Termotehnică 105 9.INSTALAŢII DE VENTILAŢIE ŞI CLIMATIZARE 9.1 Generalităţi Aerul este un amestec gazos constituit din 78.1% azot, 21% oigen şi 0.9% alte gaze, cum ar fi argonul, dioidul de carbon etc. Acestea sunt proporţiile în care se găsesc principalele componente într-un volum dat de aer uscat. Pe lângă componentele amintite, aerul atmosferic conţine şi vapori de apă, particule solide, alte gaze apărute accidental, bacterii etc. Temperatura, umiditatea şi gradul de nocivitate sunt cele mai importante caracteristici ale aerului ambiant, având influenţă directă asupra sănătăţii omului şi asupra eficacităţii cu care îşi desfăşoară activitatea. Scopul instalaţiilor de ventilaţie şi climatizare este tocmai realizarea unui mediu ambiant confortabil în diverse încăperi. În principiu, aceste instalaţii se bazează pe circulaţia aerului în incintă: aerul proaspăt este introdus din eterior, preia nocivităţile (căldură, umiditate, gaze, praf etc.) aflate în eces în încăpere, după care este evacuat. Sistemele de ventilaţie limitează temperatura şi umiditatea din interiorul încăperilor, menţinându-le în domenii de valori destul de largi şi, totodată, înlătură noele din aerul ambiant. Ventilarea unei încăperi poate fi naturală sau mecanică. Ventilarea naturală permite primenirea aerului dintr-o incintă sub acţiunea vântului şi a diferenţei de temperatură (deci şi de presiune) dintre eterior şi interior. Ventilarea naturală poate fi neorganizată, atunci când pătrunderea aerului din eterior se face prin rosturile elementelor de construcţie, sau organizată, atunci când se realizează prin intermediul unor deschideri speciale, cu dimensiuni şi cote de amplasare determinate. Ventilarea mecanică se realizează prin convecţie forţată. Aerul este introdus/evacuat cu ajutorul ventilatoarelor. În schemele combinate de ventilare, pe lângă ventilator, în circuit se introduc şi aparate care să realizeze încălzirea/răcirea sau uscarea/umidificarea aerului. Sistemele de climatizare sunt sisteme complee, care reglează atât temperatura, cât şi umiditatea aerului din incintă la valori stabilite de către beneficiar, oricare ar fi valorile acestor parametri în eteriorul incintei climatizate. În acelaţi timp sunt evacuate noele din interiorul încăperilor.în cazul sistemelor de climatizare performante, se poate realiza chiar şi sterilizarea aerului. Sistemele de climatizare obişnuită au în componenţă instalaţii de ventilare mecanică, de încălzire/răcire, de uscare/umidificare şi elemente de reglare automată. Sensul în care este vehiculat aerul se impune prin diferenţa de presiune stabilită între interiorul şi eteriorul încăperii ventilate. Din acest punct de vedere sistemele pot lucra în suprapresiune, echilibrat, sau în subpresiune. Ventilarea echilibrată se obţine atunci când debitul de aer introdus este egal cu cel evacuat. Atunci când debitul introdus este mai mare decât cel evacuat, ventilarea este în suprapresiune. Iar dacă fenomenul are loc în sens invers, ventilarea este în subpresiune. În practică se alege una dintre aceste posibilităţi în funcţie de sensul în care se doreşte să curgă aerul dintr-o încăpere în alta.
