?

Log in

No account? Create an account
Previous Entry Share Next Entry
mrcynognathus

Энтальпия для начинающих (I-d диагр). Расчет количества конденсата. Скрытая холодопроизводительность

Энтальпия. Этому элементу I-d диаграммы я посвятил отдельную тему, потому как для меня этот элемент являлся наименее понятным среди остальных (температуры, влагосодержания и относительной влажности) и требующим разбора других попутных понятий.
Продублирую рисунок из прошлой статьи http://mrcynognathus.livejournal.com/7641.html:

Не буду глубоко вдаваться в терминологию, скажу лишь, что я понимаю энтальпию воздуха, как энергию, которую хранит в себе определенный объем воздуха. Эта энергия является потенциальной, то есть в условии равновесия воздух не тратит эту энергию и не поглощает её из других источников.

Не буду даже приводить пример для разъяснения своего определения (хотя хотел), потому как, по моему мнению, это запутает и уведет в сторону.

Сразу к делу – что главное мы можем взять из энтальпии? – отвечаю – энергию (или количество теплоты), которую нужно передать воздуху, чтобы нагреть его или отнять, чтобы его охладить (или осушить).

Например, у нас есть задача - посчитать какой мощности нам нужен калорифер, чтобы осенью или весной подать в помещение 1200 м3/ч нагретого до температуры плюс 20 градусов наружного воздуха. Расчетная температура наружного воздуха в переходный период – плюс 10 градусов при энтальпии 26,5 кДж/кг (по СП 60.13330.2012).

Задача решается легко. Для того чтобы решить такую простую задачку используя и-д диаграмму, нам необходимо ввести в уровень понимания единицы измерения некоторых  физических величин:
1) Энтальпия – килоДжоуль/килограмм . То есть количество потенциальной энергии в одном килограмме воздуха. Здесь все просто – если энтальпия равна 20, то это означает, что в одном килограмме данного воздуха находится 20 килоджоулей потенциальной теплоты или 20000 джоулей.
2) Мощность калорифера – Ватты, но в то же время ватты можно разложить на Джоуль/секунда. То есть, сколько может выдать калорифер энергии за одну секунду. Чем больше энергии нам сможет выдать калорифер за секунду, тем он мощнее. И тут все просто.

Итак, берем I-d диаграмму и ставим на ней точку наружного воздуха. После, проводим прямую линию вверх (идет нагрев воздуха без изменения влагосодержания).
1_Страница_2

Мы получаем точку на j-d диаграмме с температурой плюс 20 градусов и энтальпией 36,5 кДж/кг. Возникает вопрос – что, же, черт возьми, нам дальше делать с этой гребанной информацией?! :)

Во первых, обратим внимание на то, что мы производили все операции с одним килограммом воздуха (это косвенно видно по единице измерения энтальпии кДж/кг).

Во вторых, у нас был килограмм воздуха с 26,5 кДж, а стал с 36,5 кДж потенциальной энергии. То есть килограмму воздуха сообщили 10 кДж для того чтобы его температура поднялась с плюс 10 градусов до плюс двадцати.


Дальше мы переведем 1200 м3/ч в кг/с(килограммы/секунда, т.к. на I-d диаграмме используются эти единицы измерения), умножив 1200 на 1,25 кг/м3 (один метр кубический десятиградусного  воздуха весит 1,25 килограмма), что даст нам 1500 кг/ч, а затем разделив на 3600 (обратите внимание на логику перевода между системами – делим мы на 3600 не потому что мы так зазубрили или запомнили, а потому что за секунду у нас воздуха пройдет меньше чем за час, меньше в 3600 раз) получаем итог 0,417 кг/с.

Идем дальше. Мы получили, что за одну секунду проходит 0,417 кг воздуха. И мы знаем, что каждому килограмму необходимо передать (сообщить) 10 кДж для того, чтобы нагреть его до температуры плюс 20 градусов.  Сообщаем, умножая 0,417 кг/с на 10 кДж/кг, и получая 4,17 кДж/с (килограммы сократились) или 4170 Дж/с, что равно 4170 Вт (определено нами ранее по тексту). Вот мы и получили мощность нашего калорифера.

Кондиционирование

Охлаждение происходит по тому же принципу, но только немного сложнее из-за выделения влаги из воздуха.

