سایکرومتریک (بخش اول)

۶ ماه قبل ۵۶۹ ۰

سایکرومتری (Psychrometric) در اصل به معنای اندازه‌گیری سرما است که از واژه‌ یونانی (Psychros) به معنای سرما گرفته شده است. اما امروزه این عبارت در مورد مطالعات خواص مخلوط هوا و بخار آب یا ویژگی‌های هوای مرطوب به کار می‌رود و دامنه آن تا تحلیل چگونگی انواع فرآیندهای تهویه مطبوع گسترده شده است. منحنی سایکرومتریک براساس دو مفهوم ساده ساخته شده است:

1- هوای محیط مخلوطی از هوای خشک و بخار آب است.

2- در یک دما و فشار معین،مقدار معینی انرژی در مخلوط هوا وجود دارد.

مفهوم شماره 1: هوای محیط مخلوطی از هوای خشک و بخار آب است.

هوا مخلوطی از هوای خشک و بخار آب است. بخار آب موجود در هوا را رطوبت می‌نامند. مقدار بخار آبِ هوا را بر حسب گرم بخار آب در هر کیلوگرم هوا بیان می‌کنند و نسبت آن را نسبت رطوبت می‌نامند که آن را به اختصار به صورت gw/Kgda یا g/Kgw نشان می‌دهند.

خواص هوای مرطوب متناسب با فشار تغییر می‌کند و چون فشار با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد، می‌توان گفت خواص هوای مرطوب با ارتفاع تغییر می‌کنند. معمولاً جداول سایکرومتریک بر اساس فشار استاندارد سطح دریا تهیه می‌شوند. ما این فشار را ثابت در نظر می‌گیریم. برای درک روابط بین بخار آب، هوا و دما دو حالت زیر را بررسی می‌کنیم:

حالت اول: دما ثابت و مقدار رطوبت هوا در حال افزایش است.

اگر دما ثابت باشد و مقدار بخار آب موجود در هوا افزایش یابد، آنگاه رطوبت نیز افزایش خواهد یافت. با این وجود در هر نقطه‌ای، یک حداکثر مقدار بخار آب در هوا قابل تعریف است. نقطه‌ای که در آن این حداکثر مقدار وجود دارد، به نقطه اشباع معروف است. اگر بخار آب بیشتری پس از نقطه اشباع اضافه شود، آنگاه به همان اندازه بخار آب کندانس (مایع) می‌شود. ما شاهد قطرات آب در هوا به شکل مه، ابر، برف و باران هستیم. منحنی سایکرومتریک فقط به شرایط قبل از نقطه اشباع توجه دارد. بنابراین، این نمودار تأثیرات آب در مرحله بخار را در نظر می‌گیرد، نه قطرات آب یا کریستال‌های یخ.

حالت دوم: مقدار رطوبت هوا ثابت، و دما در حال کاهش است.

اگر هوا به اندازه کافی خنک شود، آنگاه به نقطه اشباع می‌رسد. اگر هوا بیشتر خنک شود، رطوبت کندانس (تقطیر) شده و شبنم تشکیل می‌شود. برای مثال، اگر یک بطری آب سرد از یخچال بیرون آورده شود و چند دقیقه بیرون از یخچال بماند، مرطوب می‌شود. علتش این است که هوای مرطوب با بطری آب سرد تماس پیدا می‌کند. هوای اطراف بطری با دمای کمتر از نقطه اشباع تماس دارد و باعث تشکیل شبنم می‌شود این دما را که در آن هوا شروع به کندانس (تقطیر) می‌کند، دمای نقطه شبنم می‌نامند.

