KHÔNG KHÍ ẨM

Độ ẩm tương đối.

$\varphi =\frac{{\rho }_h}{{\rho }_{\text{max}}}\text{,\%}$(1-4) Độ ẩm tương đối của không khí ẩm , ký hiệu là $\varphi$ (%) là tỉ số giữa độ ẩm tuyệt đối $\rho$_h của không khí với độ ẩm bão hòa $\rho$_max ở c& #249;ng nhiệt độ với trạng thái đã cho.

(1-5)hay :

Độ ẩm tương đối biểu thị mức độ chứa hơi nước trong không khí ẩm so với không khí ẩm bão hòa ở cùng nhiệt độ.

Khi φ = 0 đó là trạng thái không khí khô.

0 < φ < 100 đó là trạng thái không khí ẩm chưa bão hoà.

φ = 100 đó là trạng thái không khí ẩm bão hòa.

- Độ ẩm φ là đại lượng rất quan trọng của không khí ẩm có ảnh hưởng nhiều đến cảm giác của con người và khả năng sử dụng không khí để sấy các vật phẩm.

- Độ ẩm tương đối $\varphi$ có thể xác định bằng công thức, hoặc đo bằng ẩm kế . Ẩm kế là thiết bị đo gồm 2 nhiệt kế : một nhiệt kế khô và một nhiệt kế ướt. Nhiệt kế ướt có bầu bọc vải thấm nước ở đó hơi nước thấm ở vải bọc xung quanh bầu nhiệt kế khi bốc hơi vào không khí sẽ lấy nhiệt của bầu nhiệt kế nên nhiệt độ bầu giảm xuống bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt t_ư ứng với trạng thái không khí bên ngoài. Khi độ ẩm tương đối bé , cường độ bốc hơi càng mạnh, độ chênh nhiệt độ giữa 2 nhiệt kế càng cao. Do đó độ chênh nhiệt độ giữa 2 nhiệt kế phụ thuộc vào độ ẩm tương đối và nó được sử dụng để làm cơ sở xác định độ ẩm tương đối $\varphi$. Khi φ =100%, quá trình bốc hơi ngừng và nhiệt độ của 2 nhiệt kế bằng nhau.

Dung ẩm (độ chứa hơi).

$d=\frac{G_h}{G_k},\text{kg}/\text{kgkkk}$(1-6) Dung ẩm hay còn gọi là độ chứa hơi, được ký hiệu là d là lượng hơi ẩm chứa trong 1 kg không khí khô.

- G_h : Khối lượng hơi nước chứa trong không khí, kg

$d=\mathrm{0,}\text{622}\text{.}\frac{p_h}{p_k}=\frac{p_h}{p-p_h},\text{kg}/\text{kgkkk}$(1-7) - G_k : Khối lượng không khí khô, kg

$d=\frac{G_h}{G_k}=\frac{{\rho }_h}{{\rho }_k}=\frac{p_h}{p_k}\text{.}\frac{R_k}{R_h}$Ta có quan hệ:

(1-8)Sau khi thay R = 8314/μ ta có

Nhiệt độ.

Nhiệt độ là đại lượng biểu thị mức độ nóng lạnh. Đây là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến cảm giác của con người. Trong kỹ thuật điều hòa không khí người ta thường sử dụng 2 thang nhiệt độ là độ C và độ F. Đối với một trạng thái không khí nhất định nào đó ngoài nhiệt độ thực của nó trong kỹ thuật còn có 2 giá trị nhiệt độ có ảnh hưởng nhiều đến các hệ thống và thiết bị là nhiệt độ điểm sương và nhiệt độ nhiệt kế ướt.

- Nhiệt độ điểm sương: Khi làm lạnh không khí nhưng giữ nguyên dung ẩm d (hoặc phân áp suất p_h) tới nhiệt độ t_s nào đó hơi nước trong không khí bắt đầu ngưng tụ thành nước bão hòa. Nhiệt độ t_s đó gọi là nhiệt độ điểm sương.

Như vậy nhiệt độ điểm sương của một trạng thái bất kỳ nào đó là nhiệt độ ứng với trạng thái bão hòa và có dung ẩm bằng dung ẩm của trạng thái đã cho. Hay nói cách khác nhiệt độ điểm sương là nhiệt độ bão hòa của hơi nước ứng với phân áp suất p_h đã cho. Từ đây ta thấy giữa t_s và d có mối quan hệ phụ thuộc.

- Nhiệt độ nhiệt kế ướt : Khi cho hơi nước bay hơi đoạn nhiệt vào không khí chưa bão hòa (I=const) . Nhiệt độ của không khí sẽ giảm dần trong khi độ ẩm tương đối tăng lên. Tới trạng thái $\varphi$ = 100% quá trình bay hơi chấm dứt. Nhiệt độ ứng với trạng thái bão hoà cuối cùng này gọi là nhiệt độ nhiệt độ nhiệt kế ướt và ký hiệu là t_ư . Người ta gọi nhiệt độ nhiệt kế ướt là vì nó được xác định bằng nhiệt kế có bầu thấm ướt nước.