Выделение влаги (конденсата) из воздуха происходит тогда, когда температура воздуха при охлаждении достигает точки росы на линии относительной влажности 100%. В предыдущей статье я описал этот процесс: http://mrcynognathus.livejournal.com/7641.html

Вроде бы, нет ничего сложного - охлаждаем воздух с температурой плюс 20 градусов и относительной влажностью 50% до плюс 12 градусов (как это обычно происходит в сплит-системах), проводя прямую вертикально вниз из точки 20-ти градусного воздуха до точки 12-ти градусного воздуха.
5

И что мы видим – никаких влаговыделений. Влагосодержание осталось на прежнем уровне – 8 г/кг. Но мы то знаем, что при работе кондиционера идет обильное влаговыделение (конденсат активно капает из дренажной трубки, выведенной на фасад здания) – этот факт подтверждается неоднократным наблюдением гуляющего по летним улицам.

Возникает вопрос – откуда же влага? Ответ: дело в том, что через внутренний блок кондиционера проходят медные трубки, которые охлаждаются хладагентом до температур, которые ниже плюс 12 градусов, и в связи с этим охлаждаемый воздух делится на слои с различной температурой, примерно как на рисунке ниже (предположим, что трубки охлаждаются до плюс 5 градусов). Сразу скажу, что это далекий от действительности, но показывающий общий смысл вышесказанных мною слов рисунок (прошу меня за него не ругать)
Поперечный разрез воздухоохладителя

Поэтому из того воздуха, который соприкасается с трубками(и оребрением) и выпадает влага. А тот воздух, что не успел охладиться до точки росы, или успел, но избежал контакта с охлажденной поверхностью, минует процесс влаговыделения и несет в себе столько же влаги, сколько он нес в себе до охлаждения (по сути).

Для того чтобы провести правильную прямую процесса охлаждения воздуха в таком охладителе (где температура хладагента ниже температуры точки росы), нам необходимо учесть каждый воздушный поток с различными тепловлажностными параметрами воздуха и найти на графике точки смешения всех этих потоков – что по моему мнению – не реально (у меня просто не хватит мозгов на это)! Но…

...Я пришел к вот такому решению (скорее всего не я такой один) - у нас есть температура входящего воздуха, есть температура хладагента и есть температура получаемого воздуха, и я считаю, что нам достаточно провести линию процесса охлаждения части воздуха до плюс 5 градусов и найти точку смешения 5-ти градусного воздуха и 20-ти градусного воздуха. То есть, я предполагаю, что проходя через внутренний блок кондиционера, воздух делится на два потока – тот, который охлаждается до плюс пяти градусов и выдает нам наибольшее количество влаги, и тот который вообще не охлаждается, а на выходе эти два потока смешиваются и образуют поток воздуха с температурой плюс 12 градусов и определенным влагосодержанием.

Я считаю, что для достижения тех целей, которые я преследую, результата, полученного при таком упрощении, вполне достаточно. А какие же цели я преследую?

Первая цель – это определение максимального влаговыделения для того, чтобы рассчитать систему конденсатоотвода (особенно актуально это при системах кондиционирования, в составе которых две и более охлаждающих установок)

Вторая цель – учесть количество холода, идущего на перевод воды из газообразного состояния в жидкое (на конденсацию влаги; так назывемая скрытая холодопроизводительность). Особенно актуально это при охлаждении (отведении тепла) во влажных помещениях. Например, нам необходимо отвести от определенного насоса 2 кВт тепла, которые он выделяет в помещение. Если мы не учтем, что помещение влажное (влажное, по каким либо причинам) и установим в помещение сплит-систему мощностью 2,5 кВт, то мы можем получить (при определенных условиях), что сплит-система тратит 1 кВт лишь для того, чтобы перевести пар во влагу, а на удаление теплоизбытков тратит оставшиеся 1,5 кВт, что меньше на 500 Вт необходимого, и что может привести к перегреву насоса и скорого его выхода из строя.