106 Termotehnică În tehnica de ventilare şi climatizare se urmăreşte reglarea parametrilor aerului ambiant din incinte, adică a aerului umed. Aerul umed este un amestec de aer uscat şi vapori de apă, de aceea este necesară trecerea în revistă a unor noţiuni teoretice legate de acest amestec, înainte de prezentarea unor scheme de ventilaţie şi de climatizare. 9.2.1.Schimbări de fază 9.2Vapori Corpurile pot să eiste în oricare dintre cele trei stări de agregare clasice: solidă, lichidă, gazoasă. Trecerea de la o stare de agregare la alta (schimbarea de fază) este însoţită de un schimb de energie între corp şi mediul ambiant. Cantitatea de căldură schimbată de corp cu mediul eterior, atunci când trece de la o stare de agregare la alta, se numeşte căldură latentă, L. Căldura latentă raportată la unitatea de masă este căldura latentă specifică, l: L l = [J/kg]. m Modificarea temperaturii şi/sau presiunii detremină modificarea stării de agregare a unui corp. In figura 9.1 sunt date curbele de echilibru între faze. Cele trei faze, solidă, lichidă şi gazoasă, coeistă la punctul triplu T. Procesele prin care corpurile îşi schimbă starea de agregare sunt indicate prin săgeţi, iar săgeţile sunt diferenţiate în funcţie de sensul de transfer al căldurii latente: p K Topire Solidificare GAZ Vaporizare Condensare SOLID T Sublimare Desublimare LICHID Fig. 9.1 Transformări de fază de ordinul 1 procese însoţite de primirea căldurii latente de către corp, din mediul eterior, procese însoţite de cedarea căldurii latente de către corp, în mediul eterior. T
Termotehnică 107 Curba de echilibru lichid-gaz este distinctă între punctul triplu T şi punctul critic K. La temperaturi mai mari decât temperatura punctului critic,tk, corpurile eistă numai în fază gazoasă. Trecerea de la o stare de agregare la alta, în domeniul presiunilor mai mici decât presiunea punctului critic, pk, se face într-un interval de timp necesar transferului de căldură latentă. La presiuni mai mari decât presiunea punctului critic, pk, trecerea de la faza lichidă la cea gazoasă se face instantaneu, căldura latentă fiind nulă. 9.2.2.Diagrama T-s pentru vapori Eperimental s-a constatat că, în procesele de vaporizare şi condensare, temperatura şi presiunea rămân constante. În diagrama T-s, reprezentată în figura 9.2 se disting patru zone : -L-zona de lichid -L-V zona vaporilor umezi -VS-1 zonă de vapori supraîncălziţi -VS-2 zonă de vapori supraîncălziţi. T T K A K VS2 B dt=0 L A L-V B VS1 Fig.9.2 Diagrama T-s pentru ilustrarea zonelor de lichid (L), vapori umezi(l- V) şi vapori supraîncălziţi (VS) S Stările de saturaţie ale lichidului, stări limită la care începe vaporizarea, sunt notate cu A, A... iar stările vaporilor saturaţi uscaţi, la care vaporizarea s-a terminat, sunt notate cu B, B... Prin unirea punctelor A (lichid adus la saturaţie) se obţine curba limită a lichidului, iar prin unirea punctelor B (vapori saturaţi uscaţi) se obţine curba limită a vaporilor. Cele două curbe se întâlnesc în punctul critic K. În diagrama T-s, dreapta A-B reprezintă un proces de vaporizare la presiune şi temperatură constante. Aceeaşi dreptă, parcursă în sens invers, B-A, reprezintă un proces de condensare la presiune şi temperatură constante. Pentru o mai bună înţelegere, să considerăm o masă unitară de apă, aflată la presiune normală şi o temperatură oarecare T 0, pe care o încălzim sub presiune constantă până la temperatura finală T f. Procesul este reprezentat în figura 9.3. Cantitatea de căldură absorbită de apă determină încălzirea acesteia până la temperatura T A. În acest moment, în care apa este încă în stare lichidă, dar începe să se vaporizeze, este atinsă starea de saturaţie a lichidului. Încălzind apa în
