Психрометрия: метод определения уровня влажности воздуха

Психрометрия: метод определения уровня влажности воздуха и других показателей

Термин «психрометрия» достаточно редко используется в бытовой сфере. Однако инструментарий, где используется эта технология, не является редкостью и для быта, не говоря уже о специальном применении. Термин «психрометрия» напрямую связан с пониманием и применением инструмента – психрометра, с целью определения влажности воздуха, исходя из показаний двух отдельных термометров. Одно показание снимают по шкале термометра, чувствительная часть колбы которого покрыта влажным материалом (например, мокрой ватой). Другое показание снимается по шкале стандартного «сухого» термометра, то есть без помещения чувствительной части колбы во влажную среду.

Психрометрическая диаграмма для расчёта данных

Данные психрометрии рассчитываются по психрометрической диаграмме, которая включает следующие свойства влажного воздуха:

  • температуру «сухого» термометра,
  • температуру «влажного» термометра,
  • относительную влажность,
  • температуру точки росы,
  • коэффициент влажности,
  • энтальпию,
  • удельный объём.

Психрометрия «сухого» термометра под измерение влажности

Показания «сухого» термометра — это температурный признак «ощутимого тепла», которым вызывается изменение температуры наращиванием или снижением тепла без изменения состояния вещества. Между тем, скрытое тепло вызывает изменение состояния, но не приводит к изменению температуры. Изменения состояния:

  • заморозка — снижение тепла с переменой состояния жидкое — твёрдое;
  • плавление — прирост тепла с переменой состояния твёрдое — жидкое;
  • испарение — прирост тепла с переменой состояния жидкое — парообразное;
  • конденсация — снижение тепла с переменой состояния парообразное — жидкое.

Однако требуется одинаковое количество тепла для каждого изменения состояния. Так, если некое значение количества тепла изымается для замораживания одного литра воды, такое же количество тепла требуется для таяния одного килограмма льда.

Тот же принцип применяется к эффектам кипячения и конденсации. Собственно, это правило действует для всех веществ. На психрометрическом графике сухая колба термометра отмечена вертикальными линиями, направленными от оси «X» в нижней части графика.

Психрометрия «мокрого» термометра под измерение влажности

Результат на шкале «мокрого» термометра — температура, используемая для измерения содержания влаги в окружающем воздухе. Чем суше окружающий воздух, тем больше воды будет испаряться из обёртки колбы, тем активнее снижаются показания термометра.

AZ8857 PRO

Психрометрия - прибор профессиональный высоко чувствительный для измерений влажности
Устройство профессионального назначения — высокочувствительный психрометр, позволяет выполнять измерения влажности с высокой точностью в различных условиях

Если относительная влажность воздуха составляет 100%, окружающий воздух полностью насыщен, соответственно температура «сухого» и «влажного» градусников равны. Наклонные аналогично линиям энтальпии, линии «мокрого» инструмента на психрометрической диаграмме начинаются там, где линии «сухого» инструмента пересекают линию насыщения и отклоняются вниз и вправо.

Психрометрия или как определяется относительная влажность?

Термин «относительная влажность» следует рассматривать как отношение давления водяного образца воздуха к давлению водяного пара полностью насыщенного воздуха при одинаковой температуре.

Достижение относительной влажности воздуха на уровне 30-35% для условий обогрева и 45-60% для условий охлаждения, даёт оптимальные условия с точки зрения комфорта внутри помещения.

RH = количество влаги, удерживаемое воздухом / количество влаги полного насыщения

Линия, соответствующая 100% относительной влажности, является линией полного насыщения. Линии относительной влажности при условиях ниже насыщения опускаются ниже и справа от линии полного насыщения.

Что такое температура точки росы (ТТР) для психрометрии?

Температура точки росы — показатель, определяющий точку охлаждения воздуха, прежде чем начинается процесс конденсации. Момент отвода тепла окружающей атмосферы сопровождается ростом относительной влажности воздуха вплоть до значения 100%  (полное насыщение).

Температура для этого момента определяется как точка росы. При полном насыщении параметры:

  • ТТР,
  • «сухого» термометра,
  • «влажного» термометра,

фактически эквивалентны.

Если тёплым воздухом, всё еще содержащим влагу, обдувается некая поверхность, температура которой ниже ТТР воздуха, влага в составе воздухе конденсируется, что отмечается образованием плёнки (капель) жидкости на поверхности.

ЦИФРОВОЙ

Психрометрия на бытовом уровне цифровыми приборами
Для бытовой сферы разработаны и активно выпускаются различные по исполнению цифровые психрометры — удобные в применении устройства контроля влажности воздуха

Понимание взаимодействия между точкой росы и температурой поверхности важно для определения и предотвращения проблем, которые могут быть связаны с конденсацией, происходящей в системах вентиляции и кондиционирования.

Температура точки росы показана на линии насыщения. Далее определяют ТТР атмосферного воздуха, контактирующего с поверхностью. Если температура поверхности равна или ниже ТТР, на поверхности будет образовываться конденсат.

Что такое коэффициент влажности метода психрометрия?

Под коэффициентом влажности (удельная влажность) понимается фактическая масса водяного пара, содержащаяся в некотором объёме сухого воздуха.

Коэффициент влажности = масса влаги / масса сухого воздуха

Линии коэффициента влажности на психрометрической диаграмме начинаются с вертикальной оси с правой стороны и проходят горизонтально поперёк.

Что такое энтальпия по методу психрометрия?

Энтальпия относится к общей теплоте вещества, обычно выраженной британским исчисляемым стандартом тепловых единиц БТЕ (BTU). Если воздух влажный, энтальпия показывает общее тепло смеси воздуха с водяным паром и отображается в БТЕ на фунт или в кДж (1 БТЕ = 1,055 кДж).