Итак, делим поток на два потока, один из которых охлаждаем до плюс пяти - отрезок 1-2, а другой оставляем не тронутым - точка 1.
1_Страница_1

Смешиваем эти два потока, объединяя получившиеся точки прямой 1-3-2, и находим нашу 12-ти градусную точку на получившейся прямой.
1_Страница_3

Оставляем прямую 1-3 как линию процесса охлаждения воздуха в сухом охладителе с температуры плюс 20 градусов до плюс 12 градусов с выделением конденсата.
1_Страница_4

Для того чтобы узнать количество конденсата, выпавшего на оребрении и трубках охладителя нам необходимо вычесть влагосодержание получившегося воздуха из влагосодержания необработанного воздуха 7,3 г/кг – 6,3 г/кг. В итоге мы получим, что из каждого килограмма прошедшего через охладитель воздуха выделится 1 грамм конденсата. Чтобы узнать расход конденсата, нам необходимо узнать, сколько килограммов воздуха проходит через теплообменник за определенное время. Например, если нам необходимо охладить 1400 м3/ч воздуха с температуры плюс 20 градусов с относительной влажностью 50% до температуры плюс 12 градусов, то мы переведем 1400 м3/ч в 1680 кг/ч и получим, что за час обработки воздуха выделится 1680 грамм конденсата (по одному грамму на каждый килограмм воздуха), что равно 0,47 г/с (грамм/секунда) и 0,47 * 10-3 кг/с.

Полная холодопроизводительность находится так же, как мы искали теплопроизводительность калорифера ранее. Берем энтальпию начальной точки 28 кДж/кг, вычитаем из нее энтальпию конечной точки 38,5 кДж/кг, получая отрицательное число 10,5 кДж/кг (минус указывает на то, что энергия отдается хладагенту). Переводим 1680 кг/ч в килограмм/секунда, что будет равняться 0,47 кг/с. В итоге получаем 4,935 кДж/с, что равно 4,935 кВт мощности.

Подпишись на мой YouTube-канал FAN-tastiK - канал о проектировании Вентиляции, Кондиционирования и Отопления

Если есть необходимость определить скрытую холодопроизводительность , можно найти её, отталкиваясь от количества выделенного конденсата, используя удельную теплоту парообразования:
Теплота, требуемая для конденсации влаги, находится по формуле: Q = L * m,
где L – удельная теплота парообразования; m – масса влаги.
L воды равно: 2260 кДж/кг.

Для того, чтобы перевести 0,47 грамма воды из газообразного состояния в жидкое состояние за секунду нам требуется 2260 Дж * 103 * 0,47 кг/с * 10-3 = 1063 Дж/с, что равно 1063 Вт.

Итак скрытая холодопроизводительность данного процесса равна 1063 Вт.

Это Все

Собственно, это все, что я хотел рассмотреть в данной статье. Прошу не бранить меня за наивную упрощенность описанного мною - я постарался объяснить в первую очередь себе - что такое энтальпия и как ей пользоваться. Надеюсь Вам было интересно и полезно. Спасибо за внимание.

P.S. Эта статья не в коем случае не является учебным пособием. Она лишь мое субъективное видение вопроса. Я бы даже сказал - каждое слово, написанное в этой статье, является ошибочным. Информацию, достойную носить звание "Научная истина" ищите в учебниках.

P.P.S Предыдущая статья, в которой я описывал собственное видение таких элементов I-d диаграммы (диаграммы Рамзина) как температура, влагосодержание, относительная влажность находится здесь:
http://mrcynognathus.livejournal.com/7641.html



  • 1
не вводите в заблуждение людей.

1) "Вроде бы, нет ничего сложного - охлаждаем воздух с температурой плюс 20 градусов и относительной влажностью 50% до плюс 12 градусов (как это обычно происходит в сплит-системах)" - где вы видели сплиты, которые охлаждают до 12 град воздух? сплиты работают на 20 в среднем. ну бывает, особые любители охлаждают до 17. но 12 - чушь полная. это полупромышленный конд-р, а не сплит-система.

2) темп-ра около трубок 5 градусов??? да что вы! какие 5 градусов! фреон идет максимум 7-10 градусов! темп-ру кипения фреона посмотрите! следовательно, и воздух около трубок НИКАК не может иметь такую темп-ру, которую вы описали...