Như vậy nhiệt độ nhiệt kế ướt của một trạng thái là nhiệt độ ứng với trạng thái bão hòa và có entanpi I bằng entanpi của trạng thái đã cho. Giữa entanpi I và nhiệt độ nhiệt kế ướt t_ư có mối quan hệ phụ thuộc. Trên thực tế ta có thể đo được nhiệt độ nhiệt kế ướt của trạng thái không khí hiện thời là nhiệt độ trên bề mặt thoáng của nước.

Entanpi

Entanpi của không khí ẩm bằng entanpi của không khí khô và của hơi nước chứa trong nó.

(1-9) Entanpi của không khí ẩm được tính cho 1 kg không khí khô. Ta có công thức:

I = C_pk.t + d (r_o + C_ph.t) kJ/kg kkk

Trong đó :

C_pk - Nhiệt dung riêng đẳng áp của không khí khô C_pk = 1,005 kJ/kg.^oC

C_ph - Nhiệt dung riêng đẳng áp của hơi nước ở 0_oC : C_ph = 1,84 kJ/kg.^oC

r_o - Nhiệt ẩn hóa hơi của nước ở 0^oC : r_o = 2500 kJ/kg

(1-10)Như vậy:

I = 1,005.t + d (2500 + 1,84.t) kJ/kg kkk

Đồ thị I-d.

Đồ thị I-d biểu thị mối quan hệ của các đại lượng t, $\varphi$, I, d và p_bh của không khí ẩm . Đồ thị được giáo sư L.K.Ramzin (Nga) xây dựng năm 1918 và sau đó được giáo sư Mollier (Đức) lập n ăm 1923. Nhờ đồ thị này ta có thể xác định được tất cả các thông số còn lại của không khí ẩm khi biết 2 thông số bất kỳ . Đồ thị I-d thường được các nước Đông Âu và Liên xô (cũ) sử dụng.

Đồ thị I-d được xây dựng ở áp suất khí quyển 745mmHg và 760mmHg.

Đồ thị gồm 2 trục I và d nghiêng với nhau một góc 135^o. Mục đích xây dựng các trục nghiêng một góc 135^o là nhằm làm giãn khoảng cách giữa các đường cong tham số để thuận lợi cho việc tra cứu.

Trên đồ thị này các đường I = const nghiêng với trục hoành một góc 135^o, đường d = const là những đường thẳng đứng. Đối với đồ thị I-d được xây dựng theo cách trên cho thấy các đường tham số hầu như chỉ nằm trên góc 1/4 thứ nhất .Vì vậy, để hình vẽ được gọn người ta xoay trục d lại vuông góc với trục I mà vẫn giữ nguyên các đường cong như đã biểu diễn, tuy nhiên khi tra cứu entanpi I của không khí ta vẫn tra theo đường nghiêng với trục hoành một góc 135^o.

Trên đồ thị I-d các đường đẳng nhiệt t=const là những đường thẳng chếch lên trên , các đường $\varphi$ = const là những đường cong lồi, càng lên trên khoảng cách giữa chúng càng xa. Các đường $\varphi$ = const không cắt nhau và không đi qua gốc toạ độ. Đi từ trên xuống dưới độ ẩm $\varphi$ càng tăng. Đường cong $\varphi$ =100% hay còn gọi là đường bão hoà ngăn cách giữa 2 vùng : Vùng chưa bão hoà và vùng ngưng kết hay còn gọi là vùng sương mù. Các điểm nằm trong vùng sương mù thường không ổn định mà có xung hướng ngưng kết bớt hơi nước và chuyển về trạng thái bão hoà .

Khi áp suất khí quyển thay đổi thì đồ thị I-d cũng thay đổi theo. Áp suất khí quyển thay đổi trong khoảng 20mmHg thì sự thay đổi đó là không đáng kể.

Trên hình 1.1 là đồ thị I-d của không khí ẩm , xây dựng ở áp suất khí quyển B_o= 760mmHg. Trên đồ thị này ở xung quanh còn có vẽ thêm các đường ε=const giúp cho tra cứu các sơ đồ tuần hoàn không khí trong chương 4.

Hình 1.1 : Đồ thị I-d của không khí ẩm

Đồ thị d-t.

Đồ thị d-t được các nước Anh, Mỹ , Nhật, Úc ...vv sử dụng rất nhiều

Đồ thị d-t có 2 trục d và t vuông góc với nhau , còn các đường đẳng entanpi I=const tạo thành gốc 135^o so với trục t. Các đường φ = const là những đường cong tương tự như trên đồ thị I-d. Có thể coi đồ thị d-t là hình ảnh của đồ thị I-d qua một gương phản chiếu.

