Termotehnică 105

9.INSTALAŢII DE VENTILAŢIE ŞI CLIMATIZARE

9.1 Generalităţi

Aerul este un amestec gazos constituit din 78.1% azot, 21% oxigen şi 0.9% alte gaze, cum ar fi argonul, dioxidul 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 exterior, preia nocivităţile (căldură, umiditate, gaze, praf etc.) aflate în exces 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 noxele 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 exterior şi interior. Ventilarea naturală poate fi neorganizată, atunci când pătrunderea aerului din exterior 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 complexe, care reglează atât temperatura, cât şi umiditatea aerului din incintă la valori stabilite de către beneficiar, oricare ar fi valorile acestor parametri în exteriorul incintei climatizate. În acelaţi timp sunt evacuate noxele 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 exteriorul 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.

9.2Vapori

9.2.1.Schimbări de fază Corpurile pot să existe 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 exterior, 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:

m

Ll = [J/kg].

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, coexistă la punctul triplu TTTT. 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:

Fig. 9.1 Transformări de fază de ordinul 1 procese însoţite de primirea căldurii latente de către corp, din mediul exterior, procese însoţite de cedarea căldurii latente de către corp, în mediul exterior.

GAZ

Topire

Condensare

Vaporizare

Desublimare

Sublimare

TTTT

Solidificare

T

p KKKK

SOLID LICHID

Termotehnică 107

Curba de echilibru lichid-gaz este distinctă între punctul triplu TTTT şi punctul critic K.K.K.K. La temperaturi mai mari decât temperatura punctului critic,TK , corpurile există 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 Experimental 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.

B’ A’

K

B A

S

L-V L

dT=0

TK

T

VS1

VS2

Fig.9.2 Diagrama T-s pentru ilustrarea zonelor de lichid (L), vapori umezi(L-

V) şi vapori supraîncălziţi (VS)

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 T0, pe care o încălzim sub presiune constantă până la temperatura finală Tf. Procesul este reprezentat în figura 9.3. Cantitatea de căldură absorbită de apă determină încălzirea acesteia până la temperatura TA. 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.

Fig.9.3 Reprezentarea unui proces de încălzire a unei cantităţi de apă de la temperatura T0 la Tf, cu schimbare de fază

În acest exemplu, temperatura TA are valoarea temperaturii de saturaţie corespunzătare presiunii la care se desfăşoară vaporizarea. Curba reprezentată în fig. 9.3 este o izobară. La presiune normală, bar013,1p = , temperatura de fierbere a apei este

K15,373Ts =

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:

(9.1) lv

v

mm

mX

−=

Titlul vaporilor saturaţi umezi este cuprins între zero, caz în care masa vaporilor este nulă ( )0mv = şi unu, caz în care masa lichidului este nulă ( )0ml = .

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 pam a aerului umed este dată de relaţia: (9.2) vaam ppp +=

unde −ap presiunea parţială a aerului, −vp presiunea parţială a vaporilor,

TA

T0

s

T

dT=0 A B

Tf

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 :

(9.3) a

v

m

mx =

kgaeruscatOkgvaporiH 2

Conform legii lui Dalton rezultă:

(9.4) vam

vv

v

a

a

v

a

v

pp

p622,0

pa

p622,0

TR

TR

Vp

Vp

m

mx

−====

Umiditatea relativă, ϕ , a aerului umed este raportul dintre cantitatea de vapori existentă în aer şi cantitatea maximă de vapori de apă pe care o poate absorbi aerul la acea temperatură

(9.5) u

v

u

v

p

p≈=

ρρ

ϕ

(9.5) u

v

u

v

p

p≈=

ρρ

ϕ

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 maximă de vapori de apă, la temperatura considerată.

Exemplu: aerul umed dintr-o incintă, aflat la temperatura de 20 oC , conţine vapori de apă cu presiunea parţială de 18mbar. Aerul umed nu este saturat, deoarece din tabelul 6 din anexă reiese că presiunea de saturaţie corespunzătoare temperaturii de 20 oC este ps= 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 oC este saturat. Un aport ulterior de vapori determină condensarea vaporilor în exces.

Starea de saturaţie este caracterizată de valoarea 1=ϕ sau %100=ϕ . 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 ca valoare medie, pc . Pentru domeniul de temperatură: C80C20 oo ÷− , se pot

considera valorile medii următoare:

KkgkJ1c pa ⋅= , căldura specifică a aerului uscat;

KkgkJ84,1c pv ⋅= căldura specifică a vaporilor de apă[7].

Pentru amestec (aer umed), căldura specifică se obţine cu relaţia: (9.6) pvpap cxcc ⋅+=

Entalpia specifică a aerului umed se calculează în funcţie de entalpia celor două componente ale amestecului. În calculul acestor mărimi, pentru comoditate, se consideră că entalpia specifică a apei la temperatura C0t o= 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, ha: (9.7) Tch paa ⋅=

• entalpia specifică a vaporilor de apă: (9.8) opvv lTch +⋅=

unde lo-căldura latentă masică de vaporizare a apei la temperatura C0t o= , kg

kJ2500lo = .