1) Для примера возьмем сплит DAIKIN FT25 с холодопроизводительностью 2,64 кВт и расходом по воздуху 8,3 м3/мин (при максимальной скорости вентилятора), а температуру в комнате при выключенном кондиционере примем +28 градусов.
N = 2,64 кВт = 2,64 кДж/с; Q = 2,64 кДж (за секунду сплит забирает у воздуха 2,64 кДж тепла)
L = 8,3 м3/мин = 0,163 кг/с
с = 1,01 кДж/(кг*К) (удельная теплоемкость воздуха);
t1 = 28 градусов
t2 - температура выходящая из внутреннего блока в квартиру (мы её ищем)

Q = c*m*(t1 - t2)

t2 = (c*m*t1 - Q) / (c*m) = (1,01*0,163*28 - 2,64) / (1,01*0,163) = 11,96 градусов

2) Я не могу сказать сколько там точно градусов, это зависит от конструкции кондиционера. Кипение фреона происходит при различных температурах - все зависит от давления. В любом случае если я соглашусь с Вами и поставлю в свой расчет температуру 10 градусов, то у меня вообще не выделится конденсата :)
Сплит может работать на обогрев при наружной температуре минус 10 градусов (у некоторых сплитов минус 15), то есть, хладагент испаряется приспокойно при минус 10 градусах. И я даже засомневался в своих +5 градусах, и возможно стоит подумать о снижении и этой температуры. Но что-то мне подсказывает, что охлаждаемый воздух не дает опуститься температуре теплообменника ниже 0, иначе было бы обмерзание испарителя. Для своих расчетов я буду использовать +5 градусов.

Edited at 2013-10-10 06:24 am (UTC)

техник

(Anonymous)
кстати было дело у меня такое. работал в одной компании техником по вентиляции. и при демонтаже внутреннего блока кондиционера в столовой было обнаружено обморожение конденсата т.е. простым языком куски льда. так что обморожение вполне возможно. а заметили мы все просто. из дренажа перестала выделяться вода т.к. лед все закупорил

Да, но это при возникновении нештатных ситуациях. Например из-за жиров могли засориться детали (теплообменник) и ухудшилась теплоотдача.

я бы взял в формуле определения Q не разность температур, а разность энтальпий...

Да, это было бы точнее. А так, в пункте "1" у нас получился сухой воздух.

Не придирайтесь к автору статьи!
Бытовые сплит-системы могут охлаждать, как правило, до +16. Такую уставку можно поставить на пульте.
Прецизионные кондиционеры, в промышленном варианте, могут охлаждать до +10.

Промышленные чиллеры для получения захоложенного воздуха температурой +7 град имеют температуру кипения фреона около +2. Учитывая перегрев, мы легко получаем +7.

Так-то детка!

Просто fran_dl говорит скорее всего о температуре, поддерживаемой в помещении, а я в статье в данном случае описываю выходящий из сплита охлажденный воздух.

Это инверторные системы способны выдавать из сплита почти такую же температуру как в комнате, но и они это могут делать только после того, как температура в комнате достигнет отметки выставленной на пульте. Именно благодаря этому они более безопасны для здоровья человека.

"Не вводите в заблуждение людей"
Прежде чем утверждать, что субьективное мнение истинно, нужно глубоко разобраться в данном вопросе. Кондиционер охлаждает воздух до +12... о но? Совершенно верно, что температура кипения фреона в холодильном контуре составляет порядка +5 градусов. совершенно верно, что температура выходящего из кондиционера воздуха около12 градусов. Даже более того.. если из вашего кондиционера выходит воздух такой температуры( при входящей >+25), это может наводить на мысли, что что то с вашим кондиционером не в порядке. При прочих равных условиях струя воздуха имеет температуру 10 градусов как правило. Для охлаждения помещения до +18 градусов просто необходимо, чтобы температура подаваемого воздуха была ниже заданной.

для примера: R22 при атмосферном давлении вскипает при т=-40 град. цельсия. нетрудно увидеть, что при +5 град. его давление составляет около 3,5 атм. что наблюдается в холодильном контуре кондиционера. И если( для R22) давление кипения ниже (нет перегрева пара фреона), то можно утверждать, что хладоагент испаряется не полностью, и возвращается в компрессор в "жидком виде". но это уже другая тема=)
Автору статьи респект за "продвижение в массы знаний"!!!

Добрый день.
Заинтересовал такой вопрос. а как же рассчитать холодопроизводительность, если кондиционер прямоточный?
Вот такой.
http://www.mitsubishielectric-russia.ru/pefy-p140vmh-e-f
Там же часть воздуха будет удаляться вытяжной вентиляцией..

