Загрузил aw2011

Энтальпия для начинающих

Реклама
Энтальпия для начинающих (I-d диагр). Расчет количества конденсата.
Скрытая холодопроизводительность
July 20th, 2012
Энтальпия. Этому элементу I-d диаграммы я посвятил отдельную тему, потому как для меня
этот элемент являлся наименее понятным среди остальных (температуры, влагосодержания и
относительной влажности) и требующим разбора других попутных понятий.
Продублирую рисунок из прошлой статьи http://mrcynognathus.livejournal.com/7641.html:
Не буду глубоко вдаваться в терминологию, скажу лишь, что я понимаю энтальпию воздуха,
как энергию, которую хранит в себе определенный объем воздуха. Эта энергия является
потенциальной, то есть в условии равновесия воздух не тратит эту энергию и не поглощает её
из других источников.
Не буду даже приводить пример для разъяснения своего определения (хотя хотел), потому как,
по моему мнению, это запутает и уведет в сторону.
Сразу к делу – что главное мы можем взять из энтальпии? – отвечаю – энергию (или количество
теплоты), которую нужно передать воздуху, чтобы нагреть его или отнять, чтобы его охладить
(или осушить).
Например, есть задача - посчитать какой мощности нам нужен калорифер, чтобы осенью или
весной подать в помещение 1200 м3/ч нагретого до температуры плюс 20 градусов наружного
воздуха. Расчетная температура наружного воздуха в переходный период – плюс 10 градусов
при энтальпии 26,5 кДж/кг (по СП 60.13330.2012).
Задача решается легко. Для того чтобы решить такую простую задачку используя и-д
диаграмму, нам необходимо ввести в уровень понимания единицы измерения
некоторых физических величин:
1) Энтальпия – килоджоуль/килограмм. То есть количество потенциальной энергии в одном
килограмме воздуха. Здесь все просто – если энтальпия равна 20, то это означает, что в одном
килограмме данного воздуха находится 20 килоджоулей потенциальной теплоты или 20000
джоулей.
2) Мощность калорифера – Ватты, но в то же время ватты можно разложить на
Джоуль/секунда. То есть, сколько может выдать калорифер энергии за одну секунду. Чем
больше энергии нам сможет выдать калорифер за секунду, тем он мощнее. И тут все просто.
Итак, берем I-d диаграмму и ставим на ней точку наружного воздуха. После, проводим прямую
линию вверх (идет нагрев воздуха без изменения влагосодержания).
Мы получаем точку на i-d диаграмме с температурой плюс 20 градусов и энтальпией 36,5
кДж/кг. Возникает вопрос – что, же, черт возьми, нам дальше делать с этой информацией?!
Во первых, обратим внимание на то, что мы производили все операции с одним килограммом
воздуха (это косвенно видно по единице измерения энтальпии кДж/кг).
Во вторых, у нас был килограмм воздуха с 26,5 кДж, а стал с 36,5 кДж потенциальной энергии.
То есть килограмму воздуха сообщили 10 кДж для того чтобы его температура поднялась с
плюс 10 градусов до плюс двадцати.
Дальше мы переведем 1200 м3/ч в кг/с (килограммы/секунда, т.к. на I-d диаграмме
используются эти единицы измерения), умножив 1200 на 1,25 кг/м3 (один метр кубический
десятиградусного воздуха весит 1,25 килограмма), что даст нам 1500 кг/ч, а затем разделив на
3600 (обратите внимание на логику перевода между системами – делим мы на 3600 не потому
что мы так зазубрили или запомнили, а потому что за секунду у нас воздуха пройдет меньше
чем за час, меньше в 3600 раз) получаем итог 0,417 кг/с.