Hình 1.2 : Đồ thị t-d của không khí ẩm

Đồ thị d-t chính là đồ thị t-d khi xoay 90^o , được Carrrier xây dựng năm 1919 nên thường được gọi là đồ thị Carrier.

Trục tung là độ chứa hơi d (g/kg), bên cạnh là hệ số nhiệt hiện SHF (Sensible)

Trục hoành là nhiệt độ nhiệt kế khô t (^oC)

Trên đồ thị có các đường tham số

- Đường I=const tạo với trục hoành một góc 135^o. Các giá trị entanpi của không khí cho tbên cạnh đường φ=100%, đơn vị kJ/kg không khí khô

- Đường φ=const là những đường cong lõm, càng đi lên phía trên (d tăng) φ càng lớn. Trên đường φ=100% là vùng sương mù.

- Đường thể tích riêng v = const là những đường thẳng nghiêng song song với nhau, đơn vị m³/kg không khí khô.

- Ngoà i ra trên đồ thị còn có đường I_hc là đường hiệu chỉnh entanpi (sự sai lệch giữa entanpi không khí bão hoà và chưa bão hoà)

Quá trình thay đổi trạng thái của không khí .

Quá trình thay đổi trạng thái của không khí ẩm từ trạng thái A (t_A, $\varphi$_A) đến B (t_B, φ_B) được biểu thị bằng đoạn thẳng AB, mủi tên chỉ chiều quá trình gọi là tia quá trình.

Đặt (I_A - I_B)/(d_A-d_B) = ΔI/Δd =ε_AB gọi là hệ số góc tia của quá trình AB

Ta hãy xét ý nghĩa hình học của hệ số ε_AB

Ký hiệu góc giữa tia AB với đường nằm ngang là α. Ta có

ΔI = I_B - I_A = m.AD

Δd= d_B - dA = n.BC

Trong đó m, n là tỉ lệ xích của các trục toạ độ.

Từ đây ta có

ε_AB = ΔI/Δd = m.AD/n.BC

ε_AB = (tgα + tg45^o).m/n = (tgα + 1).m/n

Như vậy trên trục toạ độ I-d có thể xác định tia AB thông qua giá trị ε_AB . Để tiện cho việc sử dụng trên đồ thị ở ngoài biên người ta vẽ thêm các đường ε = const . Các đường ε = const có các tính chất sau :

- Hệ số góc tia ε phản ánh hướng của quá trình AB, mỗi quá trình ε_{có một giá trị nhất định.}

- Các đường ε_{có trị số như nhau thì song song với nhau.}

- Tất cả các đường ε_{đều đi qua góc tọa độ (I=0 và d=0).}

Quá trình hòa trộn hai dòng không khí.

Trong kỹ thuật điều hòa không khí người ta thường gặp các quá trình hòa trộn 2 dòng không khí ở các trạng thái khác nhau để đạt được một trạng thái cần thiết. Quá trình này gọi là quá trình hoà trộn.

Giả sử hòa trộn một lượng không khí ở trạng thái A(I_A, d_A) có khối lượng phần khô là L_A với một lượng không khí ở trạng thái B(I_B, d_B) có khối lượng phần khô là L_B và thu được một lượng không khí ở trạng thái C(I_C, d_C) có khối lượng phần khô là L_C. Ta xác định các thông số của trạng thái hoà trộn C.

Hình 1.4 : Quá trình hoà trộn trên đồ thị I-d

Ta có các phương trình:

- Cân bằng khối lượng

L_C = L_A + L_B (1-11)

- Cân bằng ẩm

d_C.L_C = d_A .L_A + d_B .L_B (1-12)

- Cân bằng nhiệt

I_C.L_C = I_A .L_A + I_B .L_B (1-13)

Thế (a) vào (b), (c) và trừ theo vế ta có :

(I_A - I_C).L_A = (I_C - I_B).L_B

(d_A - d_C).L_A = (d_C - d_B).L_B

$\frac{I_A-I_C}{d_A-d_C}=\frac{I_C-I_B}{d_C-d_B}$(1-14)hay :

$\frac{I_A-I_C}{I_C-I_B}=\frac{d_A-d_C}{d_C-d_B}=\frac{L_B}{L_A}$(1-15)Từ biểu thức này ta rút ra:

- Phương trình (1-14) là các phương trình đường thẳng AC và BC, các đường thẳng này có cùng hệ số góc tia và chung điểm C nên ba điểm A, B, C thẳng hàng. Điểm C nằm trên đoạn AB.

- Theo phương trình (1-15) suy ra điểm C nằm trên AB và chia đoạn AB theo tỷ lệ L_B/L_A

(1-16) $I_C=I_A\text{.}\frac{L_A}{L_C}+I_B\text{.}\frac{L_B}{L_C}$Trạng thái C được xác định như sau :

(1-17)

* * *