حداکثر مقدار بخار آب موجود در هوا با افزایش دما زیاد می‌شود. برای مثال، هوای مرطوب در دمای 0 درجه سانتی‌گراد، فقط 0.4 % وزن خود را به صورت بخار آب دارد. با این وجود این در دمای 22 درجه سانتی‌گراد ، هوای مرطوب تقریبا 1.7 % وزن خود را به صورت بخار آب دارد، یعنی بیشتر از چهار برابر. در یک روز مرطوب با دمای بیرونی 5 درجه سانتی‌گراد، رطوبت نسبی 80% است. این هوا به داخل ساختمان شما می‌آید. آن را تا 22 درجه سانتی‌گراد گرم کنید تا رطوبت نسبی آن تا 25% کاهش یابد. توجه کنید که مقدار مطلق بخار آب هوا یکسان است، یعنی حدود چهار گرم در یک کیلو گرم از هوای خشک. وقتی دما افزایش یابد، رطوبت نسبی کاهش می‌یابد.

مفهوم شماره 2: در دما و فشار معین، مقدار معینی انرژی در مخلوط هوا وجود دارد.

مقدار انرژی موجود در مخلوط هوا به موارد زیر بستگی دارد:

1- دمای هوا

2- میزان رطوبت هوا

هرچه دمای هوا بالاتر باشد انرژی آن بیشتر است، میزان حرارتی که هوا دریافت می‌کند تا دمای آن بالا رود را گرمای محسوس می‌گویند. همچنین با وجود بخار آب بیشتر، انرژی نیز، بیشتر است که آن را گرمای نهان می‌گویند. معیار سنجش انرژی هوا را آنتالپی می‌نامند که شامل گرمای محسوس و گرمای نهان هوا است.

منحنی سایکرومتریک

به منظور ساده کردن فرایند تعیین خواص هوا، روابط حاکم را بصورت نمودار در آورده‌اند که به آن نمودار سایکرومتریک گفته می‌شود. با مشخص بودن دو خاصیت مستقل هوا، حالت هوا بر روی نمودار مشخص می‌شود و با استفاده از این نمودار، بقیه خواص تعیین می‌شوند. نمودار سایکرومتریک شامل تمام پارامترهاي قابل اندازه‌گيري هوا: دماي خشك، دماي مرطوب، نقطه شبنم و پارامترهاي غیر قابل اندازه‌گیری: نسبت رطوبت، رطوبت نسبي، حجم مخصوص وآنتالپي مي‌باشد. در حال حاضر نمودارهاي متفاوتي براي مشخصات هوا بكار برده مي‌شود اما مهمترين و معمولي‌ترين آنها نموداری است كه روي محور افقي آن درجه حرارت خشك هوا (DBT) و روي محور قائم آن رطوبت مخصوص (W) درج گرديده و مابين اين دو محور خطوط رطوبت نسبي، حجم مخصوص، دماي مرطوب و… ترسيم شده است. در شکل 1 یک نمونه نمودار سایکرومتریک آمده است. هرچند شکل 1 به نظر پیچیده می‌رسد، ولی با شناخت مفاهیم ساده زیر منحنی سایکرومتریک را به راحتی می‌توان درک کرد:

·         هوای داخل مخلوطی از هوای خشک و بخار آب است.

·         در دما و فشار و میزان رطوبت مشخص مخلوط هوا دارای مقدار آنتالپی مشخصی است.

·         مخلوط هوا در هر دمایی داری حداکثر بخار آب معینی است.

برای آشنایی و درک بیشتر منحنی سایکرومتریک می‌توانید به فصل ((مبانی ترمودینامیک و سایکرومتریک)) از هندبوک‌های چهارگانه ASHRAE مراجعه کنید.

سایکرومتریک، جدول سایکرومتریک

توجه شود که نمودار سایکرومتریک آورده شده در شکل بالا بر اساس فشار سطح دریا (101325 پاسکال) ترسیم شده است. لذا برای مناطق غیر همسطح با دریا، مقادیر بدست آمده باید تصحیح گردند. البته چون دمای نقطه شبنم و رطوبت نسبی مستقل از فشار جو می‌باشند لذا نیاز به تصحیح ندارند ولی رطوبت مخصوص و آنتالپی وابسته به فشار جو می‌باشند و نیاز به تصحیح دارند.

