Giáo trình Điều hòa không khí - Chương 1: Những kiến thức cơ bản về không khí ẩm

Nội dung text: Giáo trình Điều hòa không khí - Chương 1: Những kiến thức cơ bản về không khí ẩm

1. CHÆÅNG I NHÆÎNG KIÃÚN THÆÏC CÅ BAÍN VÃÖ KHÄNG KHÊ ÁØM Âiãöu hoìa khäng khê laì kyî thuáût taûo ra vaì duy trç âiãöu kiãûn vi khê háûu thêch håüp våïi con ngæåìi vaì cäng nghãû cuía caïc quaï trçnh saín xuáút. Âãø coï thãø âi sáu nghiãn cæïu kyî thuáût âiãöu hoaì khäng khê træåïc hãút chuïng täi så læåüc caïc tênh cháút nhiãût âäüng cå baín cuía khäng khê áøm. 1.1 KHÄNG KHÊ ÁØM Khäng khê xung quanh chuïng ta laì häùn håüp cuía nhiãöu cháút khê, chuí yãúu laì N2 vaì O2 ngoaìi ra coìn mäüt læåüng nhoí caïc khê trå, CO2, håi næåïc . . . - Khäng khê khä : Khäng khê khäng chæïa håi næåïc goüi laì khäng khê khä.Trong caïc tênh toaïn thæåìng khäng khê khä âæåüc coi laì khê lyï tæåíng. Thaình pháön cuía caïc cháút trong khäng khê khä âæåüc phán theo tyí lãû sau : Baíng 1-1 : Tyí lãû caïc cháút khê trong khäng khê khä Thaình pháön Theo khäúi læåüng (%) Theo thãø têch (%) - Ni tå : N2 75,5 78,084 - Äxi : O2 23,1 20,948 - Argon - A 1,3 0,934 - Carbon-Dioxide : CO2 0.1 0,0314 - Khäng khê áøm : Khäng khê coï chæïa håi næåïc goüi laì khäng khê áøm. Trong tæû nhiãn khäng coï khäng khê khä tuyãût âäúi maì toaìn laì khäng khê áøm. Khäng khê áøm âæåüc chia ra : + Khäng khê áøm chæa baîo hoìa : Laì traûng thaïi maì håi næåïc coìn coï thãø bay håi thãm vaìo âæåüc trong khäng khê. + Khäng khê áøm baîo hoìa : Laì traûng thaïi maì håi næåïc trong khäng khê âaî âaût täúi âa vaì khäng thãø bay håi thãm vaìo âoï âæåüc. Nãúu bay håi thãm vaìo bao nhiãu thç coï báúy nhiãu håi áøm ngæng tuû laûi. + Khäng khê áøm quaï baîo hoìa : Laì khäng khê áøm baîo hoìa vaì coìn chæïa thãm mäüt læåüng håi næåïc nháút âënh. Tuy nhiãn traûng thaïi quaï baîo hoaì laì traûng thaïi khäng äøn âënh maì coï xu hæåïng biãún âäøi âãún traûng thaïi baîo hoaì do læåüng håi næåïc dæ bë taïch dáön ra khoíi khäng khê . Vê duû nhæ sæång muì laì khäng khê quaï baîo hoìa. Tênh cháút váût lyï vaì aính hæåíng cuía khäng khê âãún caím giaïc con ngæåìi phuû thuäüc nhiãöu vaìo læåüng håi næåïc täön taûi trong khäng khê. 1.2 CAÏC THÄNG SÄÚ CUÍA KHÄNG KHÊ ÁØM 1.2.1 AÏp suáút. Aïp suáút khäng khê thæåìng âæåüc goüi laì khê aïp. Kyï hiãûu laì B. Noïi chung giaï trë B thay âäøi theo khäng gian vaì thåìi gian. Tuy nhiãn trong kyî thuáût âiãöu hoìa khäng khê giaï trë chãnh lãûch khäng låïn coï thãø boí qua vaì ngæåìi ta coi B khäng âäøi. Trong tênh toaïn ngæåìi ta láúy åí traûng thaïi tiãu chuáøn Bo = 760 mmHg . 1