Идем дальше. Мы получили, что за одну секунду проходит 0,417 кг воздуха. И мы знаем, что
каждому килограмму необходимо передать (сообщить) 10 кДж для того, чтобы нагреть его до
температуры плюс 20 градусов. Сообщаем, умножая 0,417 кг/с на 10 кДж/кг, и получая 4,17
кДж/с (килограммы сократились) или 4170 Дж/с, что равно 4170 Вт (определено нами ранее по
тексту). Вот мы и получили мощность нашего калорифера.
Кондиционирование
Охлаждение происходит по тому же принципу, но только немного сложнее из-за выделения
влаги из воздуха.
Выделение влаги (конденсата) из воздуха происходит тогда, когда температура воздуха при
охлаждении достигает точки росы на линии относительной влажности 100%. В предыдущей
статье я описал этот процесс: http://mrcynognathus.livejournal.com/7641.html
Вроде бы, нет ничего сложного - охлаждаем воздух с температурой плюс 20 градусов и
относительной влажностью 50% до плюс 12 градусов (как это обычно происходит в сплитсистемах), проводя прямую вертикально вниз из точки 20-ти градусного воздуха до точки 12ти градусного воздуха.
И что мы видим – никакого влаговыделения. Влагосодержание осталось на прежнем уровне – 8
г/кг. Но мы знаем, что при работе кондиционера идет обильное влаговыделение (конденсат
активно капает из дренажной трубки, выведенной на фасад здания) – этот факт
подтверждается неоднократным наблюдением гуляющего по летним улицам.
Возникает вопрос – откуда же влага? Ответ: дело в том, что через внутренний блок
кондиционера проходят медные трубки, которые охлаждаются хладагентом до температур,
которые ниже плюс 12 градусов, и в связи с этим охлаждаемый воздух делится на слои с
различной температурой, примерно как на рисунке ниже (предположим, что трубки
охлаждаются до плюс 5 градусов). Сразу скажу, что это далекий от действительности, но
показывающий общий смысл вышесказанных мною слов рисунок (прошу меня за него не
ругать)
Поэтому из того воздуха, который соприкасается с трубками (и оребрением) и выпадает влага.
А тот воздух, что не успел охладиться до точки росы, или успел, но избежал контакта с
охлажденной поверхностью, минует процесс влаговыделения и несет в себе столько же влаги,
сколько он нес в себе до охлаждения (по сути).
Для того, чтобы провести правильную прямую процесса охлаждения воздуха в таком
охладителе (где температура хладагента ниже температуры точки росы), нам необходимо
учесть каждый воздушный поток с различными тепловлажностными параметрами воздуха и
найти на графике точки смешения всех этих потоков – что по моему мнению – не реально (у
меня просто не хватит мозгов на это)! Но…
...Я пришел к вот такому решению (скорее всего не я такой один) - у нас есть температура
входящего воздуха, есть температура хладагента и есть температура получаемого воздуха, и я
считаю, что нам достаточно провести линию процесса охлаждения части воздуха до плюс 5
градусов и найти точку смешения 5-ти градусного воздуха и 20-ти градусного воздуха. То есть,
я предполагаю, что проходя через внутренний блок кондиционера, воздух делится на два
потока – тот, который охлаждается до плюс пяти градусов и выдает нам наибольшее
количество влаги, и тот, который вообще не охлаждается, а на выходе эти два потока
смешиваются и образуют поток воздуха с температурой плюс 12 градусов и определенным
влагосодержанием.
Я считаю, что для достижения тех целей, которые я преследую, результата, полученного при
таком упрощении, вполне достаточно. А какие же цели я преследую?
Первая цель – это определение максимального влаговыделения для того, чтобы рассчитать
систему конденсатоотвода (особенно актуально это при системах кондиционирования, в
составе которых две и более охлаждающих установок)
Вторая цель – учесть количество холода, идущего на перевод воды из газообразного состояния
в жидкое (на конденсацию влаги; так называемая скрытая холодопроизводительность).
Особенно актуально это при охлаждении (отведении тепла) во влажных помещениях.