108 Termotehnică continuare, temperatura rămâne constantă, iar vaporizarea continuă. În masa de apă studiată se găsesc atât vapori, cât şi particule lichide, acest amestec purtând numele de vapori umezi. Temperatura rămâne constantă până în punctul B, adică până când toata apa s-a transformat în vapori. În această stare, vaporii se numesc saturaţi uscaţi. Dacă se continuă aportul de căldură în masa de vapori saturaţi uscaţi, temperatura începe din nou să crească, iar vaporii se numesc supraîncălziţi. T T f T A A dt=0 B T 0 Fig.9.3 Reprezentarea unui proces de încălzire a unei cantităţi de apă de la temperatura T 0 la T f, cu schimbare de fază s În acest eemplu, temperatura T A are valoarea temperaturii de saturaţie corespunzătare presiunii la care se desfăşoară vaporizarea. Curba reprezentată în fig. 9.3 este o izobară. La presiune normală, p = 1,013bar, temperatura de fierbere a apei este T s = 373,15K Dintre mărimile caracteristice pentru vapori, definim titlul, X. Titlul vaporilor,x, este raportul dintre masa vaporilor saturaţi uscaţi şi masa amestecului de lichid cu vapori saturaţi uscaţi: m (9.1) X = v mv ml Titlul vaporilor saturaţi umezi este cuprins între zero, caz în care masa vaporilor este nulă ( m v = 0) şi unu, caz în care masa lichidului este nulă ( m l = 0). Valoarea X=0 caracterizează stările A, iar valoarea X=1 caracterizează stările B. 9.3.Aerul umed Aerul umed este un amestec format din aer uscat şi vapori de apă, amestec în care componenţii nu interacţionează chimic şi sunt consideraţi gaze perfecte. Presiunea p am a aerului umed este dată de relaţia: (9.2) p am = pa + pv unde pa pv presiunea parţială a aerului, presiunea parţială a vaporilor,
Termotehnică 109 Presiunea parţială a unui gaz i, dintr-un amestec, este presiunea pe care ar avea-o acest gaz dacă ar ocupa singur incinta în care se află amestecul, la aceeaşi temperatură. În cazul amestecurilor de gaze, legea lui Dalton spune că: presiunea amestecului este egală cu suma presiunilor parţiale ale gazelor componente, la aceeaşi temperatură. Având în vedere faptul că presiunea parţială a vaporilor de apă conţinuţi în mod uzual în aerul atmosferic este foarte scăzută, vaporii de apă din aer sunt supraîncălziţi. Conţinutul de umiditate reprezintă masa de vapori de apă dintr-un kilogram de aer uscat : mv (9.3) = kgvaporih 2 O m kgaeruscat a Conform legii lui Dalton rezultă: mv pvv RaT pv pv (9.4) = = = 0,622 = 0,622 ma pav RvT pa pam pv Umiditatea relativă, ϕ, a aerului umed este raportul dintre cantitatea de vapori eistentă în aer şi cantitatea maimă de vapori de apă pe care o poate absorbi aerul la acea temperatură ρ v pv (9.5) ϕ = ρ u pu ρ v pv (9.5) ϕ = ρ p u u Aerul poate absorbi vapori de apă în cantităţi variabile, în funcţie de temperatura la care se află. Un volum de aer uscat absoarbe o cantitate din ce în ce mai mare de vapori, pe măsură ce temperatura creşte. Presiunea parţială a vaporilor creşte odată cu cantitatea de vapori. La o anumită temperatură a aerului umed, umidificarea acestuia poate continua până când presiunea parţială a vaporilor atinge valoarea presiunii de saturaţie corespunzătoare acelei temperaturi. În aceste condiţii aerul este saturat. Aerul saturat conţine cantitatea maimă de vapori de apă, la temperatura considerată. Eemplu: aerul umed dintr-o incintă, aflat la temperatura de 20 o C, conţine vapori de apă cu presiunea parţială de 18mbar. Aerul umed nu este saturat, deoarece din tabelul 6 din aneă reiese că presiunea de saturaţie corespunzătoare temperaturii de 20 o C este p s = 23,37mbar. Asta înseamnă că putem introduce în incintă vapori de apă până când presiunea parţială a vaporilor devine 23,37mbar şi în acest moment aerul umed cu temperatura de 20 o C este saturat. Un aport ulterior de vapori determină condensarea vaporilor în eces. Starea de saturaţie este caracterizată de valoarea ϕ = 1 sau ϕ = 100%. În tehnica instalaţiilor de climatizare se utilizează următoarele temperaturi: Temperatura termometrului uscat, temperatura măsurată cu un termometru protejat împotriva radiaţiilor termice.
