[ Zamknij ]

Nowe zasady dotyczące cookies
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów na stronie Polityka Prywatności.


rejestracja

Podstawowe przemiany na wykresie Molliera (i-x)- Para na krzywej

Opublikowano: 16.11.2010

image

Wykres Molliera dla powietrza wilgotnego w graficzny sposób umożliwia przedstawienie relacji pomiędzy wielkościami fizycznymi opisującymi jego stan. Jest to podstawowe narzędzie wykorzystywane podczas projektowania układów klimatyzacyjnych i wentylacyjnych oraz w chłodnictwie. Umiejętne korzystanie z niego znacznie ułatwia i przyspiesza dobór urządzeń grzewczych i chłodniczych oraz umożliwia analizę pracy tych systemów w dowolnych warunkach klimatycznych.

 



Podstawowe parametry powietrza wilgotnego, będącego mieszaniną powietrza suchego oraz pary wodnej, przy znanym ciśnieniu atmosferycznym to:

  • temperatura (t),
  • zawartość wilgoci (x),
  • wilgotność względna (cp),
  • entalpia (i),
  • ciśnienie cząstkowe pary wodnej (ppw),
  • gęstość powietrza wilgotnego (p).

 

Znając dwa parametry opisujące powietrze wilgotne, można w sposób jednoznaczny określić jego stan i na tej podstawie wyznaczyć pozostałe wielkości. Do tego celu mogą posłużyć wyrażenia matematyczne właściwe dla przemian powietrza wilgotnego. W celu uproszczenia czasochłonnych i skomplikowanych procesów obliczeniowych wprowadzono nomo-gramy oraz wykresy własności czynników termodynamicznych. Szczególnie w branży klimatyzacyjnej przydatnym i często używanym jest wykres w układzie entalpia (i) - zawartość wilgoci (x). Od początku lat trzydziestych wykres przedstawiony przez Ri-charda Molliera na konferencji w Los Angeles przeszedł wiele modyfikacji i ulepszeń. W krajach anglojęzycznych posługuje się wykresem psycho-metrycznym, w układzie: temperatura (t) - zawartość wilgoci (x). Obydwa wykresy skonstruowane są dla określonej wartości ciśnienia powietrza wilgotnego. Zmiana całkowitego ciśnienia powietrza wilgotnego powoduje zmienność pozostałych parametrów opisujących jego stan. W systemach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych najczęściej zachodzą przemiany praktycznie izobaryczne występujące przy różnych wartościach ciśnienia atmosferycznego [1, 2].


Konstrukcja wykresu i-x
Obecnie spotyka się kilka wersji wykresu Molliera, jednak różnice są niewielkie, a zasada konstrukcji jednakowa. W celu uzyskania przejrzystej formy, wykres sporządzany jest w tzw. ukośnokątnym układzie współrzędnych [ 1 ]. Na osi rzędnych zaznaczona jest entalpia (i), natomiast oś odciętych to zawartość wilgoci (x). Linie entalpii, które tworzą sieć prostych nachylonych, przebiegają pod kątem 135° względem osi odciętych, bez określenia początku układu współrzędnych. Siatkę wykresu i-x uzupełniają linie stałej objętości właściwej (v) lub gęstości powietrza wilgotnego (p), linie opisujące wartości wilgotności względnej (cp), krzywa zależności ciśnienia cząstkowego pary w funkcji x oraz linie temperatur określonych za pomocą termometru mokrego oraz suchego [1]. Charakterystyczną krzywą na wykresie jest tzw. linia nasycenia, która zaznaczona jest jako cp= 100%. Przyjmuje się, że linia nasycenia, nazywana także krzywą graniczną, oddziela od siebie obszary odpowiadające stanom powietrza. Nad linią cp = 100% powietrze jest nienasycone parą wodną, co oznacza, że jest jeszcze w stanie zasymilować określoną ilość wilgoci. Natomiast poniżej linii nasycenia znajduje się obszar mgły, w którym powietrze stanowi mieszaninę mgły wodnej lub śnieżnej oraz powietrza nasyconego [3]. Linie stałych temperatur (izotermy) w obszarze powietrza nienasyconego stanowią wznoszące się linie proste. Po przecięciu się z krzywą graniczną izotermy w obszarze mgły załamują się w dół i są praktycznie równoległe do linii stałej entalpii.


Niektóre wersje wykresu uzupełnione są o wartości charakteryzujące przemiany powietrza wilgotnego. Do tego celu służy współczynnik kątowy e, który wyrażony jest jako iloraz zysków ciepła (Q) do strumienia pary wodnej (mo). Przykładowo, w trakcie ogrzewania, np. w nagrzewnicy powierzchniowej, współczynnik przyjmować może wartości od +°° do -°°, natomiast dla przemiany adiabatycznej - bez zmiany entalpii (i = idem) oraz bez dostarczania lub odbierania ciepła (Q = 0) - wartość współczynnika e = 0 [4].


Istotnym jest fakt, że dostarczana lub odprowadzana ilość strumienia ciepła i pary wodnej do powietrza zmienia jego stan. Zanim powietrze osiągnie stan końcowy, może przejść przez pewną liczbę etapów pośrednich. Na wykresach i-x konkretne etapy pośrednie przemian powietrza przedstawia się prostą łączącą stany pierwotny z końcowym.


Analiza procesów
Zadaniem urządzeń klimatyzacyjnych jest odpowiednie przygotowanie powietrza w celu dostosowania parametrów do zmieniających się warunków zewnętrznych i wewnętrznych. Uzyskanie żądanego stanu powietrza nawiewanego wymaga zrealizowania jednej lub kilku występujących po sobie przemian zachodzących w określonej kolejności (np. mieszanie, podgrzewanie, chłodzenie, nawilżanie).