2. Âäö thë I-d cuía khäng khê áøm thæåìng âæåüc xáy dæûng åí aïp suáút B = 745mmHg vaì Bo = 760mmHg . 1.2.2 Khäúi læåüng riãng vaì thãø têch riãng. Khäúi læåüng riãng cuía khäng khê laì khäúi læåüng cuía mäüt âån vë thãø têch khäng khê . Kyï hiãûu laì ρ, âån vë kg/m3 . Âaûi læåüng nghëch âaío cuía khäúi læåüng riãng laì thãø têch riãng. Kyï hiãûu laì v 1 v = , m3 / kg (1-1) ρ Khäúi læåüng riãng vaì thãø têch riãng laì hai thäng säú phuû thuäüc. Khäúi læåüng riãng thay âäøi theo nhiãût âäü vaì khê aïp. Tuy nhiãn cuîng nhæ aïp suáút sæû thay âäøi cuía khäúi læåüng riãng cuía khäng khê trong thæûc tãú kyî thuáût khäng låïn nãn ngæåìi ta láúy khäng o 3 âäøi åí âiãöu kiãûn tiãu chuáøn : to = 20 C vaì B = Bo = 760mmHg : ρ = 1,2 kg/m 1.2.3 Âäü áøm 1.2.3.1. Âäü áøm tuyãût âäúi . Laì khäúi læåüng håi áøm trong 1m3 khäng khê áøm. Giaí sæí trong V (m3) khäng khê áøm coï chæïa Gh (kg) håi næåïc thç âäü áøm tuyãût âäúi kyï hiãûu laì ρh âæåüc tênh nhæ sau : G ρ = h , kg / m3 (1-2) h V Vç håi næåïc trong khäng khê coï thãø coi laì khê lyï tæåíng nãn: 1 ph 3 ρ h = = , kg / m (1-3) vh Rh .T trong âoï : 2 ph - Phán aïp suáút cuía håi næåïc trong khäng khê chæa baîo hoaì, N/m o Rh - Hàòng säú cuía håi næåïc Rh = 462 J/kg. K T - Nhiãût âäü tuyãût âäúi cuía khäng khê áøm, tæïc cuîng laì nhiãût âäü cuía håi næåïc , oK 1.2.3.2. Âäü áøm tæång âäúi. Âäü áøm tæång âäúi cuía khäng khê áøm , kyï hiãûu laì ϕ (%) laì tè säú giæîa âäü áøm tuyãût âäúi ρh cuía khäng khê våïi âäü áøm baîo hoìa ρmax åí cuìng nhiãût âäü våïi traûng thaïi âaî cho. ρ ϕ = h ,% (1-4) ρ max hay : p ϕ = h ,% (1-5) pmax Âäü áøm tæång âäúi biãøu thë mæïc âäü chæïa håi næåïc trong khäng khê áøm so våïi khäng khê áøm baîo hoìa åí cuìng nhiãût âäü. Khi ϕ = 0 âoï laì traûng thaïi khäng khê khä. 0 < ϕ < 100 âoï laì traûng thaïi khäng khê áøm chæa baîo hoaì. ϕ = 100 âoï laì traûng thaïi khäng khê áøm baîo hoìa. 2
3. - Âäü áøm ϕ laì âaûi læåüng ráút quan troüng cuía khäng khê áøm coï aính hæåíng nhiãöu âãún caím giaïc cuía con ngæåìi vaì khaí nàng sæí duûng khäng khê âãø sáúy caïc váût pháøm. - Âäü áøm tæång âäúi ϕ coï thãø xaïc âënh bàòng cäng thæïc, hoàûc âo bàòng áøm kãú . ÁØm kãú laì thiãút bë âo gäöm 2 nhiãût kãú : mäüt nhiãût kãú khä vaì mäüt nhiãût kãú æåït. Nhiãût kãú æåït coï báöu boüc vaíi tháúm næåïc åí âoï håi næåïc tháúm åí vaíi boüc xung quanh báöu nhiãût kãú khi bäúc håi vaìo khäng khê seî