Giáo trình Thông gió và điều hòa không khí - Chương 1: Những kiến thức cơ bản về không khí ẩm

CHƯƠNG I : NHNG KIN THC CƠ BN  
VKHÔNG KHÍ M  
1.1 KHÔNG KHÍ M  
1.1.1 Khái nim vkhông khí m  
Không khí xung quanh chúng ta là hn hp ca nhiu cht khí, chyếu là N2 và O2 ngoài  
ra còn mt lượng nhcác khí trơ, CO2, hơi nước . . .  
- Không khí khô: Không khí không cha hơi nước gi là không khí khô. Trong thc tế không  
có không khí khô hoàn toàn, mà không khí luôn luôn có cha mt lượng hơi nước nht định.  
Đối vi không khí khô khi tính toán thường người ta coi là khí lý tưởng.  
Thành phn ca các cht khí trong không khí khô được phân theo tlphn trăm sau đây:  
Bng 1.1. Tlcác cht khí trong không khí khô  
Tlphn trăm, %  
Thành phn  
Theo khi lượng Theo thtích  
- Ni tơ: N2  
- Ôxi : O2  
- Argon - A  
- Carbon-Dioxide: CO2  
- Cht khí khác: Nêôn, Hêli, Kripton,  
Xênon, Ôzôn, Radon vv . . .  
75,5  
23,1  
1,3  
0,046  
0,05  
78,084  
20,948  
0,934  
0,03  
0,004  
- Không khí m: Không khí có cha hơi nước gi là không khí m. Trong tnhiên chcó  
không khí m và trng thái ca nó được chia ra các dng sau:  
a) Không khí m chưa bão hòa: Là trng thái mà hơi nước còn có thbay hơi  
thêm vào được trong không khí, nghĩa là không khí vn còn tiếp tc có thnhn thêm hơi  
nước.  
b) Không khí m bão hòa: Là trng thái mà hơi nước trong không khí đã đạt ti  
đa và không thbay hơi thêm vào đó được. Nếu tiếp tc cho bay hơi nước vào không khí thì  
có bao bao nhiêu hơi bay vào không khí scó by nhiêu hơi m ngưng tli.  
c) Không khí m quá bão hòa: Là không khí m bão hòa và còn cha thêm mt  
lượng hơi nước nht định. Tuy nhiên trng thái quá bão hoà là trng thái không n định và có  
xu hướng biến đi đến trng thái bão hoà do lượng hơi nước dư btách dn ra khi không khí  
. Ví dnhư trng thái sương mù là không khí quá bão hòa.  
Tính cht vt lý và mc độ ảnh hưởng ca không khí đến cm giác ca con người  
phthuc nhiu vào lượng hơi nước tn ti trong không khí.  
Như vy, môi trường không khí có thcoi là hn hp ca không khí khô và hơi nước.  
Chúng ta có các phương trình cơ bn ca không khí m như sau:  
- Phương trình cân bng khi lượng ca hn hp:  
G = Gk + Gh  
(1-1)  
G, Gk, Gh - Ln lượt là khi lượng không khí m, không khí khô và hơi nước trong  
không khí, kg.  
1
- Phương trình định lut Dantôn ca hn hp:  
B = Pk + Ph  
(1-2)  
B, Pk, Ph - Ap sut không khí, phân áp sut không khí khô và hơi nước trong không khí, N/m2.  
- Phương trình tính toán cho phn không khí khô:  
Pk.V = Gk.Rk.T  
(1-3)  
V - Thtích hn hp, m3;  
Gk - Khi lượng không khí khô trong V (m3) ca hn hp, kg;  
Rk - Hng scht khí ca không khí khô, Rk = 287 J/kg.K  
T - Nhit độ hn hp, T = t + 273,15 , oK  
- Phương trình tính toán cho phn hơi m trong không khí:  
Ph.V = Gh.Rh.T  
(1-4)  
Gh - Khi lượng hơi m trong V (m3) ca hn hp, kg;  
Rh - Hng scht khí ca hơi nước, Rh = 462 J/kg.K  
1.1.2 Các thông svt lý ca không khí m  
1.1.2.1 Áp sut không khí.  