Я рассчитал бы два потока отдельно друг от друга (приточный воздух и внутренний). Построениями узнал бы сколько каждый килограмм потока забирает у меня кДж и ...

Пример:

У меня есть например два потока: 1) наружный 27°С с 45% влажности и 2) внутренний 28°С с влажностью 40,5%. Оба потока в сплите я охлаждаю до 12°С. 1-й поток у меня занял на это 23 кДж/кг, второй 22,2 кДж/кг.
Теперь смотрю сколько мне надо было охладить наружного и внутреннего: 300 кг/ч (0,083 кг/с) наружного и 700 кг/ч (0,194 кг/с) внутреннего. 23 х 0,083 = 1,909 кДж/с = 1,909 кВт и 22,2 х 0,194 = 4,307 кДж/с = 4,307 кВт. Складываю их и получаю 6,216 кВт.

Я бы так сделал :)

Апдейт:

Хотя, нет. Здесь я не прав. Надо их смешать заранее, а потом вычислять мощность. Можно графически, можно арифметически. Например:

Имеется 1) 750 м3/ч воздуха температурой плюс 20°С и влагосодержанием 10 г/кг и 2) 250 м3/ч с температурой плюс 5°С и влагосодержанием 5 г/кг.

Графически вот так: Кликнуть для просмотра

Арифметически вот так:

750/(750+250)=0,75 (1-й поток занимает 75% в смеси), 250/(750+250)=0,25 (2-й поток занимает 25% в смеси).

И пропорционально откусываю от каждого потока температуру и влагосодержание:
Тсмеси = (20 * 0,75)+(5*0,25) = 16,25°С; dсмеси = (10 * 0,75)+(5 * 0,25) = 8,75 г/кг


Edited at 2014-04-15 08:23 am (UTC)

Пользователь kezha сослался на вашу запись в записи «No title» в контексте: [...] http://mrcynognathus.livejournal.com/7758.html [...]

Автор МОЛОДЕЦ!

(Anonymous)
Автору почет и уважение за то, что простыми словами объяснил, как работать с диаграммой Рамзина. Но... по моему мнению, расчет несколько некорректен, т.к. не учитывает тип оребрения воздуоохладителя. Также добавлю: логика абсолютно верна, что при поддерживаемой температуре в комнате 18 гц, воздух подается при скорее всего 10-12 гц (иначе бы не было конвективного теплообмена в охлаждаемой комнате, и тем более не простужались те, кто сидит под кондеями), а температура в трубках охлаждающего контура - 5-7 гц (находится по диаграмме для конкретного теплоносителя - фреонов или аммиака). А насчет количества конденсата - наверное имеет смысл произвести расчет модельного конденсатора для заданного парциального давления пара в охлаждаемом воздухе при температуре конденсации (в данном случае 5 гц), благо, эмпирических уравнений полно, и книг по этой теме тоже полно. К сожалению, поскольку Пасха, я это сделать не в состоянии...
PS. К автору статьи вопрос: откуда объем охлаждаемого воздуха в 1400 м3/ч? Это хоромы?
PPS. Если учесть, что воздуоохладители иногда обмерзают, эту тему тоже необходимо осветить... Для холодильщиков было бы актуально.

Re: Автор МОЛОДЕЦ!

Спасибо! :)

Соглашусь, что не совсем корректен, но все-таки это модель, ведь я особо и трубки то не учитывал. всего лишь взял, что входит +20°С, выходит +12°С, минимальная температура, до которой может охладиться воздух +5°С.

1400 м3/ч - случайная цифра - например маленький торговый зал или небольшой конференц-зал или все что угодно.

По поводу обмерзания - было бы неплохо осветить, но предполагаю, что холодильщики, скорее всего, об этом знают больше чем я.

Супер ! растолковали все для понимания, и при том легким, позитивным языком ) Автору высочайших благ !

Степан

(Anonymous)
Спасибо Автор, я начинающий инженер-вентиляционщик! как раз не мог понять как диаграмма молье работает) Добавляйся в ВК)

Спасибо за отзыв :) а к кому добавиться?

Edited at 2014-11-12 03:03 pm (UTC)

Здравствуйте! Ваша запись попала в топ-25 популярных записей LiveJournal уральского региона. Подробнее о рейтинге читайте в Справке.

Вот спасибо! Это хорошая новость! )

  • 1