láúy nhiãût cuía báöu nhiãût kãú nãn nhiãût âäü báöu giaím xuäúng bàòng nhiãût âäü nhiãût kãú æåït tæ æïng våïi traûng thaïi khäng khê bãn ngoaìi. Khi âäü áøm tæång âäúi beï , cæåìng âäü bäúc håi caìng maûnh, âäü chãnh nhiãût âäü giæîa 2 nhiãût kãú caìng cao. Do âoï âäü chãnh nhiãût âäü giæîa 2 nhiãût kãú phuû thuäüc vaìo âäü áøm tæång âäúi vaì noï âæåüc sæí duûng âãø laìm cå såí xaïc âënh âäü áøm tæång âäúi ϕ. Khi ϕ =100%, quaï trçnh bäúc håi ngæìng vaì nhiãût âäü cuía 2 nhiãût kãú bàòng nhau. 1.2.4 Dung áøm (âäü chæïa håi). Dung áøm hay coìn goüi laì âäü chæïa håi, âæåüc kyï hiãûu laì d laì læåüng håi áøm chæïa trong 1 kg khäng khê khä. G d = h , kg / kgkkk (1-6) Gk - Gh : Khäúi læåüng håi næåïc chæïa trong khäng khê, kg - Gk : Khäúi læåüng khäng khê khä, kg G ρ p R d = h = h = h . k (1-7) Gk ρ k pk Rh Ta coï quan hãû: Sau khi thay R = 8314/µ ta coï p p d = 0,622. h = h , kg / kgkkk (1-8) pk p − ph 1.2.5 Nhiãût âäü. Nhiãût âäü laì âaûi læåüng biãøu thë mæïc âäü noïng laûnh. Âáy laì yãúu täú aính hæåíng låïn nháút âãún caím giaïc cuía con ngæåìi. Trong kyî thuáût âiãöu hoìa khäng khê ngæåìi ta thæåìng sæí duûng 2 thang nhiãût âäü laì âäü C vaì âäü F. Âäúi våïi mäüt traûng thaïi khäng khê nháút âënh naìo âoï ngoaìi nhiãût âäü thæûc cuía noï trong kyî thuáût coìn coï 2 giaï trë nhiãût âäü coï aính hæåíng nhiãöu âãún caïc hãû thäúng vaì thiãút bë laì nhiãût âäü âiãøm sæång vaì nhiãût âäü nhiãût kãú æåït. - Nhiãût âäü âiãøm sæång: Khi laìm laûnh khäng khê nhæng giæî nguyãn dung áøm d (hoàûc phán aïp suáút ph) tåïi nhiãût âäü ts naìo âoï håi næåïc trong khäng khê bàõt âáöu ngæng tuû thaình næåïc baîo hoìa. Nhiãût âäü ts âoï goüi laì nhiãût âäü âiãøm sæång. Nhæ váûy nhiãût âäü âiãøm sæång cuía mäüt traûng thaïi báút kyì naìo âoï laì nhiãût âäü æïng våïi traûng thaïi baîo hoìa vaì coï dung áøm bàòng dung áøm cuía traûng thaïi âaî cho. Hay noïi caïch khaïc nhiãût âäü âiãøm sæång laì nhiãût âäü baîo hoìa cuía håi næåïc æïng våïi phán aïp suáút ph âaî cho. Tæì âáy ta tháúy giæîa ts vaì d coï mäúi quan hãû phuû thuäüc. - Nhiãût âäü nhiãût kãú æåït : Khi cho håi næåïc bay håi âoaûn nhiãût vaìo khäng khê chæa baîo hoìa (I=const) . Nhiãût âäü cuía khäng khê seî giaím dáön trong khi âäü áøm tæång âäúi tàng lãn. Tåïi traûng thaïi ϕ = 100% quaï trçnh bay håi cháúm dæït. Nhiãût âäü æïng våïi traûng thaïi baîo hoaì cuäúi 3
