Процессы кондиционирования помещений

Для обеспечения заданных условий воздушной среды в кондиционируемые помещения необходимо подавать приточный воздух с определенными параметрами, подвергая его специальной обработке в кондиционере [16].

В кондиционере производятся фильтрация и тепловлажностная обработка воздуха (рис. 70). В теплый период года наружный воздух охлаждается и осушается, а в холодный период – подогревается и увлажняется.

Рис. 70. Принципиальная схема кондиционера:

1 – вентиляционная заслонка; 2 – фильтр для воздуха;

3 – устройство тепловлажностной обработки воздуха; 4 - вентилятор

Бытовые кондиционеры, как правило, не выполняют отопительных функций, так как их энергетическая мощность, рассчитанная на охлаждение, будет недостаточной для отопления тех же помещений. В связи с этим в бытовых кондиционерах обычно отсутствует и увлажнитель воздуха.

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 находящегося во влажном воздухе, отнесенная к массе его сухой части :

.

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 – энтальпия 1 кг сухой части воздуха; – энтальпия 0,001 кг водяного пара.

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

Первый член уравнения представляет собой энтальпию сухой части воздуха, второй – энтальпию перехода воды в пар, а третий – энтальпию пара, содержащегося в воздухе.

Графическая интерпретация уравнения носит название -диаграммы (рис. 71). Она связывает между собой основные параметры, характеризующие состояние влажного воздуха при определенном давлении.

Рис. 71. Некоторые характерные точки на I-d -диаграмме

и лучи тепловлажностных процессов

На -диаграмме любая точка обозначает вполне определенное физическое состояние воздуха. Некоторые точки имеют особое значение. Точка росы – точка пересечения прямой с линией . Для каждого влагосодержания есть своя температура точки росы . Точка мокрого термометра – точка пересечения прямой с линией . Ей соответствует температура мокрого термометра .

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

1. . Изотермический процесс. Воздух одновременно поглощает теплоту и влагу.

2. . Изоэнтальпический (адиабатический) процесс увлажнения и охлаждения воздуха.

3. . Охлаждение воздуха при постоянном влагосодержании.

4. . Охлаждение и осушение воздуха.

5. . Изоэнтальпический процесс осушки воздуха абсорбентами.

6. . Нагрев воздуха при постоянном влагосодержании.

Все возможные процессы изменения влажного воздуха можно разделить на -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 должна быть выше температуры мокрого термометра .

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 .

Сектор IV – процессы понижения энтальпии воздуха с одновременным увлажнением. Такие процессы можно осуществить при контакте воздуха с водой при температуре .

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

По -диаграмме можно определить точку смеси двух объемов воздуха с разными параметрами. Для каждого состояния воздуха находят точку, например точку (рис. 72), соответствующуюмассе воздуха с параметрами , и точку , соответствующуюмассе воздуха с параметрами .

Рис. 72. Определение параметров смеси двух объемов воздуха

Точка смеси лежит на прямой и делит эту линию на отрезки, обратно пропорциональные массе воздуха каждой из составных частей, т. е. . Пропорции отрезков выразятся как .

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

,

где – расход холода на охлаждение воздуха в кондиционере; – массовая подача охлажденного воздуха; - начальная и конечная энтальпии охлажденного воздуха; – коэффициент запаса на потери холода (для бытовых кондиционеров = 1,15…1,20).

В современных бытовых кондиционерах все шире используют экологически безопасные фреонозаменяющие холодильные агенты. Для фреоновых же холодильных агрегатов кондиционеров типовым режимом является: температура кипения хладоагента в испарителе ; температура конденсации паров хладоагента в конденсаторе ; температура переохлаждения хладоагента .