Влажный воздух. Нагрев воздуха.

Нагрев воздуха - процесс увеличения его температуры. Рассмотрим варианты реализации нагрева воздуха и области применения каждого из способов.

Промокод в самокат получить скидку в самокат.

Для наглядности будет использована I-d диаграмма Рамзина влажного воздуха

Два вида нагрева

Нагрев воздухареализуют электронагреватели, батареи, радиаторы, да и вообще любые источники тепла. Нагревают окружающий воздух и люди.

Однако следует различать чистый нагрев и нагрев с увлажнением. Если электронагреватели и батареи влагосодержание воздуха не меняют, т.е. процесс на диаграмме идет вертикально вверх (d=const), то люди, к примеру, выделяют ещё и влагу (50-100г/ч влаги в зависимости от условий) и процесс наклоняется вправо. Энтальпия воздуха, очевидно, быстрее растет во втором случае. Поэтому, если нагрев воздуха является негативным фактором и требуется последующее охлаждение (как в системах кондиционирования), то необходимую мощность охлаждения (холодопроизводительность кондиционера) принципиально неверно определять исходя только из разности температур, т.к. фактор влажности останется неучтенным. Этот эффект наглядно показывает следующий пример:

Увеличить

Пример. Какую нагрузку на кондиционер создадут нагреватель мощностью N=1кВт и 10 человек, выделяющие N=1кВт тепла и P=500г/ч влаги? Воздухообмен в помещении составляет G=1000м3/ч, параметры воздуха 24С, 50%, плотность ρ=1.2кг/м3. Из I-d диаграммы определяем: текущая энтальпия i1=48кДж/кг, влагосодержание d1=9.3г/кг. При работе нагревателя конечная точка 2: i2=i1+3600*N/(G*ρ)=48+3600*1/(1000*1.2)=51кДж/кг, Nконд=(i2-i1)*G*ρ/3600=(51-48)*1000*1.2/3600=1кВт (=N, что и требовалось доказать). При нагрузке от людей конечная точка 3: d3=d1+P/(G*ρ)=9.3+500/(1000*1.2)=9.7г/кг. Таким образом, наличие влаговыделений сместит точку 3 относительно точки 2 вправо по изотерме на 0.4г/кг: i3=52.2кДж/кг. Nконд=(i3-i1)*G*ρ/3600=(52.2-48)*1000*1.2/3600=1.4кВт. Вывод: Влаговыделения от людей увеличивают нагрузку на кондиционер на 40%.

Вообще, говоря строго, нагрев с увлажнением является суммой двух процессов - чистого нагрева и изотермического увлажнения, но и наше понятие имеет место быть именно в отношении людей. Дело в том, что при расчете мощности кондиционеров в подавляющем большинстве случаев учитывают только чистый нагрев от людей, забывая про влаговыделения. Но кондиционер, не задумываясь об этом, тратит до 40% холодопроизводительности на осушение. Соответственно, на борьбу с чистым нагревом остается лишь 60% мощности, а не 100%, как это было заложено в проекте. Не стоит забывать о влаговыделении людей!

Полезные формулы, описывающие процесс нагрева:

Чистый нагрев:

• Уравнение баланса теплоты:
  M_сух·I₁ + Q_нагр = M_сух·I₂.
• Угловой коэффициент:
  ε = (I₂-I₁)/(d₂-d₁) = ∞.
• Мощность, необходимая для нагрева (охлаждения):
  Q_нагр = M_сух· (I₂-I₁) = G_сух·ρ·c (t₂-t₁).

Нагрев с увлажнением:

• Уравнение баланса теплоты:
  M_сух·I₁ + Q_нагр + P_вл·I_пар = M_сух·I₂.
• Угловой коэффициент:
  ε = (I₂-I₁)/(d₂-d₁) = Q_нагр/P_вл.
• Мощность, необходимая для нагрева (охлаждения):
  Q_нагр = M_сух· (I₂-I₁) ≠ G_сух·ρ·c (t₂-t₁).

где:
P_вл - влаговыделение (человека), представляет собой пар,
M_сух = G_сух·ρ - массовый расход воздуха,
G_сух - расход сухого воздуха в потоке влажного воздуха, G_сух=G_влаж· (1-d₁). В расчетах, ввиду малости d1, часто под расходом сухого воздуха подразумевают расход влажного воздуха. Аналогичное допущение было принято и в примере.