4. cuìng naìy goüi laì nhiãût âäü nhiãût âäü nhiãût kãú æåït vaì kyï hiãûu laì tæ . Ngæåìi ta goüi nhiãût âäü nhiãût kãú æåït laì vç noï âæåüc xaïc âënh bàòng nhiãût kãú coï báöu tháúm æåït næåïc. Nhæ váûy nhiãût âäü nhiãût kãú æåït cuía mäüt traûng thaïi laì nhiãût âäü æïng våïi traûng thaïi baîo hoìa vaì coï entanpi I bàòng entanpi cuía traûng thaïi âaî cho. Giæîa entanpi I vaì nhiãût âäü nhiãût kãú æåït tæ coï mäúi quan hãû phuû thuäüc. Trãn thæûc tãú ta coï thãø âo âæåüc nhiãût âäü nhiãût kãú æåït cuía traûng thaïi khäng khê hiãûn thåìi laì nhiãût âäü trãn bãö màût thoaïng cuía næåïc. 1.2.6 Entanpi Entanpi cuía khäng khê áøm bàòng entanpi cuía khäng khê khä vaì cuía håi næåïc chæïa trong noï. Entanpi cuía khäng khê áøm âæåüc tênh cho 1 kg khäng khê khä. Ta coï cäng thæïc: I = Cpk.t + d (ro + Cph.t) kJ/kg kkk (1-9) Trong âoï : o Cpk - Nhiãût dung riãng âàóng aïp cuía khäng khê khä Cpk = 1,005 kJ/kg. C o Cph - Nhiãût dung riãng âàóng aïp cuía håi næåïc åí 0oC : Cph = 1,84 kJ/kg. C o ro - Nhiãût áøn hoïa håi cuía næåïc åí 0 C : ro = 2500 kJ/kg Nhæ váûy: I = 1,005.t + d (2500 + 1,84.t) kJ/kg kkk (1-10) 1.3 ÂÄÖ THË I-d VAÌ t-d CUÍA KHÄNG KHÊ ÁØM 1.3.1 Âäö thë I-d. Âäö thë I-d biãøu thë mäúi quan hãû cuía caïc âaûi læåüng t, ϕ, I, d vaì pbh cuía khäng khê áøm . Âäö thë âæåüc giaïo sæ L.K.Ramzin (Nga) xáy dæûng nàm 1918 vaì sau âoï âæåüc giaïo sæ Mollier (Âæïc) láûp nàm 1923. Nhåì âäö thë naìy ta coï thãø xaïc âënh âæåüc táút caí caïc thäng säú coìn laûi cuía khäng khê áøm khi biãút 2 thäng säú báút kyì . Âäö thë I-d thæåìng âæåüc caïc næåïc Âäng Áu vaì Liãn xä (cuî) sæí duûng. Âäö thë I-d âæåüc xáy dæûng åí aïp suáút khê quyãøn 745mmHg vaì 760mmHg. Âäö thë gäöm 2 truûc I vaì d nghiãng våïi nhau mäüt goïc 135o. Muûc âêch xáy dæûng caïc truûc nghiãng mäüt goïc 135o laì nhàòm laìm giaîn khoaíng caïch giæîa caïc âæåìng cong tham säú âãø thuáûn låüi cho viãûc tra cæïu. Trãn âäö thë naìy caïc âæåìng I = const nghiãng våïi truûc hoaình mäüt goïc 135o, âæåìng d = const laì nhæîng âæåìng thàóng âæïng. Âäúi våïi âäö thë I-d âæåüc xáy dæûng theo caïch trãn cho tháúy caïc âæåìng tham säú háöu nhæ chè nàòm trãn goïc 1/4 thæï nháút .Vç váûy, âãø hçnh veî âæåüc goün ngæåìi ta xoay truûc d laûi vuäng goïc våïi truûc I maì váùn giæî nguyãn caïc âæåìng cong nhæ âaî biãøu diãùn, tuy nhiãn khi tra cæïu entanpi I cuía khäng khê ta váùn tra theo âæåìng nghiãng våïi truûc hoaình mäüt goïc 135o. Trãn âäö thë I-d caïc âæåìng âàóng nhiãût t=const laì nhæîng âæåìng thàóng chãúch lãn trãn , caïc âæåìng ϕ = const laì nhæîng âæåìng cong läöi, caìng lãn trãn khoaíng caïch giæîa chuïng