Влажный воздух. Увлажнение воздуха.

Процесс увлажнения воздуха - это процесс увеличения его влагосодержания. Рассмотрим  варианты реализации увлажнения и области применения каждого из способов.

Для наглядности будет использована I-d диаграмма Рамзина влажного воздуха

Способы увлажнения

Добиться увеличения влагосодержания воздуха можно только одним путем - внесением дополнительной влаги. Но саму влагу можно внести в виде водяного пара или в виде жидкой воды. В зависимости от этого различают два вида увлажнения: изотермический и изоэнтальпийный.

В первом случае увлажнение происходит с увеличением энергии (энтальпии) воздуха, во втором - с понижением температуры. Каждый способ имеет свои плюсы, на которые и следует ориентироваться при выборе того или иного метода увлажнения.

Где и как применяют тот или иной способ?

1. Изоэнтальпийное (адиабатное) увлажнение (цель - понизить температуру воздуха):

   • Охлаждение воздуха, например, перед конденсатором холодильной машины для снижения температуры конденсации и увеличения холодильного коэффициента,
   • Охлаждение потока воды в градирнях, где его часть испаряется, охлаждая поток воздуха, который в последствии охлаждает поток воды. Испарение 1% воды приводит к её охлаждению на 5.5С.

2. Изотермическое увлажнение (цель - увлажнить, сохранив температуру):

   • Увлажнение воздуха в системах приточной вентиляции зимой. Воду кипятят в парогенераторе, полученный пар распыляют в воздуховоде, тем самым обычную для квартиры/офиса зимнюю влажность порядка 20-30% поднимают до оптимальных 50%,
   • Увлажнитель в прецизионных кондиционерах. Пар генерируется при прохождении электрического тока через воду и подмешивается в поток воздуха на выходе.

Из наблюдений I-d диаграммы сделаем ещё один важный вывод - заданная относительная влажность быстрее (с меньшими "вливаниями" воды) достигается изоэнтальпийным методом (изоэнтальпы чаще пересекают кривые phi=const, чем изотермы).

Увеличить

Пример (достижение относительной влажности). Расход воздуха 1000м3/ч с параметрами 24С, 50% необходимо увлажнить до 80%. Каковы энерго- и влагозатраты в каждом из методов. Плотность воздуха принять 1.2кг/м3. Из I-d диаграммы определяем: текущая энтальпия i1=48кДж/кг, влагосодержание d1=9.3г/кг. При адиабатном увлажнении конечная точка 3: i3=i1=48кДж/кг, d3=11.3г/кг, t3=19C. Энергозатраты равны нулю, температура понизилась на 24-19=5С, затраты воды: (11.3-9.3)*1.2*1000=2400г/ч=2.4кг/ч. При изотермическом увлажнении конечная точка 2: i2=64кДж/кг, d2=15.7г/кг, t2=t1=24C. Температура не изменилась, энергозатраты: (64-48)*1.2*1000=19200кДж/ч=5.3кВт, затраты воды: (15.7-9.3)*1.2*1000=7680г/ч=7.7кг/ч. Вывод: второй способ сохраняет температуру за счет 5.3кВт энергии и увеличивая расход испаряемой воды более чем втрое.

Полезные формулы, описывающие процесс увлажнения:

• изотермическое увлажнение:

  • Уравнения балансов теплоты и влаги:
    M_сух·I₁ + M_пар·I_пар = M_сух·I₂;
    M_сух·d₁ + M_пар = G_сух·d₂.
  • Угловой коэффициент:
    ε = (I₂-I₁)/(d₂-d₁) = I_пар ≈ 2680.
  • Количество пара, необходимое для увлажнения:
    M_пар = M_сух· (d₂-d₁).

• адиабатное увлажнение:

  • Уравнения балансов теплоты и влаги:
    M_сух·I₁ + M_вода·I_пар = M_сух·I₂; ввиду малости M_вода·I_пар принимают I₁ ≈ I₂,
    M_сух·d₁ + M_вода = M_сух·d₂.
  • Угловой коэффициент:
    ε = (I₂-I₁)/(d₂-d₁) ≈ 0.
  • Количество воды, необходимое для увлажнения:
    M_пар = M_сух· (d₂-d₁).

где:
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.