ДОМАШНИЙ

Психрометр механического типа из серии приборов MV-4
Механические конструкции психрометров, а также конструкции электро-механические продолжают активно применяться в профессиональной области, где выполняются измерения

Сухой воздух при 0ºF имеет общую энтальпию 0 БТЕ / фунт. Значения энтальпии находятся на психрометрической диаграмме по шкале выше и слева от линии насыщения. Линии с постоянной энтальпией наклонены вниз и вправо и, как правило, параллельны линиям «влажного» термометра.

Что такое удельный объём и  как рассчитать этот параметр?

Удельный объем является величиной, обратной плотности. Плотность выражается в единицах массы на единицу объёма. Удельная плотность выражается в кубических футах смеси «воздух-вода-пар» на фунт сухого воздуха.

D = M/V

SpV = V/M

где: D = плотность, M = масса, V = объём

Линии определенного объёма на психрометрической диаграмме наклонены вверх и влево от начала по отношению к горизонтальной оси. Таблица ниже содержит конкретные поправочные коэффициенты объёма на высоте:

Значение высоты, м Коэффициент коррекции объёма
0 1.00
500 1,05
1000 1,11
1500 1,17
2000 1,24
2500 1,31

Понимание того, как плотность воздуха, для которой постоянная равна 1,08 на уровне моря, относится к массе и объёму, помогает понять многие из вышеуказанных свойств, которые рассчитываются в зависимости от воздушных масс, плотностей и объёмов. Это также помогает понять влияние высоты на свойства воздуха.

Стандартные психрометрические карты рассчитываются на уровне моря, но часто предоставляются с корректировками для определённой высоты в местах, где часто встречаются проекты в условиях увеличенной высоты. Для формулы расчёта тепловой нагрузки, отношение плотности воздуха на высоте следует умножить на константу плотности воздуха 1,08.

БТЕ/ч (кДж/ч) = 1.08 (ADR) * CFM * ΔT

где: ADR – коэффициент плотности воздуха; CFM – кубический фут/мин.; ΔT – разница температур

Удельный объём стандартного воздуха на определенной высоте рассчитывается путём умножения на поправочные коэффициенты объёма, представленные в таблице:

Высота, м Коэффициент плотности воздуха Температура, ºC Барометрическое

давление, мм рт.ст.

0 1,0 15 750
300 0,9702 12 722
600 0,9414 11 696
900 0,9133 9 670
1200 0,8862 6 646
1500 0,8598 5 622
1800 0,8342 3 599
2100 0,8094 1 577
2400 0,7853 -0,8 556
2700 0,7619 -2,8 536
3000 0,7392 -4,8 516
3300 0,7172 -6,8 497
3600 0,6959 -8,8 478
3900 0,6752 -10,8 461
4250 0,6551 -12,8 444

Изменения плотности воздуха изменяют физические и термодинамические свойства соотношений воздух / вода в смеси. Плотность воздуха, при этом, уменьшается примерно на 3,6% каждые 1000 футов выше 2000 футов над уровнем моря.

Явное и скрытое тепло плюс коэффициенты

Как отмечалось выше, явный нагрев – это событие вызывающее повышение температуры, тогда как скрытый нагрев вызывает только изменение состояния. Термины «скрытый» и «явный» также используются в отношении мощности нагрева и охлаждения.

Общая ёмкость — это ёмкость, необходимая для понижения температуры без воздействия на влажность воздуха, а также скрытая ёмкость, которая включает способность удалять влагу из воздуха. По мере увеличения скрытого нагрева, содержание влаги увеличивается.

Например, вода, прогретая до Т = 100ºC, будет поддерживать эту температуру даже при условии дополнительной подачи тепла. Температура не увеличится, но вода испарится. Что касается охлаждения: продолжающийся исход скрытой теплоты из воды в точке замерзания приведёт к уменьшению содержания влаги. Соответственно, грядут изменения состояния от жидкого к твёрдому. Однако этот фактор не приведёт к дальнейшему снижению чувствительной температуры.

 

Коэффициент ощутимого тепла — это отношение ощущаемого тепла к общему количеству тепла. Используя психрометрическую диаграмму, допустимо определить, например, энтальпию для возвратного воздуха, поступающего в охлаждающий змеевик при 24ºC и относительной влажности 50%. Значение энтальпии составит 28,7, судя из пути построения точки состояния, определяемой двумя параметрами температуры и влажности.

Энтальпия для результирующей температуры насыщения 12,78ºC при относительной влажности 80% составляет 21,1. Вычитанием 21,1 из 28,7 определяется общее количество тепла в этом примере, то есть: -7,6.

Так, например, графики температуры «мокрого» термометра помогают определить, что энтальпия при 60º составляет 26,5. Для определения ощутимого тепла достаточно вычесть энтальпию температуры насыщения (21,1) из энтальпии «мокрого» термометра (26,5), получив результат: -5,4.

Наконец, для определения фактического теплового коэффициента необходимо разделить чувствительное тепло 5,4 на общее тепло 7,6, что даст коэффициент теплоты, равный 0,71. Факторы ощутимого тепла, как правило, выше, чем 0,5, поскольку процессы охлаждения обычно удаляют больше ощутимое, чем скрытое тепло.

Чувствительные процессы, как правило, показаны на горизонтальной траектории психрометрической карты, в отличие от латентных процессов. Таковые отображаются на вертикальных путях. Большинство процессов, которые включают оба вида тепла, приводят к угловым или диагональным путям.


При помощи информации: KruegerHvac