caìng xa. Caïc âæåìng ϕ = const khäng càõt nhau vaì khäng âi qua gäúc toaû âäü. Âi tæì trãn xuäúng dæåïi âäü áøm ϕ caìng tàng. Âæåìng cong ϕ =100% hay coìn goüi laì âæåìng baîo hoaì ngàn caïch giæîa 2 vuìng : Vuìng chæa baîo hoaì vaì vuìng ngæng kãút hay coìn goüi laì vuìng sæång muì. Caïc âiãøm nàòm trong vuìng sæång muì thæåìng khäng äøn âënh maì coï xung hæåïng ngæng kãút båït håi næåïc vaì chuyãøn vãö traûng thaïi baîo hoaì . Khi aïp suáút khê quyãøn thay âäøi thç âäö thë I-d cuîng thay âäøi theo. AÏp suáút khê quyãøn thay âäøi trong khoaíng 20mmHg thç sæû thay âäøi âoï laì khäng âaïng kãø. 4
5. Trãn hçnh 1.1 laì âäö thë I-d cuía khäng khê áøm , xáy dæûng åí aïp suáút khê quyãøn Bo= 760mmHg. Trãn âäö thë naìy åí xung quanh coìn coï veî thãm caïc âæåìng ε=const giuïp cho tra cæïu caïc så âäö tuáön hoaìn khäng khê trong chæång 4. Hçnh 1.1 : Âäö thë I-d cuía khäng khê áøm 5
6. 1.3.2 Âäö thë d-t. Âäö thë d-t âæåüc caïc næåïc Anh, Myî , Nháût, UÏc vv sæí duûng ráút nhiãöu Âäö thë d-t coï 2 truûc d vaì t vuäng goïc våïi nhau , coìn caïc âæåìng âàóng entanpi I=const taûo thaình gäúc 135o so våïi truûc t. Caïc âæåìng ϕ = const laì nhæîng âæåìng cong tæång tæû nhæ trãn âäö thë I-d. Coï thãø coi âäö thë d-t laì hçnh aính cuía âäö thë I-d qua mäüt gæång phaín chiãúu. Hçnh 1.2 : Âäö thë t-d cuía khäng khê áøm 6
7. Âäö thë d-t chênh laì âäö thë t-d khi xoay 90o , âæåüc Carrrier xáy dæûng nàm 1919 nãn thæåìng âæåüc goüi laì âäö thë Carrier. Truûc tung laì âäü chæïa håi d (g/kg), bãn caûnh laì hãû säú nhiãût hiãûn SHF (Sensible) Truûc hoaình laì nhiãût âäü nhiãût kãú khä t (oC) Trãn âäö thë coï caïc âæåìng tham säú - Âæåìng I=const taûo våïi truûc hoaình mäüt goïc 135o. Caïc giaï trë entanpi cuía khäng khê cho tbãn caûnh âæåìng ϕ=100%, âån vë kJ/kg khäng khê khä - Âæåìng ϕ=const laì nhæîng âæåìng cong loîm, caìng âi lãn phêa trãn (d tàng) ϕ caìng låïn. Trãn âæåìng ϕ=100% laì vuìng sæång muì. - Âæåìng thãø têch riãng v = const laì nhæîng âæåìng thàóng nghiãng song song våïi nhau, âån vë m3/kg khäng khê khä. - Ngoaìi ra trãn âäö thë coìn coï âæåìng Ihc laì âæåìng hiãûu chènh entanpi (sæû sai lãûch giæîa entanpi khäng khê baîo hoaì vaì chæa baîo hoaì) 1.4 MÄÜT SÄÚ QUAÏ TRÇNH CÅ BAÍN TRÃN ÂÄÖ THË I-d 1.4.1 Quaï trçnh thay âäøi traûng thaïi cuía khäng khê . Quaï trçnh thay âäøi traûng thaïi cuía khäng khê áøm tæì traûng thaïi A (tA, ϕA) âãún B (tB, ϕB) âæåüc biãøu thë bàòng âoaûn thàóng AB, muíi tãn chè chiãöu quaï trçnh goüi laì tia quaï trçnh. IA