پروژه نمودار سایکومتریک دمای فرآیندهای مطبوع

امتیاز 0 از 0 نفر

نمودار سایکومتریک دمای فرآیندهای مطبوع

بیشتر فرایندهای تهویه مطبوع ناشی از تغییر در انرژی هوا هستند که دو عامل اصلی آن تغییر دما و تغییر رطوبت موجود در هواست. رابطه بین دما ، رطوبت و انرژی به خوبی در نمودار سایکرومتریک نشان داده شده است.

نمودار سایکرومتریک ، یک ابزار استاندارد و کاربردی است که برای نشان دادن رابطه هوا ، رطوبت و انرژی استفاده می شود. اگر ما مسئول طراحی یا نگهداری از سیستم تهویه مطبوع یک ساختمان باشیم ، آگاهی از مفاهیم مرتبط با تهویه مطبوع و فرآیند های مربوطه روی نمودار سایکرومتریک کار ما را بسیار آسان می کند.

در نگاه اول کار با نمودار تا حدی مشکل به نظر می رسد ولی بعد از آشنایی با ساختار این نمودار ، درک رابطه بین مولفه های موثر در آن بسیار ساده تر می شود. پس از شناخت اولیه با این نمودار، خواهیم دید که این ابزار می تواند راهکاری مناسب برای بهینه سازی فرایندهای تهویه مطبوع در ساختمان به کار گرفته شود.

ساختار نمودار سایکرومتریک

نمودار سایکرومتریک بر دو مفهوم کلیدی استوار است:

1. هوای داخل ساختمان مخلوطی از هوای خشک و بخار آب است.

2. در هر دما و فشار مشخص، انرژی این مخلوط مقداری منحصر به فرد است.

مفهوم اول : هوای داخل مخلوطی از هوای خشک و بخار آب است.

هوایی که تنفس می کنیم مخلوطی از هوای خشک و بخار آب است که هیچ یک دیده نمی شوند. به بخار آب موجود در هوا رطوبت گفته می شود. مقدار کمی آن، با نسبت مقدار بخار آب موجود در هوا بر حسب گرم به مقدار هوا بر حسب کیلوگرم معرفی می شود که به آن نسبت رطوبت گفته می شود که با g/kg نشان داده می شود.

خواص هوای مرطوب با فشار تغییر می کند و به دلیل تغییر فشار با ارتفاع، رطوبت هم با ارتفاع تغییر می کند. نمودار سایکرومتریک معمولا برای فشار در سطح دریا ترسیم می شود. در این مقاله ما فشار هوا را ثابت در نظر می گیریم.

برای درک رابطه بین بخار آب، هوا و دما دو حالت را در نظر می گیریم.:

حالت اول : دما ثابت ولی میزان بخار آب افزایش می یابد

اگر دما ثابت باشد، با اقزایش بخار آب، رطوبت هوا افزایش می یابد. در هر دمای خاص، میزان بخار آب موجود در هوا نمی تواند از میزانی که به آن نقطه اشباع گفته می شود، بیشتر شود. اگر پس از رسیدن به نقطه اشباع به آن مقداری بخار آب اضافه شود، همان مقدار اضافه شده، تقطیر شده و به شکل ذرات کوچک آب یا کریستال یخ در می آید. در طبیعت این ذرات را به شکل مه، ابر یا باران یا به صورت ذرات برف و تگرگ می بینیم. نمودار سایکرومتریک، مشخصات هوا تا قبل از منطقه اشباع را پوشش می دهد، بنابراین می توان گفت که این نمودار خواص آب در فاز گازی را در برمی گیرد و نه ذرات آب به صورت مایع یا کریستال یخ.

حالت دوم : دما در حال کاهش ولی رطوبت هوا ثابت است.