110 Termotehnică Temperatura termometrului umed, temperatura măsurată cu un termometru al cărui bulb este înfăşurat cu o pânză umedă. Este definită ca fiind temperatura de saturaţie adiabatică şi izobară a aerului umed. Temperatura punctului de rouă, temperatura la care începe condensarea vaporilor de apă, la răcirea izobară a aerului umed, cu conţinut de umiditate constant. Căldura specifică a aerului umed, variază cu temperatura şi presiunea. În domeniul ventilării şi climatizării, variaţiile de presiune faţă de cea atmosferică sunt neglijabile, de aceea procesele se consideră izobare, iar căldura masică se ia o o ca valoare medie, c p. Pentru domeniul de temperatură: 20 C 80 C, se pot considera valorile medii următoare: c pa = 1 kj, căldura specifică a aerului uscat; kg K c pv = 1,84 kj căldura specifică a vaporilor de apă[7]. kg K Pentru amestec (aer umed), căldura specifică se obţine cu relaţia: (9.6) c p = c pa + c pv Entalpia specifică a aerului umed se calculează în funcţie de entalpia celor două componente ale amestecului. În calculul acestor mărimi, pentru o comoditate, se consideră că entalpia specifică a apei la temperatura t = 0 C este nulă. Rezultatele sunt corecte deoarece se lucrează numai cu diferenţe de entalpii. În conformitate cu aceasă convenţie, entalpiile specifice ale celor două componente ale aerului umed sunt date de relaţiile: entalpia specifică a aerului uscat, h a : (9.7) ha = c pa T entalpia specifică a vaporilor de apă: (9.8) h v = c pv T + lo unde l o -căldura latentă masică de vaporizare a apei la temperatura o t = 0 C, l 2500 kj o =. kg Bilanţul conţinutului total de căldură al amestecului conduce la egalitatea: h( ma + mv ) = ha ma + hv mv din care, dacă ţinem cont de relaţia (9.3), rezultă entalpia specifică a aerului umed, h: h ( + 1 ) = ha + hv ha + hv (9.9) h =. + 1 Deci, entalpia unei mase m am de aer umed va fi: H = mam h Studiul aerului umed se face cu ajutorul diagramei entalpie-conţinut de umiditate, h-. Diagrama este prezentată AneaHX. Cu ajutorul acestei diagrame o anumită stare a aerului umed se poate defini complet, prin toate mărimile sale caracteristice: h,, t, φ. Diagrama are aele înclinate, unghiul dintre aa umidităţii O şi aa entalpiei Oh fiind de 135º. Pentru uşurarea utilizării diagramei, valorile conţinutului de umiditate,, al aerului umed sunt transferate de pe aa reală înclinată, pe aa orizontală. Izoterma de 0 0 C este orizontală. Liniile de entalpie
Termotehnică 111 constantă sunt paralele cu aa 0 înclinată, iar liniile de conţinut de umiditate constant sunt paralele cu aa Oh. Temperatura este măsurată în grade Celsius. Izotermele formează un fascicul divergent de drepte. h φ A <φ 2 φ 2 <φ 1 t A A φ 1 <1 φ=1 h A tτa τ A 0 A Fig.9.4 Reprezentarea mărimilor caracteristice aerului umed în starea A În figura 9.4 sunt reprezentate mărimile caracteristice ale aerului umed în starea A: temperatura t A, entalpia h A, umiditatea relativă φ A şi conţinutul de umiditate A. h φ A B φ B ε t B t A A φ=1 h B Δh tτa τ A Δ h A A B Fig.9.5 Reprezentarea trecerii aerului umed din starea B, în starea A, printr-un proces de rază ε