Bilanţul conţinutului total de căldură al amestecului conduce la egalitatea: ( ) vvaava mhmhmmh ⋅+⋅=+

din care, dacă ţinem cont de relaţia (9.3), rezultă entalpia specifică a aerului umed, h: ( ) va hxh1xh ⋅+=+

(9.9) 1x

hxhh va

+⋅+

= .

Deci, entalpia unei mase mam de aer umed va fi: hmH am ⋅=

Studiul aerului umed se face cu ajutorul diagramei entalpie-conţinut de umiditate, h-x. Diagrama este prezentată AnexaHX. Cu ajutorul acestei diagrame o anumită stare a aerului umed se poate defini complet, prin toate mărimile sale caracteristice: h, x, t, φ. Diagrama are axele înclinate, unghiul dintre axa umidităţii Ox şi axa entalpiei Oh fiind de 135º. Pentru uşurarea utilizării diagramei, valorile conţinutului de umiditate, x, al aerului umed sunt transferate de pe axa reală înclinată, pe axa orizontală. Izoterma de 00 C este orizontală. Liniile de entalpie

Termotehnică 111

constantă sunt paralele cu axa 0x înclinată, iar liniile de conţinut de umiditate constant sunt paralele cu axa Oh. Temperatura este măsurată în grade Celsius. Izotermele formează un fascicul divergent de drepte.

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 tA, entalpia hA, umiditatea relativă φA şi conţinutul de umiditate xA.

Fig.9.5 Reprezentarea trecerii aerului umed din starea B, în starea A, printr-un proces de rază ε

0

φ=1

φ2<φ1

τA tτA

xA

φA<φ2

hA

tA

A

x

x

h

φ1<1

Δh

ε

hB

xB

B tB

φ=1

τA tτA

xA

φA

hA

tA

A

x

h

φB

Δx

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 Δx. Raza procesului, notată cu ε, este mărimea care dă sensul transformării şi este definită ca fiind raportul:

(9.10) x

h

∆∆ε = ;

kgJ

Raza procesului este figurată pe diagrama h-x 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, x. Analog, direcţia verticală cu −∞=ε reprezintă răcirea fără variaţia conţinutului de umiditate. Direcţia 0=ε 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 (x=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).

Fig.9.6.Evoluţie a aerului umed în care conţinutul de umiditate se menţine constant

Debitul masic de aer vehiculat de o instalaţie, •m ,

skg poate prelua:

debitul de căldură:

(9.11) hmQ ∆∆ ⋅=••

, [ ]W , şi debitul de umiditate:

x x

hB

B

0

φ=100%

x

φA<φB

hA>hB

tA>tB A

x

h

φB<φ

tB

Termotehnică 113

(9.12) xmG ∆∆ ⋅=••

,

skg .

unde h∆ -diferenţa dintre entalpia aerului umed neventilat şi entalpia aerului după ventilare;

x∆ -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 exteriorul încăperii. Aceşti factori determină diferenţa de presiune (între interior şi exterior) 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 fixe, coşuri de ventilare, deflectoare, luminatoare. Coşurile de ventilare sunt prevăzute la încăperile fără ferestre spre exterior. În cazul în care viteza vântului este nulă, schimbul natural de aer este datorat diferenţei de presiune:

( )ieghp ρρ∆ −⋅=

unde h-diferenţa dintre axele deschiderilor de intrare şi de ieşire a aerului din încăpere; e,iρ -densitatea aerului din interior, respectiv exterior.

Diferenţa de densitate dintre exteriorul 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 exteriorul 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 exemple 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 exterior. Aerul proaspăt intră prin neetanşeităţile clădirii.

114 Termotehnică

Fig.9.7.Schema de principiu a unei instalaţii de ventilaţie prin absorbţie 1.camera ventilată; 2.ventilator de evacuare.

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 exterior (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 exterior. Astfel, incinta ventilată este protejată împotriva pătrunderii aerului viciat din încăperile vecine. Asigurarea confortului termic pe timp de iarnă impune încălzirea aerului introdus din exterior. 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 exterior, iar aerul viciat este eliminat în totalitate în mediul exterior. 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.

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.

������������

1 3 4 5 2

������������������

1 2 3 4

2 1

Termotehnică 115

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 exces. 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 exterior, sau aerul exterior 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 exterior este amestecat, în camera de amestecare, 1, cu aer recirculat din interior.

3

2

������������

6 71 5

4

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 tC 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, tC. Aerul, astfel condiţionat, este introdus în încăperea 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 fixă, 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.