Ap sut không khí thường được gi là khí áp, ký hiu là B. Nói chung giá trB thay  
đi theo không gian và thi gian. Đặc bit khí áp phthuc rt nhiu vào độ cao, mc mt  
nước bin, áp sut khí quyn khong 1 at, nhưng ở độ cao trên 8000m ca đỉnh Everest thì áp  
sut chcòn 0,32 at và nhit độ sôi ca nước chcòn 71oC (xem hình 1-1). Tuy nhiên trong  
kthut điu hòa không khí giá trchênh lch không ln có thbqua và người ta coi B  
không đi. Trong tính toán người ta ly trng thái tiêu chun Bo = 760 mmHg.  
Đồ thI-d ca không khí m thường được xây dng áp sut B = 745mmHg và Bo =  
760mmHg.  
2
Hình 1.1. Sthay đi khí áp theo chiu cao so vi mt nước bin  
1.1.2.2 Nhit độ.  
- Nhit độ đại lượng biu thmc độ nóng lnh. Đây là yếu tố ảnh hưởng ln nht  
đến cm giác ca con người. Trong kthut điu hòa không khí người ta thường sdng 2  
thang nhit độ độ C và độ F. Đối vi mt trng thái nht định nào đó ca không khí ngoài  
nhit độ thc ca nó trong kthut còn có 2 giá trnhit độ đặc bit cn lưu ý trong các  
tính toán cũng như nh hưởng nhiu đến các hthng và thiết blà nhit độ đim sương  
và nhit độ nhit kế ướt.  
- Nhit độ đim sương: Khi làm lnh không khí nhưng ginguyên dung m d (hoc  
phân áp sut ph) ti nhit độ ts nào đó hơi nước trong không khí bt đầu ngưng tthành nước  
bão hòa. Nhit độ ts đó gi là nhit độ đim sương (hình 1-2).  
Như vy nhit độ đim sương ca mt trng thái không khí bt knào đó là nhit độ ứng vi  
trng thái bão hòa và có dung m bng dung m ca trng thái đã cho. Hay nói cách khác  
nhit độ đim sương là nhit độ bão hòa ca hơi nước ng vi phân áp sut ph đã cho. Từ đây  
ta thy gia ts và d có mi quan hphthuc.  
Nhng trng thái không khí có cùng dung m thì nhit độ đọng sương ca chúng như nhau.  
Nhit độ đọng sương có ý nghĩa rt quan trng khi xem xét khnăng đng sương trên các bề  
mt cũng như xác định trng thái không khí sau xlý. Khi không khí tiếp xúc vi mt bmt,  
nếu nhit độ bmt đó nhhơn hay bng nhit độ đọng sương ts thì hơi m trong không khí  
sngưng kết li trên bmt đó, trường hp ngược li thì không xy ra đọng sương.  
- Nhit độ nhit kế ướt: Khi cho hơi nước bay hơi đon nhit vào không khí chưa bão  
hòa (I=const). Nhit độ ca không khí sgim dn trong khi độ ẩm tương đi tăng lên. Ti  
trng thái bão hoà ϕ = 100% quá trình bay hơi chm dt. Nhit độ ứng vi trng thái bão hoà  
cui cùng này gi là nhit độ nhit độ nhit kế ướt và ký hiu là tư. Người ta gi nhit độ nhit  
kế ướt là vì nó được xác định bng nhit kế có bu thm ướt nước (hình 1-2).  
Như vy nhit độ nhit kế ướt ca mt trng thái là nhit độ ứng vi trng thái bão hòa  
và có entanpi I bng entanpi ca trng thái không khí đã cho. Gia entanpi I và nhit độ nhit  
kế ướt tư có mi quan hphthuc. Trên thc tế ta có thể đo được nhit độ nhit kế ướt ca  
trng thái không khí hin thi là nhit độ trên bmt thoáng ca nước.  
3
I
kJ/kg  
A
C
B
d, kg/kg  
dA = d  
B
Hình 1.2. Nhit độ đọng sương và nhit độ nhit kế ướt ca không khí  
1.1.2.3 Độ ẩm  
1. Độ ẩm tuyt đối.  