Podgrzanie powietrza zewnętrznego, mieszaniny powietrza zewnętrznego i wywiewanego (z pomieszczenia) lub powietrza za układem do odzysku ciepła do wymaganej temperatury powietrza nawiewanego realizowane jest w nagrzewnicy (wodnej, parowej, elektrycznej) lub za pomocą aparatu grzewczo-wentylacyjnego [4]. Podczas ogrzewania powietrza wilgotnego nie jest doprowadzana ani odbierana para wodna, dlatego na wykresie Molliera przemianę zachodzącą w nagrzewnicy zaznaczono prostą pionową, skierowaną do góry (rys.). Stan początkowy powietrza przed ogrzaniem w wymienniku ciepła określa punkt Oi, natomiast koniec przemiany (stan powietrza za nagrzewnicą) oznaczono jako punkt O2. Przy stałej zawartości wilgoci (x=idem) nastąpiła zmiana temperatury od ti = -20°C do t2= 20°C oraz wilgotności względnej z cpi = 100%nacp2=10%. Należy mieć na uwadze, że ilość wody, jaką powietrze jest w stanie zaabsorbować, zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury. Zdarza się, że w okresie zimowym użytkownicy obiektów o zbyt niskiej zawartości wilgoci w powietrzu (poniżej 30%) skarżą się na dolegliwości związane z dyskomfortem cieplno-wilgotnościo-wym. Objawiać się to może odczuciem suchości przegrody nosowej, przekrwieniem spojówek, zapaleniem skóry oraz obniżoną naturalną odpornością organizmu [3].


Kolejną typową przemianą przedstawioną na wykresie Molliera, która zachodzi w urządzeniach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych, jest ochładzanie powietrza (rys.). Oziębianie powietrza nienasyconego w celu dostosowania temperatury do wymaganych warunków powietrza nawiewanego można zrealizować w dwojaki sposób - jako proces z wykropleniem oraz bez wykroplenia pary wodnej. W celu określenia, który typ chłodzenia nastąpił, ustalić należy relacje pomiędzy temperaturą powierzchni chłodnicy a tzw. punktem rosy. Punkt rosy (punkt R na rys.) określany jest jako temperatura powietrza, w której przy znanym składzie gazu i danym ciśnieniu rozpoczyna się proces wykraplania pary wodnej z powietrza. W przypadku, gdy temperatura ścianki chłodnicy jest wyższa od temperatury punktu rosy powietrza wprowadzonego do wymiennika   (tśc>tr),   następuje   tzw. chłodzenie suche. Graficzną ilustracją tej przemiany jest odcinek prosty oznaczony jako linia łącząca punkty CHi i GH2. Punkt GHi obrazuje warunki obliczeniowe właściwe dla okresu letniego Wrocławia (temperatura okresu ciepłego tcm = 30°C, wilgotność względna cpcm = 45%). Po schłodzeniu powietrza atmosferycznego w chłodnicy suchej, przy niezmiennej zawartości wilgoci xch2=10 g/kg, do temperatury tcH2=20°C nastąpiła asymilacja pary wodnej do wartości równej cpcH2 = 81%. Należy być świadomym, że zbyt wysoka zawartość wilgoci w powietrzu może wywoływać uczucie duszności u użytkowników pomieszczeń oraz pojawienie się wilgoci lub pleśni na elementach oraz przegrodach w budynku. W sytuacji, gdy temperatura powierzchni chłodnicy jest niższa od temperatury punktu rosy (tśc<tr), zachodzi tzw. chłodzenie wilgotne (odcinek GH1-GH3), przy którym jednocześnie występuje osuszanie powietrza. Na wykresie Molliera obraz przemiany oziębiania i osuszania wyznacza linia prosta przebiegająca przez punkty: CHi-Ś. W warunkach rzeczywistych koniec procesu chłodzenia z osuszaniem powietrza wilgotnego następuje kilka stopni wyżej niż temperatura powierzchni wymiennika ciepła (punkt GH3).


Powyżej opisane i zilustrowane procesy ogrzewania i chłodzenia są jednymi z podstawowych przemian powietrza wilgotnego zachodzących w urządzeniach do uzdatniania powietrza. Za pomocą wykresu Molliera można także przeanalizować przemiany: nawilżania (np. wodnego, parowego), mieszania strumieni powietrza (recyrkulacja), odzysku ciepła (w wymiennikach rekuperacyjnych lub regeneracyjnych), osuszania (np. adsorpcyjnego, absorpcyjnego) itp.

 



Autor: Beata Śniechowska
Literatura:

[1] W. Haussler, „Zastosowanie wykresu i-x w inżynierii sanitarnej", Arkady, Warszawa 1970.
[2] D. Foltańska-Werszko, „Teoria systemów cieplnych. Termodynamika - podstawy", Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wroctaw 1997.
[3] A. Petech, „Wentylacja i Klimatyzacja. Podstawy", Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wroctaw 2008.
[4] S. Przydrożny, J. Ferencowicz, „Klimatyzacja", Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wroctaw 1988.



Źródło: Magazyn Instalatora, 11/2010



Katalog firm

  • Swegon

    Swegon Sp. z o.o. to polska część szwedzkiego koncernu Swegon, który j…
    Swegon
  • Daikin

    Daikin jest światowym liderem na rynku rozwiązań klimatyzacyjnych, chłodniczy…
    Daikin
  • KIRA

    Firma KIRA jest oficjalnym dystrybutorem urządzeń klimatyzacyjnych koreańskie…
    KIRA