112 Termotehnică Trecerea aerului umed dintr-o stare iniţială A, într-o stare finală B(fig.9,5)este caracterizată de variaţia de entalpie specifică Δh şi de variaţia de umiditate Δ. Raza procesului, notată cu ε, este mărimea care dă sensul transformării şi este definită ca fiind raportul: h (9.10) ε = ; J kg Raza procesului este figurată pe diagrama h- prin direcţiile ε trasate pe margine. Raza pozitivă caracterizează procesele de încălzire, iar raza negativă este specifică răcirii. Direcţia verticală cu ε = + reprezintă încălzirea fără variaţia conţinutului de umiditate,. Analog, direcţia verticală cu ε = reprezintă răcirea fără variaţia conţinutului de umiditate. Direcţia ε = 0 corespunde unui proces la care entalpia rămâne constantă. În figura 9.6. s-a reprezentat cazul particular în care evoluţia aerului umed se desfăşoară cu menţinerea conţinutului de umiditate (=ct). Se observă că: răcirea aerului umed, cu ajutorul unor baterii de răcire prin care circulă un agent termic rece, produce scăderea entalpiei şi în acelaşi timp a temperaturii, iar umiditatea relativă creşte (procesul A-B din figura 9.6). încălzirea aerului umed, cu ajutorul unor baterii de încălzire, îi măreşte entalpia, temperatura creşte, iar umiditatea relativă scade (procesul invers, B-A din figura 9.6). h t A >t B t B B φ A <φ B A h A >h B φ B <φ φ=100% h B 0 Fig.9.6.Evoluţie a aerului umed în care conţinutul de umiditate se menţine constant Debitul masic de aer vehiculat de o instalaţie, m, debitul de căldură: =, [ W ], (9.11) Q m h şi debitul de umiditate: kg poate prelua: s
Termotehnică 113 =, (9.12) G m unde kg. s h -diferenţa dintre entalpia aerului umed neventilat şi entalpia aerului după ventilare; -diferenţa dintre conţinutul de umiditate al aerului umed neventilat şi conţinutul de umiditate al aerului după ventilare 9.4 Instalaţii de ventilaţie Factorii care realizează ventilarea naturală sunt vântul şi diferenţa de temperatură între interiorul şi eteriorul încăperii. Aceşti factori determină diferenţa de presiune (între interior şi eterior) sub acţiunea căreia aerul proaspăt intră în încăpere, iar aerul viciat este evacuat. Ventilarea naturală se realizează datorită pătrunderii aerului proaspăt prin rosturile uşilor şi ferestrelor, precum şi prin porii materialelor din care sunt făcuţi pereţii unei clădiri, deci, fără să fie prevăzute dispozitive speciale în scopul vehiculării aerului (ventilare neorganizată). Având în vedere variaţia în timp a factorilor determinanţi, debitul de aer vehiculat variază şi el în limite foarte largi. Ventilarea naturală se realizează în mod organizat cu ajutorul unor dispozitive prevăzute în construcţie: ferestre, ochiuri mobile ale ferestrelor fie, coşuri de ventilare, deflectoare, luminatoare. Coşurile de ventilare sunt prevăzute la încăperile fără ferestre spre eterior. În cazul în care viteza vântului este nulă, schimbul natural de aer este datorat diferenţei de presiune: ( ρ ρ ) p = h g e i unde h-diferenţa dintre aele deschiderilor de intrare şi de ieşire a aerului din încăpere; ρ -densitatea aerului din interior, respectiv eterior. i,e Diferenţa de densitate dintre eteriorul şi interiorul încăperii este proporţională cu diferenţa de temperatură. Deflectoarele sunt dispozitive care se montează la partea superioară a coşurilor. Ele sunt concepute astfel încât să determine creşterea vitezei locale a vântului, deci să scadă presiunea statică a curentului de aer la gura coşului. Astfel se intensifică diferenţa de presiune dintre interiorul şi eteriorul încăperii ventilate, p. Ventilarea mecanică se efectuează cu ajutorul unor instalaţii speciale pentru vehicularea aerului. Schema de principiu a instalaţiei se adoptă în funcţie de destinaţia încăperii ventilate. Se amintesc, în continuare, câteva eemple de scheme de ventilare. Instalaţiile de ventilare prin absorbţie au scheme simple care realizează o depresiune în camera ventilată, împiedicând aerul viciat să se împrăşie în vecinătate. Depresiunea se ceează cu ajutorul unui ventilator, care evacuează aerul viciat în eterior. Aerul proaspăt intră prin neetanşeităţile clădirii.