Là khi lượng hơi m trong 1m3 không khí m. Gistrong V (m3) không khí m có  
cha Gh (kg) hơi nước thì độ ẩm tuyt đi ký hiu là ρh được tính như sau:  
Gh  
ρh =  
, kg / m3  
(1-5)  
V
Vì hơi nước trong không khí có thcoi là khí lý tưởng nên:  
ph  
1
, kg / m3  
(1-6)  
ρh =  
=
vh R h .T  
trong đó:  
ph - Phân áp sut ca hơi nước trong không khí chưa bão hoà, N/m2  
Rh - Hng sca hơi nước Rh = 462 J/kg.oK  
T - Nhit độ tuyt đối ca không khí m, tc cũng là nhit độ ca hơi nước, oK  
2. Độ ẩm tương đối.  
Độ ẩm tương đi ca không khí m, ký hiu là ϕ (%) là tsgia độ ẩm tuyt  
đi ρh ca không khí vi độ ẩm bão hòa ρmax cùng nhit độ vi trng thái đã cho.  
ρh  
ρmax  
, %  
(1-7)  
ϕ =  
hay:  
ph  
ϕ =  
, %  
(1-8)  
pmax  
Độ ẩm tương đi biu thmc độ cha hơi nước trong không khí m so vi không khí m  
bão hòa cùng nhit đ.  
Khi ϕ = 0 đó là trng thái không khí khô.  
0 < ϕ < 100 đó là trng thái không khí m chưa bão hoà.  
ϕ = 100 đó là trng thái không khí m bão hòa.  
- Độ ẩm ϕ đại lượng rt quan trng ca không khí m có nh hưởng nhiu đến cm  
giác ca con người và khnăng sdng không khí để sy các vt phm.  
- Độ ẩm tương đi ϕ có thxác định bng công thc, hoc đo bng m kế. m kế là  
thiết bị đo gm 2 nhit kế: mt nhit kế khô và mt nhit kế ướt. Nhit kế ướt có bu bc vi  
thm nước ở đó hơi nước thm vi bc xung quanh bu nhit kế khi bc hơi vào không khí  
4
sly nhit ca bu nhit kế nên nhit độ bu gim xung bng nhit độ nhit kế ướt tư ng  
vi trng thái không khí bên ngoài. Khi độ ẩm tương đi bé, cường độ bc hơi càng mnh, độ  
chênh nhit độ gia 2 nhit kế càng cao. Do đó độ chênh nhit độ gia 2 nhit kế phthuc  
vào độ ẩm tương đi và nó được sdng để làm cơ sxác định độ ẩm tương đối ϕ. Khi ϕ  
=100%, quá trình bc hơi ngng và nhit độ ca 2 nhit kế bng nhau.  
1.1.2.4. Khi lượng riêng và thtích riêng.  
Khi lượng riêng ca không khí là khi lượng ca mt đơn vthtích không khí. Ký  
hiu là ρ, đơn vkg/m3.  
G
ρ = , kg/m3  
(1-9)  
V
Đại lượng nghch đảo ca khi lượng riêng là thtích riêng. Ký hiu là v  
1
v = , m3/kg  
(1-10)  
ρ
Khi lượng riêng và thtích riêng là hai thông sphthuc.  
Trong đó:  
pk  
ph  
V
G = Gh + Gk =  
.
+
(1-11)  
(1-12)  
T Rk Rh  
Do đó:  
pk  
ph  
1
ρ = .  
+
T Rk Rh  
Mt khác:  
8314 8314  
R K =  
R h =  
=
= 287J / kg.K = 2,153mmHg.m3 / kg.K  
= 462J / kg.K = 3,465mmHg.m3 / kg.K  
µK  
29  
8314 8314  
=
µh  
18  
Thay vào ta có:  
pk  
ph  
1
1
1
ρ =  
.
+
=
[
0,465pk + 0,289.ph  
]
=
[
. 0,465.B 0,176,ph  
]
, (1-13)  
T Rk Rh  
T
T
trong đó B là áp sut không khí m: B = pk + ph  
- Nếu là không khí khô hoàn toàn:  
0,465  
ρk =  
.B  
(1-14)  
(1-15)  
T
- Nếu không khí có hơi m:  
ρ = ρk 0,176.  
ph  
ϕ.pmax  
= ρk 0,176.  
