного водяного пара, - насыщенным влажным воздухом.

Температура воздуха – величина, пропорциональная средней кинетической энергии движения его молекул.

Имеет место зависимость

T=t+273, (3.9)

где T - абсолютная температура, К;

t – температура по шкале Цельсия, С.

Удельный объем м /кг, воздуха представляет собой объем единицы его массы. Если V - объем, м , занимаемый воздухом массой , кг, то удельный объем

. (3.10)

Величина, обратная удельному объему, представляет собой массу единицы объема и называется плотностью , кг/м , т. е.

. (3.11)

Плотность сухого воздуха для нормальных условий (t=0 С, В=101325 Па)

. (3.12)

Плотность пара

. (3.13)

Зная значение плотности сухого воздуха для определенных условий (например, при t=20 С и В=101325 Па) и используя зависимость (3.5), можно определить плотность сухого воздуха при другом давлении и другой температуре Т. Уравнение (3.5) может быть записано следующим образом

отсюда . (3.14)

Подставив в (3.14) значения для стандартных условий (t=20 C; В=101325 Па), получаем значение плотности сухого воздуха для заданных давления и температуры

, (3.15)

т. е. плотность воздуха прямо пропорциональна давлению и обратно пропорциональна температуре.

Плотность влажного воздуха может быть определена, как плотность сухого воздуха и водяного пара, находящихся под своими парциальными давлениями

. (3.16)

Из уравнения можно сделать вывод: так как парциальное давление водяного пара величина всегда положительная, то плотность влажного воздуха меньше плотности сухого воздуха.

При обычных условиях в помещении доля второго члена уравнения (3.16),учитывающего разницу плотности влажного и сухого воздуха, при прочих равных условиях составит всего 0,75% величины .Поэтому в инженерных расчетах в тех случаях, когда качественное различие плотности сухого и влажного воздуха не имеет значения, обычно считают, что

Абсолютная влажность воздуха – это масса водяного пара, содержащегося в 1 м влажного воздуха, или (что то же) плотность пара при его парциальном давлении и температуре воздуха.

Относительная влажность - отношение абсолютной влажности воздуха при данной температуре к максимально возможной абсолютной влажности (т. е. при полном насыщении) и данной температуре.

. (3.17)

Если температура влажного воздуха t меньше или равна температуре насыщения водяного пара t при давлении смеси, то будет равна плотности насыщенного пара при данной температуре, т. е. и значение ее определяется по таблицам насыщенного пара. Если же t_в >t_нас, при давлении смеси, то будет равна плотности перегретого водяного пара при температуре и давлении смеси. Значения в этом случае определяют из таблиц для перегретого водяного пара.

Относительная влажность может быть также представлена, как отношение парциального давления водяного пара в ненасыщенном влажном воздухе р_n к парциальному давлению водяного пара при той же температуре и полном насыщении , то есть

. (3.18)

Если p_n<p_н, то пар в воздухе перегрет, а следовательно, воздух при этом не насыщен.

Давление насыщенного водяного пара является функцией только температуры и может быть найдено по таблице, которая составлена экспериментальным путем или по формуле (для области положительных температур)

. (3.19)

При обработке воздуха и изменении его свойств в вентиляционном процессе количество сухого воздуха остается неизменным, поэтому при рассмотрении тепловлажностного состояния воздуха все показатели относят к 1 кг сухой части влажного воздуха.

Влагосодержание воздуха – количество влаги (водяных паров) в г или кг, приходящейся на 1 кг сухого воздуха. Влагосодержание d, г/кг, может быть определено по формуле

, (3.20)

т. е. влагосодержание воздуха пропорционально барометрическому давлению и является функцией только парциального давления пара.

Из уравнения (3.20) следует

, (3.21)

т. е. парциальное давление пара при данном давлении является функцией только влагосодержания.

Т. к. , то , тогда

. (3.22)

Удельная теплоемкость воздуха – это количество теплоты, которое необходимо сообщить единице массы (удельная массовая теплоемкость) или единице объема (удельная объемная теплоемкость), или молю (удельная мольная теплоемкость), чтобы повысить температуру на градус.

Соответственно или , или .

Удельные теплоемкости сухого воздуха и водяного пара в обычном для вентиляционного процесса диапазоне температур можно считать постоянными: .

Энтальпия влажного воздуха – это количество теплоты, содержащейся в нем и отнесенной к 1 кг заключенного в нем сухого воздуха, , кДж/кг.

Удельную энтальпию сухого воздуха при температуре t=0 C принимают равной нулю. При произвольном значении температуры

. (3.23)

Теплота парообразования для воды при t= 0 С равна 2500 кДж/кг, поэтому энтальпия пара во влажном воздухе при этой температуре равна . При произвольной температуре

. (3.24)

Энтальпия влажного воздуха складывается из энтальпии сухой его части и энтальпии водяных паров.

= (3.25)

Если ввести характеристику теплоемкости влажного воздуха

тогда . (3.26)

В результате конвективного теплообмена воздуху передается явная теплота, температура воздуха повышается и соответственно изменяется его энтальпия.