Например, нам необходимо отвести от определенного насоса 2 кВт тепла, которые он выделяет
в помещение. Если мы не учтем, что помещение влажное (влажное, по каким либо причинам) и
установим в помещение сплит-систему мощностью 2,5 кВт, то мы можем получить (при
определенных условиях), что сплит-система тратит 1 кВт лишь для того, чтобы перевести пар во
влагу, а на удаление теплоизбытков тратит оставшиеся 1,5 кВт, что меньше на 500 Вт
необходимого, и что может привести к перегреву насоса и скорого его выхода из строя.
Итак, делим поток на два потока, один из которых охлаждаем до плюс пяти - отрезок 1-2, а
другой оставляем не тронутым - точка 1.
Смешиваем эти два потока, объединяя получившиеся точки прямой 1-3-2, и находим нашу 12ти градусную точку на получившейся прямой.
Оставляем прямую 1-3 как линию процесса охлаждения воздуха в сухом охладителе с
температуры плюс 20 градусов до плюс 12 градусов с выделением конденсата.
Для того чтобы узнать количество конденсата, выпавшего на оребрении и трубках
охладителя нам необходимо вычесть влагосодержание получившегося воздуха из
влагосодержания необработанного воздуха 7,3 г/кг – 6,3 г/кг. В итоге мы получим, что из
каждого килограмма прошедшего через охладитель воздуха выделится 1 грамм конденсата.
Чтобы узнать расход конденсата, нам необходимо узнать, сколько килограммов воздуха
проходит через теплообменник за определенное время. Например, если нам необходимо
охладить 1400 м3/ч воздуха с температуры плюс 20 градусов с относительной влажностью 50%
до температуры плюс 12 градусов, то мы переведем 1400 м3/ч в 1680 кг/ч и получим, что за час
обработки воздуха выделится 1680 грамм конденсата (по одному грамму на каждый килограмм
воздуха), что равно 0,47 г/с (грамм/секунда) и 0,47 * 10-3 кг/с.
Полная холодопроизводительность находится так же, как мы искали
теплопроизводительность калорифера ранее. Берем энтальпию начальной точки 28 кДж/кг,
вычитаем из нее энтальпию конечной точки 38,5 кДж/кг, получая отрицательное число 10,5
кДж/кг (минус указывает на то, что энергия отдается хладагенту). Переводим 1680 кг/ч в
килограмм/секунда, что будет равняться 0,47 кг/с. Итого получаем 4,935 кДж/с, что равно 4,935
кВт мощности.
Если есть необходимость определить скрытую холодопроизводительность, можно найти её,
отталкиваясь от количества выделенного конденсата, используя удельную теплоту
парообразования:
Теплота, требуемая для конденсации влаги, находится по формуле: Q = L * m,
где L – удельная теплота парообразования; m – масса влаги.
L воды равно: 2260 кДж/кг.
Для того, чтобы перевести 0,47 грамма воды из газообразного состояния в жидкое состояние за
секунду нам требуется 2260 Дж * 103 * 0,47 кг/с * 10-3 = 1063 Дж/с, что равно 1063 Вт.
Итак скрытая холодопроизводительность данного процесса равна 1063 Вт.
Это Все
Собственно, это все, что я хотел рассмотреть в данной статье. Прошу не бранить меня за
наивную упрощенность описанного мною - я постарался объяснить в первую очередь себе - что
такое энтальпия и как ей пользоваться. Надеюсь Вам было интересно и полезно. Спасибо за
внимание.
P.S. Эта статья ни в коем случае не является учебным пособием. Она лишь мое субъективное
видение вопроса. Я бы даже сказал - каждое слово, написанное в этой статье, является
ошибочным. Информацию, достойную носить звание "Научная истина" ищите в учебниках.
P.P.S Предыдущая статья, в которой я описывал собственное видение таких элементов I-d
диаграммы (диаграммы Рамзина) как температура, влагосодержание, относительная влажность
находится здесь: http://mrcynognathus.livejournal.com/7641.html
Скачать
Случайные карточки
Каталог карточек