114 Termotehnică 1 2 Fig.9.7.Schema de principiu a unei instalaţii de ventilaţie prin absorbţie 1.camera ventilată; 2.ventilator de evacuare. 1 2 3 4 Fig.9.8.Schema de principiu a unei instalaţii de ventilaţie prin refulare 1.filtru; 2.baterie de încălzire; 3.ventilator de intrare; 4.încăperea ventilată. Instalaţiile de ventilare prin refulare creează o suprapresiune în interiorul încăperii ventilate, cu ajutorul unui ventilator care aspiră aer proaspăt din eterior (fig.9.8). Instalaţiile de acest tip sunt echipate cu filtre prin care este condus aerul aspirat. Suprapresiunea creată determină evacuarea naturală a aerului din încăpere către încăperile vecine sau către eterior. Astfel, incinta ventilată este protejată împotriva pătrunderii aerului viciat din încăperile vecine. Asigurarea confortului termic pe timp de iarnă impune încălzirea aerului introdus din eterior. De aceea instalaţia este prevăzută cu o baterie de încălzire. Instalaţiile de ventilare prin refulare şi absorbţie au o schemă care combină cele două instalaţii anterioare. Aceste instalaţii pot fi concepute în circuit deschis, în circuit semiînchis sau în circuit închis. În figura 9.9 este reprezentată schema unei instalaţii de ventilaţie în circuit deschis, în care aerul proaspăt este absorbit din mediul eterior, iar aerul viciat este eliminat în totalitate în mediul eterior. În figura 9.10 este redată, pentru comparaţie, schema unei instalaţii de ventilare în circuit semiînchis, la care se observă că o parte din aerul viciat este recirculat. În instalaţiile în circuit închis aerul viciat este tratat şi recirculat în totalitate. 1 2 3 4 5 Fig.9.9.Schema de principiu a unei instalaţii de ventilaţie prin absorbţie şi refulare, cu circuit deschis:1.filtru; 2.baterie de încălzire; 3.ventilator de intrare; 4.încăperea ventilată; 5.ventilator de evacuare.
Termotehnică 115 3 4 1 2 6 7 5 Fig.9.10.Schema de principiu a unei instalaţii de ventilaţie prin absorbţie şi refulare, cu circuit semiînchis (recirculare parţială a aerului din interior) 1.filtru; 2.baterie de încălzire; 3.ventilator de intrare; 4.încăperea ventilată; 5.ventilator de evacuare; 6.cameră de umidificare, echipată cu pompă de circulaţie pentru apă; 7.circuitul de întoarcere a unei anumite cantităţi de aer evacuat către aspiraţie. Instalaţiile de bază enumerate mai sus pot fi echipate cu dispozitive de tratare a aerului introdus în încăperea ventilată: -umidificare/uscare, -încălzire/răcire. Umidificarea aerului se practică în timpul iernii. Ea se realizează fie adiabatic, prin pulverizare de apă în aerul introdus (în circuit închis), fie izoterm, prin înjectare de abur. Uscarea aerului se poate realiza prin utilizarea unei baterii de răcire, prin pulverizarea de apă rece, care să aibă temperatura mai mică decât temperatura punctului de rouă a aerului umed tratat, sau prin utilizarea de substanţe higroscopice care să absoarbă umiditatea în eces. Încălzirea, respectiv răcirea aerului se realizează, în general, cu ajutorul unor baterii speciale. 9.5 Instalaţii de climatizare Instalaţiile de climatizare tratează aerul astfel încât parametrii săi să se înscrie în valorile cerute pentru microclimat. Aerul eterior, sau aerul eterior amestecat cu aer interior recirculat, este tratat printr-o succesiune de procese simple, prin care este adus la temperatura şi umiditatea cerute şi introdus în incinta climatizată. Schema de tratare a aerului poate avea diverse variante [7]. În figura 9.11 este reprezentată schema de principiu a unei instalaţii de climatizare cu circuit semiînchis. Funcţionarea instalaţiei este diferită pe timp de vară şi pe timp de iarnă. Circulaţia aerului în instalaţie este determinată de funcţionarea ventilatorului de introducere, 6 şi a ventilatorului de evacuare,8. Aerul din eterior este amestecat, în camera de amestecare, 1, cu aer recirculat din interior.