اگر هوا به مقدار کافی سرد شود، به نقطه اشباع می رسد. سردتر شدن هوا در این حالت منجر به چگالش رطوبت هوا و تبدیل آن به شبنم می شود. مثلا هنگامی که یک قوطی فلزی سرد را از یخچال بیرون می آوریم. در چند دقیقه دور ظرف مرطوب می شود که علت آن، برخورد رطوبت هوا با قوطی سرد است. قوطی هوای اطراف را سرد کرده و به نقطه اشباع می رساند که در نتیجه آن شبنم شکل می گیرد. این دما که در آن چگابش رطوبت هوا صورت می گیرد دمای نقطه شبنم Dew Point Temperator گفته می شود.

رطوبت نسبی

شکل زیر بیشترین مقدار بخار آب در یک پوند از هوا را نسبت به دما نشان می دهد.

محور X دما و محور Y مقدار بخار آب به هوای خشک است که با مقدار بخار آب بر حسب گرم در مقدار هوای خشک بر حسب کیلوگرم اندازه گیری شده است. منحنی حداکثر بخار آب همان خط اشباع است که به آن رطوبت نسبی 100% هم گفته می شود که با 100%RH نشان داده می شود. در یک دمای خاص ، خط اشباع معرف بیشترین مقدار بخار آبی است که در یک پوند از هوای خشک می تواند وجود داشته باشد. در دمای ثابت اگر نصف حداکثر میزان ظرفیت اشباع بخار آب در هوا باشد می توان گفت که رطوبت نسبی 50% یا 50%RH است. در شکل بعد رطوبت نسبی 50% نشان داده شده است. رطوبت نسبی 50% مانند رطوبت نسبی 100% تعریف می شود.

همان گونه که در نمودار دیده می شود ، مقدار بخار آبی که می تواند در هوا وجود داشته باشد با افزایش دما ، به سرعت افزایش پیدا میکند. به عنوان نمونه ، هوای مرطوب در درجه صفر درجه سانتیگراد ، تنها می تواند 4/0% بخار آب داشته باشد در حالی که این مقدار برای هوای 22 درجه سانتیگراد به 7/1% می رسد که بیش از چهار برابر مقدار یاد شده است.

با توجه به شکل زیر به مثال زیر توجه کنید :

فرض می کنیم هوای خارج 5 درجه سانتیگراد بوده ونسبتا شرجی با رطوبت نسبی %80 می باشد. این هوا را به داخل آورده و با گرمایش آن تا 22 درجه سانتیگراد ، رطوبت نسبی آن را به 25% می رسانیم. این تغییر در شکل زیر نشان داده شده است( از نقطه 1 به 2 ).هوای سرد و مرطوب بیرون به هوای گرم و خشک تبدیل می شود. توجه شود که مقدار بخار آب موجود در هواست و همان چهار گرم در یک کیلوگرم از هوای خشک است ، ولی با افزایش دما میزان رطوبت نسبی کاهش می یابد.

با توجه به شکل بالا مثال زیر را حل کنید.

یک روز گرم با دمای هوای C30 و رطوبت نسبی 50% را در نظر بگیرید. هوای داخل ساختمان C22 است. مقداری از هوای خارج به داخل نشت می کند. به این نشتی ، نفوذ infiltration گفته می شود.

حال مراحل را روی شکل بالا رسم کنید.

نقطه شروع را با دمای C30 و 50%RH بارطوبت g/kg12 روی نمودار بیابید.با سرد کردن هوا ، یعنی حرکت به سمت چپ نمودار در حالی که مقدار رطوبت ثابت است به دمای C23 و رطوبت نسبی 75% به اندازه ای است که می تواند در ساختمان منجر به بروز مشکلاتی مانند رشد کپک شود.بنابراین در آب و هوای گرم و مرطوب برای جلوگیری از نفوذ و رشد کپک ایجاد یک فشار مثبت نسبی در ساختمان مفید خواهد بود.

مفهوم دوم : در هر دما و فشار خاص انرژی مخلوط هوا مقداری منحصر به فرد است.

انرژی هوای مخلوط به دو عامل وابسته است :

1.      دمای هوا

2.      مقدار بخار آب داخل هوا

هوای گرم تر انرژی بیشتری دارد. حرارتی که برای افزایش دما به هوا داده می شود گرمای محسوس گفته می شود. همچنین با وجود بخار آب بیشتر انرژی بیشتر وجود دارد. این انرؤی گرمای نهان نامیده می شود. به مجموع انرژی حاصل از گرمای محسوس و گرمای نهان ، گرمای کل یا آنتالپیEnthalpy گفته می شود. آنتالپی با انرژی دادن به بخار آب یا هوای خشک یا هردو افزایش می یابد.

