1. Ohřev
2. Chlazení
3. Vlhčení
4. Mísení

---

Pro snadné určování parametrů vzduchu při jeho úpravách ve VZD jednotkách se u nás nejčastěji používá tzv. Psychrometrický neboli h-x diagram diagram podle Molliera.

Můžeme v něm najít tyto hodnoty :

h - entalpie vlhkého vzduchu (dříve značená i ) kJ/kg (tj. množství tepla v J potřebné k ohřátí 1 kg vzduchu z 0⁰C na určitou teplotu)

x - měrná vlhkost vzduchu kg/kg nebo g/kg (t.j.hmotnostní množství vodní páry v 1 kg vzduchu)

t - teplota vzduchu ⁰C

j - relativní vlhkost vzduchu (někdy značeno R.H.)- nebo%

p_d - parciální (částečný) tlak vodních parPa

r - měrná hmotnost vzduchu kg/m³

d - okrajové (směrové) měřítko kJ/kg nebo kJ/g

J - faktor citelného tepla

h-x diagram je konstruován pro konstantní atmosférický tlak vzduchu. Nejčastěji pro p_a = 100 kPa, což odpovídá zhruba průměrnému tlaku ve výšce 111 m n.m. Atmosférický tlak vzduchu v závislosti na nadmořské výšce lze přibližně určit podle rovnice

  [ kPa]

kde h je výška nad hladinou moře v [m]

Vzduch, který nás obklopuje se nazývá vlhký vzduch a je to směs suchého vzduchu a vodní páry.

Abychom dokázali do h-x diagramu zakreslit konkrétní stav vzduchu, potřebujeme znát min. 2 veličiny. Nejčastěji to jsou teplota a vlhkost. Vlhkost se běžně udává v podobě relativní vlhkosti.

Relativní vlhkost může nabývat hodnot od 0 do 100 % nebo v desetinném čísle od 0 do 1. Běžně požadovaná relativní vlhkost v interiérech se pohybuje v rozmezí 40-60 % . Jestliže je j = 100 % , říkáme, že je vzduch vodními parami právě nasycen.

Další způsob vyjádření vlhkosti vzduchu je měrná vlhkost. Čím je vyšší teplota vzduchu, tím více vlhkosti je schopen pohltit, což je názorně patrné z h-x diagramu.

V zahraniční literatuře se však často setkáváme s určením vlhkosti pomocí tzv. teploty mokrého teploměru. Teplotu mokrého teploměru získáme při adiabatickém zvlhčování vzduchu až na mez sytosti (tedy j = 100 % ). Tzn. jestliže je stav vzduchu určený dvěmi teplotami, např.

• dry bulb temperature (teplota vlhkého vzduchu):20 °C
• wet bulb temperature (teplota mokrého teploměru):13 °C

z h-x diagramu  odečteme, že se jedná o vzduch o teplotě :20⁰C a relativní vlhkosti :45 %

Další hodnota, která skrytě udává vlhkost je teplota rosného bodu (dew point temperature). Tu získáme, jestliže vzduch ochlazujeme při konstantní měrné vlhkosti až na stav nasycení ( = 100 % ).

Pro posouzení vlhkostního stavu prostředí je však rozhodující vyjádření pomocí relativní vlhkosti, které se nejvíce blíží vnímání vlhkosti člověkem.

 

Průběhy úprav vzduchu v klimatizaci znázorněné v h-x diagramu

1. Ohřev

Při ohřívání vzduchu se jeho měrná vlhkost nemění, tedy skutečné hmotnostní množství vodních par v 1 kg suchého vzduchu je konstantní, ale relativní vlhkost se zmenšuje.

Proto se může stát, že když v zimním období ohříváme vzduch z teplot hluboko pod bodem mrazu, dostaneme po ohřátí velmi suchý vzduch. Např. t_i = -12^oC, j _i = 80 % po ohřátí na t₂ = 22^oC bude j ₂ = 8 % .

t₁ < t₂ j ₁ > j ₂ x₁ = x₂ h₁ < h₂

Tepelný výkon pro ohřev vlhkého vzduchu se vypočítá podle vzorce

m_sv - hmotnostní průtok suchého vzduchu kg/s

m_vp - hmotnostní průtok vodní páry ve vzduchu kg/s

c_sv - měrná tepelná kapacita suchého vzduchu J/kg.K

c_vp - měrná tepelná kapacita vodní páry J/kg.K

Dt - rozdíl teplot vlhkého vzduchu K nebo ⁰C

Druhá část rovnice - teplo na ohřátí vodní páry ve vzduchu - představuje velmi malý výkon a proto se zanedbává.

Např. Vzduch t₁= 0⁰C, j ₁=60 % , V = 1500m³/h ohříváme na t₂= 20⁰C.