T
T
Lưu ý trong các công thc trên áp sut tính bng mmHg  
Ở điu kin: t = 0oC và p = 760mmHg: ρ = ρo = 1,293 kg/m3. Như vy có thtính khi  
lượng riêng ca không khí khô mt nhit độ bt kda vào công thc:  
ρo  
1,293  
t
(1-16)  
ρk =  
=
t
1+  
1+  
273  
273  
Khi lượng riêng thay đi theo nhit độ và khí áp. Tuy nhiên trong phm vi điu hoà  
không khí nhit độ không khí thay đi trong mt phm vi khá hp nên cũng như áp sut sự  
5
thay đi ca khi lượng riêng ca không khí trong thc tế kthut không ln nên người ta  
ly không đổi ở điu kin tiêu chun: to = 20oC và B = Bo = 760mmHg: ρ = 1,2 kg/m3  
1.1.2.5. Dung m (độ cha hơi).  
Dung m hay còn gi là độ cha hơi, được ký hiu là d là lượng hơi m cha trong 1  
kg không khí khô.  
Gh  
d =  
, kg/kg không khí khô  
(1-17)  
Gk  
- Gh: Khi lượng hơi nước cha trong không khí, kg  
- Gk: Khi lượng không khí khô, kg  
Ta có quan h:  
Gh ρh ph Rk  
Gk ρk pk Rh  
d =  
=
=
.
(1-18)  
Sau khi thay R = 8314/µ ta có  
ph  
pk  
ph  
d = 0,622.  
= 0,622.  
(1-19)  
p ph  
1.1.2.6 Entanpi  
Entanpi ca không khí m bng entanpi ca không khí khô và ca hơi nước cha trong  
nó.  
Entanpi ca không khí m được tính cho 1 kg không khí khô. Ta có công thc:  
I = Cpk.t + d (ro + Cph.t) kJ/kg kkk  
(1-20)  
(1-21)  
Trong đó:  
Cpk - Nhit dung riêng đẳng áp ca không khí khô Cpk = 1,005 kJ/kg.oK  
Cph - Nhit dung riêng đẳng áp ca hơi nước 0oC: Cph = 1,84 kJ/kg.oK  
ro - Nhit n hóa hơi ca nước 0oC: ro = 2500 kJ/kg  
Như vy:  
I = 1,005.t + d (2500 + 1,84.t) kJ/kg kkk  
1.2 CÁC ĐỒ THTRNG THÁI CA KHÔNG KHÍ  
M  
1.2.1 Đồ thI-d.  
Đồ thI-d biu thmi quan hca các đại lượng t, ϕ, I, d và pbh ca không khí m. Đồ thị  
được giáo sư L.K.Ramzin (Nga) xây dng năm 1918 và sau đó được giáo sư Mollier (Đức)  
lp năm 1923. Nhờ đồ thnày ta có thxác định được tt ccác thông scòn li ca không  
khí m khi biết 2 thông sbt k. Đồ thI-d thường được các nước Đông Âu và Liên xô (cũ)  
sdng.  
Đồ thI-d được xây dng áp sut khí quyn 745mmHg và 760mmHg.  
Đồ thgm 2 trc I và d nghiêng vi nhau mt góc 135o. Mc đích xây dng các trc  
nghiêng mt góc 135o là nhm làm giãn khong cách gia các đường cong tham số đặc bit là  
các đường ϕ = const nhm tra cu các thông sthun li hơn.  
Trên đồ thnày các đường I = const nghiêng vi trc hoành mt góc 135o, đường d = const  
là nhng đường thng đứng. Đối vi đồ thI-d được xây dng theo cách trên cho thy các  
6
đường cong tham shu như chnm trên góc 1/4 thnht ca toạ độ Đề Các . Vì vy, để  
hình vẽ được gn người ta xoay trc d li vuông góc vi trc I mà vn ginguyên các đường  
cong như đã biu din, tuy nhiên khi tra cu entanpi I ca không khí ta vn tra theo đường  
nghiêng vi trc hoành mt góc 135o. Vi cách xây dng như vy, các đường tham sca đồ  
thsnhư sau:  
a) Các đường I = const nghiêng vi trc hoành mt góc 135o.  
b) Các đường d = const là đường thng đứng  
c) Các đường t = const là đường thng chếch lên phía trên, gn như song song vi nhau.  