116 Termotehnică În timpul iernii, amestecul rezultat este încălzit în bateria de preîncălzire 2 şi apoi umidificat adiabatic în camera de umidificare 4. Camera de umidificare, 4, este echipată cu pompa de circulaţie, 9, pentru vehicularea apei. Aerul umidificat trece prin bateria de reîncălzire, 5, unde este încălzit până la temperatura t C cerută în încăperea cu aer condiţionat. În timpul verii, amestecul rezultat din camera de amestec,1, este răcit în bateria de răcire 3 şi apoi umidificat adiabatic. Aerul umidificat este încălzit în bateria de reîncălzire, 5, până ajunge la temperatura necesară, t C. Aerul, astfel condiţionat, este introdus în încăperea 7. Aer din eterior 1 2 3 4 5 6 Aer recirculat Aer refulat CA 9 Încăperea cu aer condiţionat TC H 8 7 Fig.9.11 Schema de principiu a unei instalaţii de climatizare cu reglarea umidităţii 1.cameră de amestecare; 2.baterie de preîncălzire; 3.baterie de răcire; 4.cameră de umidificare; 5.baterie de reîncălzire; 6.ventilator de intrare; 7.încăperea cu aer condiţionat; 8.ventilator de evacuare; 9.pompă [6] Variaţiile temperaturii din camera climatizată sunt sesizate de termostatul TC: Variaţiile umidităţii din cameră sunt sesizate de higrostatul H. Instalaţia este echipată cu elemente de automatizare. Tehnologia modernă oferă sisteme de aer condiţionat care realizează filtrarea aerului, controlează umiditatea, temperatura şi circulaţia acestuia în interiorul încăperilor. Ele pot fi realizate în construcţie fiă, sau portabilă (la dimensiuni reduse). Întrebări test 1. Un corp gazos, care trece în fază lichidă: a)absoarbe din mediu căldura latentă de condensare;... b)evacuează în mediu căldura latentă de condensare; a) b) c) c)are temperatura constantă în timpul condensării.
Termotehnică 117 2. Umiditatea absolută, sau conţinutul de umiditate,, al aerului umed reprezintă: a)cantitatea de vapori de apă dintr-un kilogram de aer umed:;... b)cantitatea de vapori de apă dintr-un kilogram de aer uscat:; a) b) c) c)masa vaporilor de apă dintr-un volum dat. 3.Introducerea vaporilor de apă într-un volum de aer umed saturat, fără a modifica temperatura: a)conduce la creşterea umidităţii absolute;... b)conduce la creşterea umidităţii relative a) b) c) c)condensarea vaporilor de apă în eces. 4.Răcirea aerului umed, efectuată astfel încât conţinutul de umiditate să rămână constant, determină: a)scăderea entalpiei şi creşterea umidităţii relative;......... b)scăderea temperaturii şi creşterea umidităţii relative a) b) c) c)scăderea temperaturii şi a umidităţii relative 5.Încălzirea aerului umed, efectuată astfel încât conţinutul de umiditate să rămână constant, determină: a)creşterea entalpiei şi creşterea umidităţii relative;......... b)creşterea temperaturii şi scăderea umidităţii relative a) b) c) c)creşterea temperaturii şi a entropiei. 6.Răcirea aerului umed, efectuată astfel încât entalpia să rămână constantă, determină: a)creşterea umidităţii relative;...... b)scăderea umidităţii relative; a) b) c) c)creşterea umidităţii absolute. 7.Instalaţiile de condiţionare a aerului realizează: a)vehicularea aerului dintr-o încăpere;........ b)menţinerea temperaturii şi umidităţii la valori constante, recomandate din punct de vedere fiziologic; a) b) c) c)controlul automat al parametrilor aerului ambiant. Problema 9.1 Într-o incintă sunt 5 persoane. Fiecare persoană degajă un flu termic q kj d = 535 7,. În incintă trebuie menţinuţi parametrii T 293K h i = şi ϕ i = 60 %. În acest scop, aerul eterior este condiţionat astfel încât să ajungă la parametrii T c = 288K şi ϕ c = 40 % şi să preia degajările de căldură şi de umiditate din incintă. Să se calculeze: a)debitul de aer condiţionat, m, necesar pentru preluarea degajărilor de căldură; b)debitul masic de umiditate (apă), c)raza procesului, ε. G d, preluat de debitul de aer condiţionat..rezolvare Parametrii aerului din incintă sunt:
