Д.т.н., профессор Каракеян В.И., к.т.н., профессор Ларионов Н.М., к.т.н., доцент Рябышенков А.С.

Национальный исследовательский университет «МИЭТ»

АНАЛИЗ ВЛАЖНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИТОЧНОГО ВОЗДУХА В СИСТЕМАХ КОНДЕЦИОНИРОВАНИЯ И ФИЛЬТРАЦИИ ВОЗДУХА ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Анализ параметров наружного приточного воздуха показал, что оптимальные решения по проектированию и расчету элементов систем кондиционирования и фильтрации воздуха (СКФВ) высокоэффективных производств могут быть приняты только с учетом научно-обоснованных данным по влажностным характеристикам приточного наружного воздуха. К таким характеристикам можно отнести влагосодержание, абсолютную и относительную влажность, а также некоторые другие, которые могут быть получены для условий, когда приточный воздух в СКФВ представляет собой двухкомпонентную систему «сухой воздух – водяной пар». Все расчетные формулы получены из сопоставления термодинамических уравнений состояния этих компонентов, при этом свойства каждого из них приравнены к свойствам идеального газа, а влага представлена только массой водяного пара, причем это справедливо для наружных параметров воздуха без осадков и тумана, наличие которых полностью изменяет весь фазово-компонентный состав наружного приточного воздуха и в СКФВ поступает влага не только в виде водяного пара, но и в виде массы воды, снега и льда.

На основании вышеизложенного появилась необходимость использования новых влажностных характеристик приточного наружного воздуха в СКФВ, а именно полное влагосодержание (), которое представляет собой сумму влагосодержания ( и дисперсной массы частиц воды, снега и льда (, содержащихся в воздухе во время осадков и тумана:

(1)

где - относительная влажность наружного приточного воздуха; - барометрическое давление, Па; - давление водяного пара в насыщенном воздухе, Па; V – удельный объем воздуха, ; - масса дисперсных частиц, .

По мере прохождения по элементам СКФВ воздушная смесь, состоящая из влажного воздуха и дисперсных частиц, нагревается и превращается в водяной пар, при этом повышается и ее давление на величину (. С учетом этого выражение (1) может быть представлено в следующем виде:

(2)

Чем ниже температура наружного приточного воздуха и большая дисперсная масса воды, снега и льда, тем больше отличие полного влагосодержания () от обычного влагосодержания (.

Выполняя совместное решение правых частей уравнений (1) и (2) можно получить приращение водяного пара , которое в свою очередь оказывает непосредственное влияние на все влажностные характеристики в СКФВ:

(3)

Следующей влажностной характеристикой приточного наружного воздуха является полная абсолютная влажность , которую по аналогии с влагосодержанием воздуха можно представить, как сумму абсолютной влажности воздуха ( и дисперсной массы частиц (:

, (4)

где - абсолютная влажность, ; - абсолютная влажность при насыщении, .

Полную относительную влажность также можно отнести к новым влажностным характеристикам приточного наружного воздуха, которую с учетом приращения давления водяного пара и уравнения (4) можно определить по формуле:

, (5)

где и - давление пара и абсолютная влажность насыщения в конце процесса при полном испарении частиц воды.

Изменение влажностных характеристик приточного наружного воздуха в СКФВ предполагает изменение и других параметров, среди которых можно выделить и энтальпию (теплосодержание) воздуха (, которая по аналогии с вышеприведенными параметрами называется полной энтальпией (:

, (6)

где - температура приточного наружного воздуха.

Приращение энтальпии определяется вычитанием из второго слагаемого правой части выражения (6), представляющего собой энтальпию водяного пара и полном влагосодержании, энтальпии пара при обычном влагосодержании, тогда:

. (7)

Приращение энтальпии за счет испаряющихся масс частиц воды, снега и льда во время осадков и тумана необходимо учитывать при анализе термодинамических фазовых переходов в воздухе и при определении расчетных значений энтальпии.

Изменения фазово-компонентного состава воздуха в элементах СКФВ во времени имеют весьма сложный характер. В зависимости от влажностных характеристик приточного наружного воздуха, определяемых метеоклиматическими условиями, приточный воздух в СКФВ может изменяться от одного - до многофазного состава в течение достаточно короткого промежутка времени.

Проведенный авторами тщательный анализ обобщенного отечественного и зарубежного опыта показал, что существующие научно-технические подходы и решения, используемые для нормализации параметров приточного наружного воздуха не всегда удовлетворяют современным требованиям при проектировании и расчете основных элементов СКФВ высокоэффективных производств.

Основными из этих требований являются следующие:

1. СКФВ должна эффективно функционировать как в теплый, так в холодный период года независимо от качества приточного наружного воздуха.

2. Влажностные характеристики приточного наружного воздуха не должны оказывать негативного влияния на оптимальную работу основных элементов СКФВ.