افزایش دما گرمای محسوس هوا را بالا می برد.

بخار آب بیشتر گرمای نهان هوا را بالا می برد.

در نمودار سایکرومتریک در شکل زیر ، خطوط موازی ، نشان دهنده خطوط آنتالپی در نمودار است.

می توان مبدا را به صورت دلخواه روی دمای صفر یا رطوبت صفر در نظر گرفت. واحد آنتالپی کیلو ژول بر کیلوگرم هوای خشک یا به اختصار kj/kg است.

گرمایش

فرآیند گرمایش به افزایش گرمای محسوس گفته می شود. شکل زیر هوای خارج با دمای C5 و رطوبت نسبی %80 را نشان می دهد که تا C22 رسانده شده است. این فرآیند آنتالپی را از kj/kg16 به kj/kg33 می رساند. توجه داشته باشید که این قسمت از نمودار به صورت افقی است ، یعنی فقط گرما داده شده و بخار آب اضافه نشده است. در این فرآیند رطوبت نسبی از %80 به %25 کاهش پیدا می کند.

به عنوان مثال ، فرآیند زیر را روی شکل زیر رسم کنید.

یک روز سرد با دمای هواC6 و رطوبت نسبی %50rh را در نظر بگیرید. با یک سیستم تهویه مطبوع دما تا C20 بالا آورده می شود. بخار آب در این فرآیند به هوا اضافه نمی شود. آنتالپی از kj/kg16 به kj/kg33 رسیده و kj/kg17 افزایش پیدا می کند.

همان طور که دیده می شود رطوبت تا %20rh کاهش یافته است. این هوا تا حدی خشک بوده و برای احساس بهتر آن را تا %50 می رسانیم که برای این هدف آنتالپی kj/kg11 افزایش می یابد.

رطوبت زنی

به افزایش بخار آب هوا اصطلاحا رطوبت زنی گفته می شود. رطوبت زنی با کسب انرژی آب و تبخیر آن در نهایت اختلاط آن با هوا صورت می گیرد. این انرژی از نوع گرمای نهان است. دو روش در رطوبت زنی وجود دارد که در هر دو روش با انرژی دهی به آی انجام می گیرد. این دو روش عبارتند از :

– گرم کردن و تبخیر آب : با دادن گرما به آب ، آب تبخیر شده و با هوا مخلوط می گردد. در شکل زیر خط عمودی که از نقطه 1 به 2 می رود فرآیند مربوطه را نشان می دهد. kj/kg11 انرژی گرمایی به آب داده شده تا پس از تبخیر با هوا مخلوط شود.

در عمل ، در رطوبت زن های بخار ، بخار آب گرمتر از هواست و شبکه لوله ها مقداری گرما را به هوا وارد میکنند. بنابراین هوا گرمتر شده و رطوبت آن افزایش می یابد.

– تبخیر آب با افشاندن درات بسیار ریز آب به هوا : درات ریز آب در هوا در حین تبخیر شدن حرارت هوا را می گیرد. با روش دیگر ، اما با استفاده از همان فرآیند ، می توان آب را از کنار یک پارچه یا محیط خیس عبور داده و با این کار آب را تبخیر و وارد هوا کرد.

در یک رطوبت زن تبخیری ، آب تبخیر شده با جذب انرژی برای تامین گرمای نهان خود دما را کاهش می دهد ، یعنی با افزایش رطوبت ، دمای هوا کاهش می یابد. این فرآیند بدون تدابل دما با بیرون صورت میگیرد. به این فرآیند ، بی دررو یا آدیاباتیک Adiabatic گفته می شود. از آنجایی که در فرآیند انرژی مبادله نمی شود ، این فرآیند در نمودار روی یک خط آنتالپی ثابت جابه جا می شود. شکل زیر جزئیات این فرآیند راروی نمودار سایکرومتریک نشان می دهد. از نقطه 1 رطوبت تبخیر شده و به نقطه 2 با دمای C9 می رسد. در این تبخیر ،رطوبت نسبی به 95% می رسد. برای رسیدن به هدف ما که در دمای C20 و %50rh با مصرف kj/kg11 از دمای C9 به C20 می رسیم.