При поступлении водяного пара (при подаче пара из внешних источников) в воздух передается теплота парообразования, и энтальпия воздуха возрастает. В данном случае это происходит вследствие изменения энтальпии водяного пара, масса которого увеличивается. Температура же воздуха остается неизменной.

При температуре влажного воздуха ниже 0⁰ его энтальпия имеет отрицательное значение.

ПРИМЕРЫ:

ЗАДАЧА 3.1. Определить объем, который занимает масса воздуха G, кг, при температуре t, С и барометрическом давлении В, мм рт. ст.(табл. 3.1)

Таблица 3.1–Исходные данные к задаче 3.1

Вариант

М, кг

t С

В,мм рт. ст.

Вариант
М, кг
t, С		-2	-5	-7	-10	-15	-17	-18	-20	-22	-24	-25	-27
В,мм рт. ст.

Пример. Задано М=750, t=30 С; В=772 мм рт. ст.

Решение. По формуле (3.2)

;

ЗАДАЧА 3.2 Известна масса 1 м воздуха при определенных условиях (табл.3.2).

Определить плотность и удельный объем при этих условиях.

Таблица 3.2–Исходные данные к задаче 3.2

Вариант
Масса 1м воздуха, кг	1,396	1,374	1,363	1,353	1,348	1,342	1,332	1,322	1,303	1,284	1,275	1,265

Вариант
Масса воздуха 1м , кг	1,256	1,248	1,239	1,230	1,222	1,213	1,205	1,192	1,189	1,181	1,173	1,165	1,161

Пример. Масса 1м воздуха составляет 1,226 кг.

Решение. При этих условиях плотность воздуха составляет 1,226 кг/м . Удельный объем по формуле (3.10) .

ЗАДАЧА 3.3 Определить плотность сухого воздуха при нормальном давлении и заданной температуре . (табл. 3.3)

Таблица 3.3–Исходные данные к задаче 3.3

Вариант
,	-20	-18	-16	-14	-12	-10	-8	-6	-4	-2

Вариант

Пример. Задана температура воздуха .

Решение. Плотность сухого воздуха по формуле (3.12) составит:

ЗАДАЧА 3.4 Определить плотность сухого воздуха при заданных температуре и давлении , отличающихся от стандартных (табл. 3.4).

Таблица 3.4–Исходные данные к таблице 3.4

Вари-ант
	-20	-18	-16	-14	-12	-10	-8	-6	-4	-2
, мм, рт.ст.

Вариант

, мм рт. ст.

Пример. Задана температура воздуха , давление мм рт. ст.

Решение. По формуле (3.15) плотность сухого воздуха будет равна:

ЗАДАЧА 3.5 Определить плотность влажного воздуха при температуре , если парциальное давление водяных паров равно , мм рт. ст. (табл. 3.5). Определить, на сколько процентов плотность влажного воздуха отличается от плотности сухого воздуха.

Таблица 3.5–Исходные данные к задаче 3.5

Вари-ант
	-20	-18	-16	-14	-12	-10	-8	-6	-4	-2
рn мм рт. ст.	0,56	0,67	0,78	0,93	1,1	1,3	1,5	1,7	2,0	2,4	2,7	3,2

Вариант
рn мм рт. ст.	3,7	4,2	4,8	5,5	6,3	7,2	8,2	9,3	10,6	11,9	13,4	15,1	17,1

Пример. При заданных условиях: и мм рт. ст. плотность влажного воздуха, определенная по формуле (3.16), составит

Плотность сухого воздуха при этих же условиях

Расхождение

ЗАДАЧА 3.6 Определить газовую постоянную и плотность водяного пара при температуре (табл. 3.6), барометрическом давлении В=760 мм рт. ст.

Таблица 3.6–Исходные данные к задаче 3.6

Вариант

Вариант

Пример. В=760 мм рт. ст.;

Решение. Газовая постоянная пара в соответствии с (3.4)

Плотность пара определенная по формуле (3.13) составит

ЗАДАЧА 3.7 Определить влагосодержание воздуха при температуре , относительной влажности и барометрическом давлении В=760 мм рт. ст. (табл. 3.7)

Таблица 3.7–Исходные данные к задаче 3.7

Вари-ант

Вариант
		-3	-4	-5	-6	-8	-10	-12	-14	-15	-16	-18	-20

Пример. Заданы

Решение. По таблице, характеризующей свойства влажного воздуха (прил. 6), для находят величину парциального давления насыщенного пара

По формуле (3.22) влагосодержание составит

ЗАДАЧА 3.8 Определить парциальное давление водяного пара во влажном насыщенном воздухе и влагосодержание при различных температурах воздуха: и (табл. 3.8) . Сделать вывод об изменении этих параметров при изменении температуры воздуха

Таблица 3.8–Исходные данные к задаче 3.8

Вариант

Вариант

Пример.