I A IB α 45° B C ϕ=100% D d Hçnh 1.3 : YÏ nghéa hçnh hoüc cuía ε Âàût (IA - IB)/(dA-dB) = ∆I/∆d =εAB goüi laì hãû säú goïc tia cuía quaï trçnh AB Ta haîy xeït yï nghéa hçnh hoüc cuía hãû säú εAB Kyï hiãûu goïc giæîa tia AB våïi âæåìng nàòm ngang laì α. Ta coï ∆I = IB - IA = m.AD ∆d= dB - dA = n.BC Trong âoï m, n laì tè lãû xêch cuía caïc truûc toaû âäü. Tæì âáy ta coï εAB = ∆I/∆d = m.AD/n.BC o εAB = (tgα + tg45 ).m/n = (tgα + 1).m/n Nhæ váûy trãn truûc toaû âäü I-d coï thãø xaïc âënh tia AB thäng qua giaï trë εAB . Âãø tiãûn cho viãûc sæí duûng trãn âäö thë åí ngoaìi biãn ngæåìi ta veî thãm caïc âæåìng ε = const . Caïc âæåìng ε = const coï caïc tênh cháút sau : 7
8. - Hãû säú goïc tia ε phaín aïnh hæåïng cuía quaï trçnh AB, mäùi quaï trçnh ε coï mäüt giaï trë nháút âënh. - Caïc âæåìng ε coï trë säú nhæ nhau thç song song våïi nhau. - Táút caí caïc âæåìng ε âãöu âi qua goïc toüa âäü (I=0 vaì d=0). 1.4.2 Quaï trçnh hoìa träün hai doìng khäng khê. Trong kyî thuáût âiãöu hoìa khäng khê ngæåìi ta thæåìng gàûp caïc quaï trçnh hoìa träün 2 doìng khäng khê åí caïc traûng thaïi khaïc nhau âãø âaût âæåüc mäüt traûng thaïi cáön thiãút. Quaï trçnh naìy goüi laì quaï trçnh hoaì träün. Giaí sæí hoìa träün mäüt læåüng khäng khê åí traûng thaïi A(IA, dA) coï khäúi læåüng pháön khä laì LA våïi mäüt læåüng khäng khê åí traûng thaïi B(IB, dB) coï khäúi læåüng pháön khä laì LB vaì thu âæåüc mäüt læåüng khäng khê åí traûng thaïi C(IC, dC) coï khäúi læåüng pháön khä laì LC. Ta xaïc âënh caïc thäng säú cuía traûng thaïi hoaì träün C. I IA A I I C 00% B C ϕ=1 B d ddB C dA Hçnh 1.4 : Quaï trçnh hoaì träün trãn âäö thë I-d Ta coï caïc phæång trçnh: - Cán bàòng khäúi læåüng LC = LA + LB (1-11) - Cán bàòng áøm dC.LC = dA .LA + dB .LB (1-12) - Cán bàòng nhiãût IC.LC = IA .LA + IB .LB (1-13) Thãú (a) vaìo (b), (c) vaì træì theo vãú ta coï : (IA - IC).LA = (IC - IB).LB (dA - dC).LA = (dC - dB).LB hay : I A − I C I C − I B (1-14) = d A − d C d C − d B Tæì biãøu thæïc naìy ta ruït ra: I − I d − d L A C = A C = B (1-15) I − I d − d L C B C 8 B A
9. - Phæång trçnh (1-14) laì caïc phæång trçnh âæåìng thàóng AC vaì BC, caïc âæåìng thàóng naìy coï cuìng hãû säú goïc tia vaì chung âiãøm C nãn ba âiãøm A, B, C thàóng haìng. Âiãøm C nàòm trãn âoaûn AB. - Theo phæång trçnh (1-15) suy ra âiãøm C nàòm trãn AB vaì chia âoaûn AB theo tyí lãû LB/LA Traûng thaïi C âæåüc xaïc âënh nhæ sau : LA LB I C = I A . + I B . (1-16) LC LC LA LB d C = d A . + d B . (1-17) LC LC * * * 9