Aer refulat

Aer recirculat

Aer din exterior

Încăperea cu aer

condiţionat

TC

H

CA

1 2 3 4 5 6

7 8

9

Termotehnică 117

2. Umiditatea absolută, sau conţinutul de umiditate, x, 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 exces.

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 flux termic

hkJ7,535qd =

⋅. În incintă trebuie menţinuţi parametrii K293Ti = şi %60i =ϕ .

În acest scop, aerul exterior este condiţionat astfel încât să ajungă la parametrii K288Tc = şi %40c =ϕ 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), dG⋅

, preluat de debitul de aer condiţionat. c)raza procesului, ε . .Rezolvare Parametrii aerului din incintă sunt:

118 Termotehnică

K293Ti = uscat_aer_kgvapori_kg0087,0xi =

%60i =ϕ kgkJ42hi =

Parametrii aerului condiţionat sunt:

K288Tc = uscat_aer_kgvapori_kg004,0xc =

%40c =ϕ kgkJ25hc =

a)Fluxul total de căldură degajat în incintă este:

skJ

hkJqQ dd 744,05,26787,53555 ==⋅=⋅=

⋅⋅

( )cid hhmQ −=⋅⋅

de unde rezultă debitul necesar de aer condiţionat:

skg044,0

2542

744,0

hh

Qm

ci

d =−

=−

=⋅

⋅

b) Debitul masic de apă, dG⋅

, preluat de debitul de aer condiţionat:

( ) ( ) skg102,0004,00087,0044,0xxmG 3

cid−

⋅⋅⋅=−=−=

c)Raza procesului este:

kgkJ3720

102,0

744,0

G

Q

xx

hh3

d

d

ci

ci =⋅

==−−

=−⋅

⋅

ε

Probleme propuse

9.2. Într-o incintă se găseşte aer umed la presiunea 2amm

kN100p = .

Presiunea vaporilor de apă din incintă este mbar51pv = . Să se calculeze presiunea ap , a aerului uscat şi umiditatea absolută, x, a aerului din incintă.

9.3 Un volum de aer umed, care are caracteristicile C29t o1 = şi

2,01 =ϕ la presiunea kPa3,101p = , este răcit izobar, astfel încât umiditatea

absolută, x, rămâne constantă, până la temperatura C14t o2 = . La ce valoare a

umidităţii absolute s-a făcut răcirea? Cum s-a modificat umiditatea relativă?

9.4 Considerând datele iniţiale ale aerului umed: C36t o1 = şi

%301 =ϕ la presiunea kPa3,101p = , să se determine temperatura şi umiditatea relativă după o răcire izobară, la entalpie constantă, dacă umiditatea absolută

finală este uscat_aer_kgvapori_kg016,0x2 = .

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 amp a aerului umed, considerat un amestec de două gaze perfecte, este dată de legea lui Dalton: vaam ppp +=

Rezultă că presiunea aerului uscat din amestec este: 2

23vama

mN94900105110100ppp =⋅−⋅=−=

Umiditatea absolută:

uscat_aer_kgvapori_kg0334,0

94900

5100622,0

p

p622,0

pp

p622,0x

a

v

vam

v ===−

=

9.3.Rezolvare

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 dreptei ctC29t o

1 == , cu curba ct%201 ==ϕ ,în fig.9,3P. Acestui punct îi corespunde umiditatea absolută

uscat_aer_kgvapori_kg005,0x = . Deci, răcirea va avea loc la această valoare

a umidităţii absolute. Prin răcire, umiditatea relativă creşte. Verticala corespunzătoare valorii ctx = intersectează dreapta temperaturii ctC14t o

2 ==

în punctul 2, căruia îi corespunde umiditatea relativă %502 =ϕ .

x x1

h2

2

0

φ=100%

x1

φ1=20%

h1

t1 =29oC 1

x

h

φ2=50%

t2

120 Termotehnică

9.4 Rezolvare Starea iniţială a aerului umed este reprezentată de punctul 1 aflat la

intersecţia dreptei ctC36t o1 == , cu curba ct%301 ==ϕ , în fig.6,3P. Acestui

punct îi corespunde umiditatea absolută uscat_aer_kgvapori_kg0113,0x1 = şi

entalpia specifică kgkJ65h1 = . Răcirea are loc la entalpie specifică constantă.

Prin răcire, umiditatea relativă creşte. Dreapta entalpiei specifice cth1 = intersectează verticala corespunzătoare valorii

uscat_aer_kgvapori_kg016,0x2 = în punctul 2, căruia îi corespunde

umiditatea relativă %802 =ϕ .

Fig.9.4P Reprezentarea unui proces de răcire a aerului umed (1-2) la entalpie specifică constantă

x2

2

x x1

0

φ=100%

x1

φ1=30%

h1’ct

t1 =36oC 1

x

h

φ2

t2

x2