Решение. Парциальное давление водяного пара в насыщенном влажном воздухе можно определить по прил. 6 или по формуле (3.19)

При , тогда влагосодержание, определенное по формуле (3.20), составит

При

Вывод: влагосодержание насыщенного воздуха зависит от температуры: повышается с ее увеличением.

ЗАДАЧА 3.9 Определить состояние воздуха при заданной температуре и парциальном давлении в нем (табл. 3.9) В=760 мм рт. ст.

Таблица 3.9–Исходные данные к задаче 3.9

Вариант
	-20	-18	-16	-14	-12	-10	-8	-6	-4	-2
рn, мм.рт.ст.	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9

Вариант

рn, мм. рт. ст.

Пример.

Решение. По приложению 6 определяем . Для

т.к. p_n<p_н, то пар в воздухе перегрет, а следовательно воздух при этом не насыщен.

ЗАДАЧА 3.10 Состояние влажного воздуха характеризуется температурой , относительной влажностью Барометрическое давление В. Найти парциальное давление пара в воздухе р_n и влагосодержание

Таблица 3.10–Исходные данные к задаче 3.10

Вариант

В мм. рт. ст.

Вариант

В мм. рт. ст.

Пример.

Решение. По (прил. 6) для

Из формулы (3.18)

По формуле (3.20)

ЗАДАЧА 3.11 Задано состояние влажного воздуха:

- температура ;

- парциальное давление водяного пара

- барометрическое давление В, мм. рт. ст. (табл. 3.11)

Определить:

- относительную влажность

- влагосодержание

- плотность

Таблица 3.11–Исходные данные к задаче 3.11

Вариант
рn, мм. рт. ст.	17,2	16,9	14,9	13,2	11,7	10,5	9,2	8,1	7,1	6,2	5,4	4,7
В, мм. рт. ст.

Вариант
				-2	-5	-7	-8	-10	-13	-15	-17	-19	-20
рn, мм. рт. ст.	4,1	3,6	3,1	2,2	1,6	1,5	1,4	1,3	1,1	0,92	0,77	0,66	0,55
В, мм.рт.ст.

Пример. Задано:

Решение. По таблице (прил. 6) при парциальное давление насыщенных водяных паров мм. рт. ст. . Относительная влажность воздуха составит

Влагосодержание по формуле (3.20) составит

Плотность воздуха определенная по формуле (3.15), составит

I-d-диаграмме

Процессы изменения состояния воздуха происходят постоянно в помещениях, а также в системах вентиляции и кондиционирования воздуха. Воздух подвергается нагреванию, охлаждению, увлажнению, осушке, а также применяется смешивание влажного воздуха с различными параметрами. Все эти процессы могут быть изображены и прослежены в i – d – диаграмме.

В общем виде процесс перехода воздуха из одного состояния в другое на поле i – d – диаграммы изображается прямыми линиями (лучами), проходящими через точки, соответствующие начальному и конечному состоянию влажного воздуха. Если воздух изменил свое состояние от начальных значений i₁, d₁ (точка 1) до конечных значений i₂, d₂ (точка 2), то линия, соединяющая эти точки, характеризует изменение тепловлажностного состояния воздуха и называется «лучом процесса» (рис. 5.1). положение луча процесса в i – d – диаграмме определяют угловым коэффициентом , который представляет собой отношение:

(5.1)

Рисунок 5.1 – Изображение луча процесса изменения состояния воздуха в

i-d-диаграмме

Коэффициент измеряется в кДж/кг_влаги, его называют также тепловлажностным коэффициентом, т.к. он показывает величину приращения, количества теплоты на 1 кг полученной (или отданной) воздухом влаги.

Выражение (5.1) можно преобразовать, умножив числитель и знаменатель на расход воздуха G, кг/ч, участвующего в процессе:

, (5.2)

где Q_П – поток полной теплоты, обмененной в процессе изменения состояния

воздуха, кДж/ч;

W_изб. – расход влаги, обмененной в процессе изменения состояния

воздуха, кг/ч.

Для того, чтобы построить на i – d – диаграмме луч процесса, можно использовать нанесенные на полях диаграммы деления (риски) угловых коэффициентов. Все они сходятся в начале координат – точке 0. Изменение состояния воздуха с одинаковыми тепловлажностными отношениями изображаются на i – d – диаграмме параллельными линиями.

Если известны тепловлажностный коэффициент и начальные параметры воздуха, то для построения луча процесса необходимо данное деление (риску) соединить с началом координат и перенести линию углового коэффициента

параллельно самой себе до встречи с точкой, которая характеризует начальные параметры воздуха.

Изображение на i – d – диаграмме характерных случаев изменения тепловлажностного состояния воздуха представлено на рис. 5.2.

1. Простейшим является процесс нагрева воздуха о результате контакта с сухой нагретой поверхностью, при котором он получает только явную конвективную теплоту. При этом влаго

1234Следующая ⇒

Поделиться:

Познавательные статьи:



Как правильно слушать собеседника

Типичные ошибки при выполнении бросков в баскетболе

Принятие христианства на Руси и его значение

Средства массовой информации США