Влажный воздух и его свойства

В аэродромных устройствах кондиционирования используется атмосферный воздух. Чистый воздух приземного слоя атмосферы представляет собой смесь нескольких газов и водяного пара. Газы, входящие в состав чистого атмосферного воздуха (азот 78,09, кислород 20,95, аргон и другие инертные газы 0,93, углекислый газ 0,03% по объёму), образуют сухую часть воздуха. Смесь сухой части воздуха и водяного пара принято называть влажным воздухом. Молекулярная масса чистого сухого воздуха 28,26, температура жидкого воздуха минус 192°С. Молекулярная масса водяного пара 18,016. Молекулы газов сухой части воздуха не вступают во взаимодействие с молекулами водяного пара.

Водяной пар, практически всегда содержащийся в атмосферном воздухе, придает ему характерную особенность, отличающую влажный воздух от обычных газовых смесей. Это отличие состоит в том, что при атмосферном или близком к атмосферному давлению в интервале температур, ограниченном снизу не слишком низкими температурами (не ниже - 50°С), сухая часть воздуха может находиться только в газообразном состоянии, тогда как вода может быть в паровой, жидкой или твердой фазе в зависимости от температуры смеси. Отсюда следует, что влажный воздух представляет собой такую смесь, один из компонентов которой – водяной пар – при снижении температуры может переходить в другую фазу (жидкую или твердую) и вследствие этого выпадать из смеси. Поэтому количество водяного пара во влажном воздухе не может быть произвольным. В зависимости от температуры и полного давления смеси количество водного пара во влажном воздухе не может превышать определенной величины, соответствующей состоянию насыщения.

Кроме перечисленных основных газов, составлявших сухую часть чистого атмосферного воздуха, в нем могут быть различные примеси газообразных и парообразных продуктов естественных химических и биологических процессов, пыль космического и земного происхождения, микроорганизмы и пыльца растений. Все эти примеси образуют естественное загрязнение атмосферы. p_с.в.- парциальное давление cyxoй части влажного воздуха, Па; p_п - парциальное давление водяного пара, Па.

При изменении состояния влажного воздуха обычно переменной является масса водяного пара, в воздухе при неизменной массе сухой части воздуха, поэтому принято параметры тепловлажностного состояния воздуха (влагосодержание, энтальпию) относить к 1 кг сухой части влажного воздуха.

Влажность воздуха характеризуется массой содержащейся в ней влаги. Массу влаги, приходящуюся на 1 кг сухой части влажного воздуха, называют влагосодержанием. Обычно массу влаги во влажном воздухе измеряют в граммах, а влагосодержание в г/кг.

Если известно влагосодержание d₀, то масса влажного воздуха этого состояния будет равна (1+ d₀/1000) кг. В общем случае влагосодержание складывается из паросодержания и содержания влаги в жидкой или твердой фазе. В технике кондиционирования воздуха, как правило, приходится иметь дело с влажным воздухом, в котором влага находится в виде перегретого или насыщенного водяного пара, а капельная влага или кристаллы льда, образовавшиеся в воздухе в процессе его обработки, отводятся.

Поэтому в дальнейшем под влагосодержанием воздуха будем понимать его паросодержание и обозначать буквой d.

В процессах кондиционирования воздуха масса cyxoй части влажного воздуха остается неизменной, а влагосодержание может уменьшаться (осушка пара) или увеличиваться (увлажнение воздуха).

Следовательно, парциальное давление водяного пара во влажном воздухе при неизменном полном давлении однозначно определяется влагосодержанием и не зависит от температуры.

Так как влагосодержание воздуха при данной температуре может изменяться в пределах от 0 до d_H, то для характеристики степени увлажненности воздуха используется показатель относительной влажности.

Относительной влажностью φ называют отношение концентрации водяного пара р, кг/м³, содержащегося во влажном воздухе, к концентрации насыщенного водяного пара р_н, кг/м³, при той же температуре

ф =р_п/p_н.

Величина относительной влажности выражается в процентах или долях единицы и показывает степень приближения содержащегося во влажном воздухе водяного пара к состоянию насыщения при данной температуре воздуха. Поскольку 0≤р_п≤р_н, то 0≤ φ ≤1. Для сухого воздуха φ= 0. Для влажного воздуха, в котором водяной пар содержится в насыщенном состоянии, φ=1,0.

Если влагосодержание воздуха сохраняется постоянным, а температура его повышается, то относительная влажность уменьшается, так как с ростом температуры увеличивается парциальное давление насыщенного, водяного пара р_н. Наоборот, если температура влажного воздуха понижается, то при постоянном влагосодержании относительная влажность воздуха возрастает и при некоторой температуре достигается 100%, то есть водяной пар, содержащийся в воздухе, станет насыщенным. Дальнейшее охлаждение воздуха вызовет конденсацию водяного пара, выпадение влаги из воздуха и снижение парциального давления водяного пара.

С учетом изложенного можно дать определение понятия температуры точки росы: температурой точки росы называется та наинизшая температура, до которой можно охлаждать влажный воздух при постоянном его влагосодержании.

Однако аналитическое определение параметров влажного воздуха по приведенным выше формулам весьма трудоемко. Трудоемкость намного увеличивается при расчетах процессов изменения состояния воздуха. Поэтому в настоящее время такие расчеты ведут графоаналитическим методом с использованием I - d - диаграммы (влажного воздуха).