СОСТАВ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЗДУХА. ПРОЦЕССЫ ИЗМЕНЕНИЯ ЕГО СОСТОЯНИЯ

Сухой атмосферный воздух является смесью нескольких газов и содержит по объему 21 % кислорода, 78% азота, 0,95% аргона, 0,03% углекислоты и другие газы (например, гелий, неон и пр.).

В качестве примесей природный атмосферный воздух содержит также небольшое количество водяных паров, т. е. может иметь разную влажность. Содержание водяного пара в воздухе изменяется и зависит от температуры последнего. Для технических расчетов можно считать, что влажный воздух в пределах от —30 до 150°С подчиняется законам идеального (однородного) газа.

К основным параметрам, характеризующим физические свойства воздуха, относятся его удельный и объемный вес, теплоемкость, влагосодержание, теплосодержание, давление и температура.

Давление воздуха. Атмосферное давление воздуха В обычно называют барометрическим.

По закону Дальтона атмосферное давление состоит из давления сухого воздуха и давления водяных паров, т. е.

На уровне моря атмосферное давление в среднем равно 760 мм рт. ст. С повышением уровня местности оно падает. Для средней полосы европейской части СССР атмосферное давление составляет в среднем 745 мм рт. ст.

Обычно для практических расчетов принимают техническую атмосферу, которая равна 1 кгс/см2.

В отопительно-вентиляционной технике приходится иметь дело с относительно небольшими давлениями, и за единицу измерения давления принимается давление 1 кгс/м2, т. е. 0,0001 ати. Давление 1 кгс/м2 соответствует напору 1 мм вод. ст.

Процессы изменения состояния воздуха. Состояние сухого воздуха определяется давлением В, кгс/м2-, удельным объемом v, м3/кг, объемным весом у, кгс/м3 и абсолютной температурой Т в °К (по шкале Кельвина).

Удельным объемом называется объем единицы веса воздуха, а обратная ему величина представляет собой объемный (удельный) вес воздуха, т. е.

Теплоемкость воздуха. Различают удельную весовую и удельную объемную теплоемкости.

Весовой удельной теплоемкостью св называют количество тепла, необходимое для того, чтобы 1 кг воздуха нагреть на 1°; для вентиляционных расчетов принимают св=0,24 ккал/кг-град.

Объемной удельной теплоемкостью с0 называют количество тепла, которое необходимо для того, чтобы 1 ж3 воздуха нагреть на 1°. При /=0°С и барометрическом давлении В=745 мм вод. ст. со=0,31 ккал/м3-град.

С изменением температуры и давления объемная теплоемкость меняется пропорционально объемному весу воздуха. Поэтому при определении расходов тепла на подогрев воздуха точнее пользоваться весовой удельной теплоемкостью.

Весовая удельная теплоемкость водяных паров, содержащихся во влажном воздухе, еп=0,43 ккал/кг-град, откуда ясно, что удельная весовая теплоемкость влажного воздуха выше, чем сухого. Несмотря на это, при вентиляционных расчетах принимают во внимание, как правило, весовую удельную теплоемкость сухого воздуха, т. е. с =0,24 ккал/кг-град.

Количество тепла, необходимого для подогрева воздуха, определяют по формулам:

Влажность воздуха. Как указывалось ранее, в атмосферном воздухе всегда содержится некоторое количество водяных паров.

Влажный воздух может находиться в насыщенном и ненасыщенном состояниях. Влажный воздух, содержащий максимальное количество водяных паров при данной температуре, называют насыщенным. Воздух, в котором содержится не максимально возможное при данной температуре количество водяного пара, называют ненасыщенным. Ненасыщенный влажный воздух состоит из смеси сухого воздуха и перегретого водяного пара, а насыщенный влажный воздух — из сухого воздуха и насыщенного водяного пара.

Различают абсолютную влажность, влагосодержание и относительную влажность воздуха.

Абсолютной влажностью воздуха называется вес водяного пара, содержащегося в 1 мъ воздуха.

Характеристическое уравнение для водяных паров, содержащихся в 1 м3 влажного воздуха, имеет вид

т. е. абсолютная влажность Gn, кг/м3 известна, если известны парциальное давление водяного пара и его температура.

Влагосодержанием воздуха называют вес водяных паров, содержащихся RO влажном воздухе, сухая часть которого весит 1 кг.

Если на 1 кг сухого воздуха, находящегося в смеси с паром, приходится d кг водяного пара, то влажный воздух весит 1 кг, а давление смеси.

Характеристическое уравнение для сухого воздуха записывается так:

Относительной влажностью ф называют отношение веса содержащихся во влажном воздухе водяных паров D к их весу в воздухе DBac при полном насыщении и той же температуре з %:

Обычно количество паров в воздухе меньше того, которое соответствует его полному насыщению при данной температуре. Водяной пар, вводимый в насыщенный воздух, не может им усваиваться и конденсируется в виде капель, образуя туман.

Парциальное давление водяных паров насыщающих воздух при данной температуре, равно упругости (давлению) водяного пара при этой же температуре. Парциальное давление пара в ненасыщенном воздухе Рп меньше давления насыщенного водяного пара. Поэтому относительную влажность р в % можно определять как

При нагревании и охлаждении воздуха влагосодержание его не меняется, а относительная влажность или уменьшается, или возрастает. При достаточном понижении температуры воздух может достигнуть полного насыщения (т. е. ф=100%). Наинизшая критическая температура, при которой охлажденный воздух с постоянным влагосодержанием достигает полного насыщения, как это отмечалось в первом разделе, называется точкой росы. Охлаждение воздуха ниже температуры точки росы вызывает конденсацию водяного пара и образование тумана.

Основные физические характеристики воздуха (объемный вес, упругость водяного пара, влагосодержание при полном насыщении для различных температур при давлении 760 мм рт. ст.) приведены в приложении 16.

Объемный вес влажного воздуха. Как известно из предыдущего, влажный воздух является смешением сухого воздуха и водяного пара.

Если объем влажного воздуха L, а температура его Т, то характеристические уравнения для сухой части воздуха и водяных паров запишутся соответственно так:

Из формул (XV.24) и (XV.25) следует, что при одном и том же барометрическом давлении влажный воздух всегда легче сухого. Разница же в весах их настолько невелика, что для обычного вентиляционного воздуха ею можно пренебречь и без больших погрешностей принимать

При атмосферном давлении воздуха (760 мм рт. ст.) и температуре t=20°C (7=273 + 20 = 293), т. е. при условиях, которые наиболее часто встречаются в вентиляционных расчетах, объемный вес сухого воздуха можно принимать равным 1,2 кг/м3 (см. приложение 16).

Теплосодержание влажного воздуха. Теплосодержанием влажного воздуха называется общее количество тепла, содержащееся в сухой части воздуха и водяных парах.

Практически теплосодержание, как и влагосодержание, удобно относить к некоторому количеству влажного воздуха, сухая часть которого весит 1 кг. Если воздух содержит влагу в количестве d кг в 1 кг сухого воздуха, то полное весовое его количество будет равно 1+rf кг.

Михайлов Федор Семенович ОТОПЛЕНИЕ И ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИИ - М.: Стройиздат, 1972.