Odečtením z h-x diagramu x₁= 2,5g/kg tedy m_vp= m.x₁ = 1,25g/s

Q = 0,5.1,01.20 + 0,00125.1,84.20 = 10 + 0,03 = 10 kW

2. Chlazení

Při chlazení vzduchu rozeznáváme dva případy.

a) Suché chlazení - nastává tehdy, jestliže povrchová teplota chladiče (=povrchová teplota trubek s chladícím médiem) je vyšší než teplota rosného bodu chlazeného vzduchu. Pak změna stavu vzduchu probíhá opačně než ohřev, kdy nedochází ke změně měrné vlhkosti ve vzduchu.

obr.1

t₁ > t₂ x₁ = x₂ j ₁ < j ₂ h₁ > h₂

b) Mokré chlazení - nastává tehdy,jestliže povrchová teplota chladiče je nižší než teplota rosného bodu chlazeného vzduchu. To má za následek kondenzaci vodní páry na povrchu chladiče, čímž dochází k vysoušení vzduchu. Směr změny stavu vzduchu leží zhruba na spojnici bodu 1 a průsečíku t_ch s j =1.

obr.2

t₁ > t₂ x₁ > x₂ j ₁ < j ₂ h₁ > h₂

Výpočet chladícího výkonu jde u suchého chlazení počítat podle stejného vzorce jako u ohřevu, tedy Q = m.c.D t.

Jestliže ale probíhá mokré chlazení, tento vzorec vycházející ze změny pouze citelného tepla nezachytí výkon potřebný pro kondenzaci vodní páry. Proto musíme použít vztah, který zachycuje i změnu latentního tepla, tedy Q = m.D h.

Čím je nižší povrchová teplota chladiče, tím více vody se na jeho povrchu vysráží a tím větší celkový chladící výkon získáme.

Např. Máme objemový průtok vzduchu V = 1000m³/h o teplotě t₁= 32⁰C a relativní vlhkosti j ₁= 30% . Chceme ho ochladit na t₂= 20⁰C. K dispozici máme chladiče o různé povrchové teplotě viz. obr.1 a 2.

Je-li t_ch= 16⁰C, tedy vyšší než teplota rosného bodu, pak

Q = m.c.D t = 0,28m³/h . 1,2kg/m3 . 1,01kJ/kg.K . 12K = 4 kW

Je-li t_ch= 7⁰C, tedy nižší než teplota rosného bodu, pak

Q = m.D h = 0,28 . 1,2 . (55-40) = 5 kW

3. Vlhčení

Vlhčení vzduchu se provádí v zásadě dvěma způsoby.Buď do vzduchu rozstřikujeme vodu, nebo vháníme páru.

a) Vlhčení vodou nazýváme adiabatické vlhčení při kterém klesá teplota vlhčeného vzduchu. Směr změny stavu vzduchu se v h-x diagramu přesně určí podle směrového měřítka.

d = c_w.t_w

Bývá v rozmezí 0 - 0,42.10^-6 J/kg, tedy přibližně rovnoběžně s čarami konstantní entalpie.

Např. teplota vlhčící vody t_w= 12⁰C, pak d = c_w.t_w= 4,187.12.10^-3 = 0,05 kJ/g

x₁ < x₂ j ₁ < j₂ t_{1 >} t₂ h₁ = h₂

b) Vlhčení parou

Přivádíme - li do vzduchu páru, teplota vzduchu se nesnižuje, naopak může mírně stoupat. Směr změny stavu vzduchu se v h-x diagramu přesně určí opět podle směrového měřítka, kdy d = h_p. Entalpie páry závisí na tlaku a teplotě, ale pohybuje se mírně nad h = 2,6 kJ/g, což je v h-x diagramu přibližně směr izotermy, tedy konstantní teploty.

t₁ = t₂ x₁ < x₂ j ₁ < j₂ h₁ < h₂

4. Mísení

Ve vzduchotechnice často pracujeme se směsí venkovního a cirkulačního vzduchu, proto je nutné umět určit, jaké parametry bude mít výsledný vzduch. To se dá zjistit početně nebo pomocí jednoduché konstrukce v h-x diagramu.

Využijeme - li vztahů pro podobnost trojúhelníků, můžeme psát, že

odtud :

Tato podobnost trojúhelníků platí pro křivky teploty, entalpie a měrné vlhkosti, nedá se ji však použít pro relativní vlhkost j .

Např. Chceme smísit V₁ = 2000m³/h o teplotě t₁= 20⁰C a V₂ = 3000m³/h o teplotě t₂= -5⁰C.

Teplota vzduchu po smísení bude :

Pokud nastane situace, že po smísení dvou vzduchů bude v h-x diagramu konečný stav pod křivkou nasycení ( j = 1 ), nastane situace, že vzduch je přesycen vodní parou a nadměrná vlhkost daná D x se změní v mlhu a vzduch bude mít parametry sytého vzduchu o teplotě t_s a j = 100 % -

Ing. Lada Centnerová