به طور خلاصه با حرارت دادن آب می توان رطوبت هوا را زیاد کرد یا آن که اول رطوبت را زیاد کرد و بعد هوای مرطوب را گرم کنیم. در هر دو روش، با یک میزان انرژی به یک نتیجه می رسیم.

در شرایط آب و هوایی گرم و خشک، سرمایش تبخیری برای پیش سرمایش هوا بسیار موثر است. مثلا با عبور هوا از سیستم سرمایش تبخیری می توان هوای خارج را با دمای 35C و رطوبت نسبی %15 را به دمای 26C رساند. در این حالت رطوبت نسبی به 40% می رسد. در این روش حتی بدون استفاده از سیستم تبرید مکانیکی، می توان کاهش دمای خوبی را با افزایش کم رطوبت انتظار داشت.

سرمایش و رطوبت گیری

سرمایش عموما با عبور دادن هوای مرطوب از روی کویل سرمایی صورت می گیرد. همان گونه که در شکل زیر دیده می شود، یک کویل از یک لوله بلند مارپیچ ساخته شده که در آن یک گاز یا یک مایع سرد جریان دارد. این مایع معمولا آب با دمایی بین 4/5C تا 7/5C است. لوله مارپیچی که کویل را تشکیل می دهد دارای پره هایی است که انتقال حرارت از هوا به مایع سرد داخل لوله را تسریع می کند. شکل زیر نمای یک کویل را در راستای جریان هوا نشان می دهد. با توجه به طراحی کویل، کاهش دمای مورد نیاز و عملکرد رطوبت گیری، کویل می تواند دو تا هشت ردیف لوله داشته باشد. عموما تعداد ردیف های بیشتر کویل به معنای توانایی بیشتر کویل برای رطوبت گیری است.

در اینجا دو پدیده رخ می دهد. اول این که کویل سرمایی هوایی را که از کنار آن رد می شود، سرد می کند. دوم این که چون دمای کویل معمولا به اندازه کافی زیر دمای اشباع هواست.، رطوبت هوا، روی کویل تقطیر شده و از هوا جدا می شود. این فرایند، آنتالپی یا گرمای هوا را می گیرد و آنتالپی مبرد را افزایش می دهد. در بخش دیگری از سیستم، این گرمای داده شده باید از مبرد برای استفاده و سرد کردن مجدد در کویل سرمایی، گرفته شود. میزان رطوبت گرفته شده به عوامل زیادی بستگی دارد:

–         دمای مبرد

–         طول کویل

–         مسطح بودن با برجسته بودن پره ها

–         سرعت هوای عمود بر کویل

یک نمونه از این فرآیند در شکل زیر نشان داده شده است.

هوای گرم و مرطوب با دمای 25C و 60%rh وارد ساختمان شده و از کویل سرمایی عبور می کند. در این فرآیند دما تا 13C کاهش می یابد. با تقطیر رطوبت روی کویل، گرمای نهان آن آزاد شده و حرارت حاصل به مبرد انتقال داده می شود. در شکل بالا کاهش آنتالپی در فرآیند کم کردن رطوبت، A—B تقریبا یک سوم آنتالپی مورد نیاز برای سرد کردن هواست B—C.

0001 0005 0004

با خرید این محصول فایل word و PDF مربوط به این مقاله را دریافت خواهید کرد.
لینک دانلود بی‌درنگ پس از پرداخت نمایش داده شده و فایل فشرده‌ مربوط به این مقاله آماده دانلود خواهد بود.

تعداد صفحات: 14 صفحه | حجم فایل: کمتر از 1 مگابایت | فونت استفاده شده: B Zar | به همراه صفحه اول و عکس

امکان ارسال دیدگاه وجود ندارد.