Tht vy, ta có biu thc:  
I  
d  
(1-22)  
= 2500 +1,84t  
t=const  
Đường t = 100oC tương ng vi nhit độ bão hoà ca hơi nước ng vi áp sut khí quyn  
được tô đậm  
d) Đường ph = f(d)  
Ta có quan h:  
ph  
(1-23)  
d = 0,622.  
p ph  
Quan hnày được xây dng theo đường thng xiên và giá trph được tra cu trên trc  
song song vi trc I và năm bên phi đồ thI-d.  
e) Các đường ϕ=const  
Trong vùng t < ts(p) đường cong ϕ = const là nhng đường cong li lên phía trên, càng lên  
trên khong cách gia chúng càng xa. Đi ttrên xung dưới độ ẩm ϕ càng tăng. Các đường ϕ  
= const không đi qua gc ta đ. Đường cong ϕ =100% hay còn gi là đường bão hoà ngăn  
cách gia 2 vùng: Vùng chưa bão hoà và vùng ngưng kết hay còn gi là vùng sương mù. Các  
đim nm trong vùng sương mù thường không n định mà có xung hướng ngưng kết bt hơi  
nước và chuyn vtrng thái bão hoà.  
Trên đường t > ts(p) đường ϕ = const là nhng đường thng đứng  
Khi áp sut khí quyn thay đi thì đồ thI-d cũng thay đổi theo. Áp sut khí quyn thay đi  
trong khong 20mmHg thì sthay đổi đó là không đáng k.  
Trên hình 1-2 là đồ thI-d ca không khí m, xây dng áp sut khí quyn Bo=  
760mmHg.  
Trên đồ thnày xung quanh còn có vthêm các đường ε=const giúp cho tra cu khi  
tính toán các sơ đồ điu hoà không khí.  
7
Hình 1.3. Đồ thI-d ca không khí m  
1.2.2 Đồ thd-t.  
Đồ thd-t được các nước Anh, M, Nht, Úc vv... sdng rt nhiu.  
Đồ thd-t có 2 trc d và t vuông góc vi nhau, còn các đường đẳng entanpi I=const to  
thành gc 135o so vi trc t. Các đường ϕ = const là nhng đường cong tương tnhư trên đồ  
thI-d. Có thcoi đồ thd-t là hình nh ca đồ thI-d qua mt gương phn chiếu.  
Đồ thd-t chính đồ tht-d khi xoay 90o, được Carrrier xây dng năm 1919 nên  
thường được gi là đồ thCarrier (hình 1-4).  
Trc tung là độ cha hơi d (g/kg), bên cnh là hsnhit hin SHF (Sensible)  
Trc hoành là nhit độ nhit kế khô t (oC)  
Trên đồ thcó các đường tham ssau đây:  
- Đường I=const to vi trc hoành mt góc 135o. Các giá trentanpi ca không khí  
cho tbên cnh đường ϕ=100%, đơn vkJ/kg không khí khô  
- Đường ϕ=const là nhng đường cong lõm, càng đi lên phía trên (d tăng) ϕ càng ln.  
Trên đường ϕ=100% là vùng sương mù.  
- Đường thtích riêng v = const là nhng đường thng nghiêng song song vi nhau,  
đơn vm3/kg không khí khô.  
- Ngoài ra trên đồ thcòn có đường Ihc đường hiu chnh entanpi (ssai lch gia  
entanpi không khí bão hoà và chưa bão hoà)  
8
Hình 1.4. Đồ tht-d ca không khí m  
1.3 MT SQUÁ TRÌNH CƠ BN TRÊN ĐỒ THI-D  
1.3.1 Quá trình thay đổi trng thái ca không khí.  
Quá trình thay đi trng thái ca không khí m ttrng thái A (tA, ϕA) đến B (tB, ϕB)  
được biu thbng đon thng AB, mi tên chchiu quá trình gi là tia quá trình.  
