Атмосферне повітря являє собою суміш різних газів і водяної пари. З технічної точки зору суміш цих газів (без водяної пари) допустимо називати "сухе повітря", а атмосферне повітря представляти як суміш сухого повітря і водяної пари. Кількість водяної пари, що міститься в повітрі, може бути виражено різними способами. Зокрема, кількість вологи можна виразити через:
- пружність, або парціальний тиск парів води;
- відносну вологість, або гігрометріческій показник.
Тиск атмосферного повітря (Рб) являє собою суму парціальних тисків сухого повітря Рс і водяної пари Рп (закон Дальтона):
Парціальний тиск вимірюється в паскалях або миллибарах, 1 мбар = 100 Па.
Абсолютна вологість - кількість пара (кг), що міститься в одному кубічному метрі вологого повітря:
де Мп - маса пара, кг;
L - обсяг вологого повітря, м 3;
Рп - парціальний тиск парів води, мбар;
Т - абсолютна температура вологого повітря, К;
R - газова постійна пара, Дж / (кг * К) (газова стала R дорівнює різниці значень питомої теплоємності пара при постійному тиску і питомої теплоємності пара при постійному обсязі).
Газова постійна будь-якого газу дорівнює
де Мм - молекулярна маса газу.
Так, молекулярна маса азоту (N) дорівнює 12; кисню (О) - 16; водню (Н) - 1; води (Н2 О) - 18; сухого повітря 28,9; вологого повітря - 18.
Фізичний сенс газової постійної - робота розширення 1 кг ідеального газу при підвищенні його температури на 1 К і постійному тиску.
Газова постійна сухого повітря дорівнює 288 Дж / (кг * К), водяної пари - 462 Дж / (кг * К).
При зміні температури вологого повітря і постійному тиску змінюється його обсяг і величина абсолютної вологості і, навпаки, при одній і тій же величині абсолютної вологості можуть бути різні температура і відносна вологість. Так, абсолютна вологість 4,1 г / м 3 може бути у вологого повітря з температурою 11 о С і відносною вологістю 60%, а також при температурі 22 о С і відносній вологості 30%.
де Мс - маса сухої частини вологого повітря, кг.
Відносною вологістю (# 966;), або ступенем вологості, або гігрометріческім показником, називають відношення парціального тиску водяної пари до парціального тиску насичених парів, виражене у відсотках:
Для практичних розрахунків використовують співвідношення:
# 966; = ------ * 100%, але # 966; = # 966 ;. (2.1.5)
Відносну вологість можна визначити, вимірюючи інтенсивність випаровування води. Природно, чим нижче вологість, тим активніше буде йти випаровування вологи. Якщо термометр обмотати вологою тканиною, то показання термометра будуть зменшуватися щодо сухого термометра. Різниця показань температур сухого і вологого термометра дають певне значення ступеня вологості атмосферного повітря.
Розрахунок вологості проводиться за наближеною формулою Струнга (Strung):
де Рп - парціальний тиск парів води, мбар;
Рп * вл - парціальний тиск парів води для температури по вологому термометру, мбар;
К - константа для пара «повітря-вода», що дорівнює 0,66;
tс - температура по сухому термометру, о С;
TВЛ - температура по вологому термометру, про С.
Значення відносної вологості може бути також визначено по психрометричні номограмме або по психрометричні таблиці.
А за рівнянням (2.1.5):
Щільність (об'ємна вага) вологого повітря - вага 1 м 3 вологого повітря - може бути визначений за формулою:
Питома вага вологого повітря менше об'ємної ваги сухого повітря при тих же значеннях температури і тиску. Однак їх різницю незначна, і в практичних розрахунках об'ємна вага вологого повітря приймається рівним об'ємною вагою сухого повітря. Так, об'ємна вага насиченого повітря при t = 20 о С і Рб = 760 мм рт.ст. становить 1,178 кг / м 3. а сухого повітря при тих же умовах - 1,205 кг / м 3.
Питома теплоємність повітря (с) - це кількість тепла, необхідне для нагрівання 1 кг повітря на 1 К. Питома теплоємність сухого повітря при постійному тиску залежить від температури, однак для практичних розрахунків систем ВКВ питому теплоємність як сухого, так і вологого повітря вважають рівною:
з = 1 кДж / (кг * К) = 0,24 ккал / (кг * К) = 0,335 Вт / (кг * К). (2.1.8)
Питому теплоємність водяної пари приймають рівною
Сухе або явне тепло - тепло, яке додається або відводиться від повітря без зміни агрегатного стану пара (змінюється тільки температура).
Приховане тепло - тепло, що йде на зміну агрегатного стану пара без зміни температури (наприклад, осушення).
де с - питома теплоємність повітря, що дорівнює 0,24 ккал / кг * К).
Ентальпія 1 кг водяної пари дорівнює:
де 597,3 - прихована теплота випаровування 1 кг води при температурі нуль градусів, ккал / кг;
0,44 - теплоємність водяної пари, ккал / (кг * К).
При температурі вологого повітря t і влагосодержании d ентальпія дорівнює:
Приклад. Визначити ентальпію вологого повітря при
Рішення. Знаходимо пружність насичених водяних па-
рів при заданих умовах (табл. 2.1.1):
Парціальний даввленія водяної пари зна
дим із співвідношення:
Визначаємо ентальпію вологого повітря:
І = 0,24 t + 0,5973d + 0,00044 t * d = 4,8 + 5,21 + 0,076 = 10,08 ккал / кг.
З наведеного прикладу видно, що прихована теплота випаровування водяної пари (5,21 ккал / кг) становить значну частину тепла, а теплоємність водяної пари практично можна знехтувати. Тому при вирішенні практичних завдань ентальпію вологого повітря можна визначати по наближеному висловом:
Якщо вологе повітря охолоджувати при незмінному влагосодержании, то буде знижуватися ентальпія і температура, а відносна вологість буде збільшуватися. Настане момент, коли повітря стане насиченим і його відносна вологість буде дорівнює 100%. При подальшому охолодженні повітря почнеться випаровування з повітря вологи у вигляді роси - конденсація пара. Ця температура називається точкою роси. Точка роси для різних температур сухого повітря і відносній вологості наведена в таблиці 2.1.2.
Таблиця 2.1.2. - Таблиця точки роси вологого повітря (зробити!).
Приклад. Температура в приміщенні - +23 о С, відносна вологість - 60%. Визначити, до якої температури можуть охолоджуватися стіни приміщення в зимовий період, щоб на стінах не виділялася волога.
Величину dн знаходимо по таблиці фізичних характеристик вологого повітря (таблиця 2.1.1). Умова конденсації (точка роси) d = dн. З цієї ж таблиці знаходимо температуру при якій dн = 10,8 г / кг. Ця температура tр = 15,2 о С. Тобто при температурі в приміщенні нижче 15,2 ° С на стінках буде виділятися волога.