118 Termotehnică T i = 293K ϕ i = 60% kg Parametrii aerului condiţionat sunt: T c = 288K kg _ vapori i = 0,0087 kg _ aer h 42 kj i = kg _ vapori c = 0,004 kg _ aer _ uscat h 25 kj c = ϕ c = 40% kg a)fluul total de căldură degajat în incintă este: Q q kj kj d = 5 d = 5 535,7 = 2678,5 = 0, 744 h s Q d = Qd m = h h i ( h ) m h c i c 0, 744 = = 42 25 _ uscat de unde rezultă debitul necesar de aer condiţionat: kg 0,044 b) Debitul masic de apă, d, preluat de debitul de aer condiţionat: h ε = G 3 ( i c ) = 0,044( 0,0087 0,004) = 0,2 10 s Gd = m c)raza procesului este: i i h c c Q = G d d 0, 744 = 0,2 10 3 s = 3720 kj kg kg Probleme propuse 9.2. Într-o incintă se găseşte aer umed la presiunea p am = 100 kn 2. m Presiunea vaporilor de apă din incintă este p v = 51mbar. Să se calculeze presiunea p a, a aerului uscat şi umiditatea absolută,, a aerului din incintă. 9.3 Un volum de aer umed, care are caracteristicile t1 = 29 C şi ϕ1 = 0,2 la presiunea p = 101,3 kpa, este răcit izobar, astfel încât umiditatea o absolută,, rămâne constantă, până la temperatura t2 = 14 C. La ce valoare a umidităţii absolute s-a făcut răcirea? Cum s-a modificat umiditatea relativă? 9.4 Considerând datele iniţiale ale aerului umed: t1 = 36 C şi ϕ1 = 30% la presiunea p = 101,3 kpa, să se determine temperatura şi umiditatea relativă după o răcire izobară, la entalpie constantă, dacă umiditatea absolută finală este kg _ vapori 2 = 0,016. kg _ aer _ uscat o o
Termotehnică 119 RĂSPUNSURI ŞI REZOLVĂRI Întrebări test 1.b,c; 2.b; 3.c; 4.a,b; 5.b; 6.a,c; 7.a,b,c. Probleme 9.2.Rezolvare Presiunea pam a aerului umed, considerat un amestec de două gaze perfecte, este dată de legea lui Dalton: p am = pa + pv Rezultă că presiunea aerului uscat din amestec este: 3 2 p a = pam pv = 100 10 5110 = 94900 N 2 m Umiditatea absolută: p p 5100 = 0,622 v = 0,622 v = 0,622 = 0,0334 kg _ vapori p p p 94900 kg _ aer _uscat am v a 9.3.Rezolvare h 1 t 1 =29 o C t 2 2 φ 1 =20% 1 h 1 φ 2 =50% φ=100% h 2 0 1 Fig.9.3P Reprezentarea unui proces de răcire a aerului umed (1-2) la umiditate absolută constantă Starea iniţială a aerului umed este reprezentată de punctul 1 aflat la intersecţia o dreptei t1 = 29 C = ct, cu curba ϕ 1 = 20% = ct,în fig.9,3p. Acestui punct îi corespunde umiditatea absolută = 0,005 kg _ vapori. Deci, răcirea va avea loc la această valoare kg _ aer _ uscat a umidităţii absolute. Prin răcire, umiditatea relativă creşte. Verticala o corespunzătoare valorii = ct intersectează dreapta temperaturii t2 = 14 C = ct în punctul 2, căruia îi corespunde umiditatea relativă ϕ 2 = 50 %.
120 Termotehnică 9.4 Rezolvare Starea iniţială a aerului umed este reprezentată de punctul 1 aflat la o intersecţia dreptei t1 = 36 C = ct, cu curba ϕ 1 = 30% = ct, în fig.6,3p. Acestui punct îi corespunde umiditatea absolută kg _ vapori 1 = 0,0113 şi kg _ aer _ uscat entalpia specifică h 65 kj 1 =. Răcirea are loc la entalpie specifică constantă. kg Prin răcire, umiditatea relativă creşte. Dreapta entalpiei specifice h 1 = ct intersectează verticala corespunzătoare valorii kg _ vapori 2 = 0,016 în punctul 2, căruia îi corespunde kg _ aer _ uscat umiditatea relativă ϕ 2 = 80 %. h 1 2 φ 1 =30% t 1 =36 o C 1 φ 2 φ=100% t 2 2 h 1 ct 0 1 2 Fig.9.4P Reprezentarea unui proces de răcire a aerului umed (1-2) la entalpie specifică constantă