9
IA  
I
A
IB  
α
45°  
B
C
ϕ=100%  
D
d
Hình 1.5. Ý nghĩa hình hc ca ε  
Đặt (IA - IB)/(dA-dB) = I/d =εAB gi là hsgóc tia ca quá trình AB  
Ta hãy xét ý nghĩa hình hc ca hsεAB  
Ký hiu góc gia tia AB vi đường nm ngang là α. Ta có  
I  
= IB - IA  
= m.AD  
d= dB - dA = n.BC  
Trong đó m, n là tlxích ca các trc toạ độ.  
m - kCal/kg kkk / 1mm  
n - kg/kg kkk / 1mm  
Từ đây ta có  
I m.AD  
d n.BC  
εAB = (tgα + tg45o ). = (tgα +1). , kCal/kg  
εAB  
=
=
, Kcal/kg  
m
(1-24)  
(1-25)  
m
hay  
n
n
Như vy trên trc toạ độ I-d có thxác định tia AB thông qua giá trεAB. Để tin cho vic  
sdng trên đồ thị ở ngoài biên người ta vthêm các đường ε = const ly gc O ca toạ độ  
làm khi đim. Nhưng để không làm ri đồ thngười ta chv01 đon ngn nm bên ngoài  
đồ thị ở phía trên, bên phi và phía dưới. Trên các đon thng người ta ghi giá trca các  
góc tia ε. Các đường ε có ý nghĩa rt quan trng trong các tính toán các sơ đồ điu hoà không  
khí sau này vì có nhiu quá trình người ta biết trước trng thái ban đầu và hsgóc tia ε quá  
trình đó. Như vy trng thái cui ca quá trình snm vtrí trên đường song song vi  
đon có ε đã cho và đi qua trng thái ban đầu.  
Các đường ε = const có các tính cht sau:  
- Hsgóc tia ε phn ánh hướng ca quá trình AB, mi quá trình ε có mt giá trnht  
định.  
- Các đường ε có trsnhư nhau thì song song vi nhau.  
- Tt ccác đường ε đều đi qua góc ta độ (I=0 và d=0).  
1.3.2. Quá trình hòa trn hai dòng không khí.  
Trong kthut điu hòa không khí người ta thường gp các quá trình hòa trn 2 dòng  
không khí các trng thái khác nhau. Vn đề đặt ra là phi xác định trng thái hoà trn.  
Gishòa trn mt lượng không khí trng thái A(IA, dA) có khi lượng phn khô là LA  
vi mt lượng không khí trng thái B(IB, dB) có khi lượng phn khô là LB và thu được mt  
10  
lượng không khí trng thái C(IC, dC) có khi lượng phn khô là LC. Ta xác định các thông số  
ca trng thái hoà trn C.  
I
IA  
A
IC  
IB  
C
B
d
dB dC  
dA  
Hình 1.6. Quá trình hoà trn trên đồ thI-d  
Ta có các phương trình:  
- Cân bng khi lượng  
LC = LA + LB  
(1-26)  
(1-27)  
(1-28)  
- Cân bng m  
dC.LC = dA.LA + dB.LB  
IC.LC = IA.LA + IB.LB  
- Cân bng nhit  
Thế (1-25) vào (1-26) và (1-27) và chuyn vế ta có:  
(IA - IC).LA = (IC - IB).LB  
(dA - dC).LA = (dC - dB).LB  
hay:  
IA IC  
dA dC dC dB  
IC IB  
(1-29)  
(1-30)  
=
Tbiu thc này ta rút ra:  
IA IC dA dC LB  
IC IB dC dB LA  
=
=
- Phương trình (1-28) là các phương trình biu thị đường thng AC và BC, các đường thng  
này có cùng hsgóc tia bng nhau (tc cùng độ nghiêng) và chung đim C nên ba đim A,  
B, C thng hàng. Đim C nm trên đon AB.  
- Theo phương trình (1-29) suy ra đim C nm trên AB và chia đon AB theo tlLB/LA cụ  
th:  
IA IC dA dC LB  
CB IC IB dC dB LA  
AC  
=
=
=
(1-31)  
Thông strng thái ca đim C được xác định như sau:  
LA  
LB  
(1-32)  
(1-33)  
IC = IA .  
+ IB .  
LC  
LC  
dA  
dC  
dB  
dC  
dC = dA .  
+ dB .  
♦ ♦ ♦  
11  
pdf 11 trang baolam 28/04/2022 4640
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Thông gió và điều hòa không khí - Chương 1: Những kiến thức cơ bản về không khí ẩm", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_thong_gio_va_dieu_hoa_khong_khi_chuong_1_nhung_ki.pdf