سایکرومتریک، جدول سایکرومتریک

 

سایکرومتریک، جدول سایکرومتریک

محورهای مختلف نمودار سایکرومتریک

این محورها عبارتند از:

1.      محور دماي خشك: محور دماي خشك خطي است افقي كه محور اصلي و افقي دياگرام را تشكيل داده و روي آن اعداد دماي خشك درج گرديده كه از چپ به راست افزايش مي‌يابد و خطوط دماي خشک ثابت، خطوطي هستند قائم و به موازات هم كه از يك طرف عمود بر محور دماي خشك هستند و از طرف ديگر خط اشباع را قطع مي‌نمايند.

2.       محور رطوبت مخصوص: خطي است قائم كه محور اصلي قائم دياگرام را تشكيل داده و با اعداد رطوبت مخصوص برحسب گرین مدرج گرديده و از پائين به بالا نشانگر افزایش رطوبت مخصوص است.

خطوط مختلف نمودار سایکرومتریک

1.      خط اشباع يا منحني اشباع: خط اشباع حالات مختلف هواي اشباع شده را بيان مي‌كند. اعداد نوشته شده بر روي اين منحني دماي مرطوب هوا (WB) و يا نقطه شبنم هوا (DPT) است. توجه شود که در حالت اشباع درجه حرارت‌هاي خشك و مرطوب و نقطه شبنم برابرند. اين خط همچنين خط رطوبت نسبي است و در تمام نقاط روي اين خط، رطوبت نسبی 100% مي‌باشد.

2.      خطوط رطوبت نسبي(RH): خطوط رطوبت نسبي بصورت منحني‌هائي از پايين و سمت چپ بطرف بالا رسم شده و رطوبت نسبي‌هاي مختلفي را نشان مي‌دهد. خط اشباع در حقيقت يكي از اين خطوط رطوبت نسبي است.

3.      خطوط حجم مخصوص (W): خطوط مستقيم و موازي هستند كه از يك طرف به منحني اشباع محدود مي‌باشند و بصورت مايل به سمت پائين و متمايل به راست ترسيم شده‌اند كه هر كدام نشان دهنده يك حجم مخصوص برحسب m3/kgda مي‌باشد.

4.      خطوط درجه حرارت مرطوب (WBT): خطوط مستقيمي هستند كه تقريباً موازي مي‌باشند. مشابه خطوط حجم مخصوص ثابت که داراي شيب كمتری هستند و از يك طرف منحني اشباع را قطع مي‌نمايند و در محل تقاطع نیز مي‌توان دماي مرطوب را خواند.

5.      خطوط آنتالپي ثابت و محور آنتالپي (H): خطوط آنتالپي ثابت مانند خطوط دماي مرطوب ثابت، رسم مي‌شوند، در حقيقت خطوط آنتالپي ثابت، نسبت به خطوط دماي مرطوب ثابت كمي انحراف دارند و معمولاً در منحني‌هاي با مقياس بزرگ اين انحراف مشخص است و خطوط آنتالپي و دماي مرطوب در كنار هم و جداگانه رسم شده‌اند. ليكن در بعضي از دياگرام‌هاي هوا بخصوص آنها كه در مقياس كوچك رسم شده‌اند خطوط آنتالپي ثابت، درست بر روي خطوط دماي مرطوب قرار گرفته‌اند و مقادير عددي انحراف را بوسيله منحني هايي با علامت (D) يعني انحراف آنتالپي مشخص نموده‌اند. خطوط آنتالپي ثابت، همچنین، از يك طرف محور مدرج اعداد آنتالپي را قطع مي‌نمايند كه در محل تقاطع و بر روي محور آنتالپي مي‌توان مقادير آنتالپي را برحسب Kj/kgda خواند.

سایکرومتریک، جدول سایکرومتریک

 

لینک های مرتبط:

سایکرومتریک (بخش دوم)

 

نگارش : محمد جعفر نیری، پیمان ابراهیمی ناغانی

منبع : بخشی از کتاب روشهای تولید و توزیع برودت در سیستم‌های تهویه مطبوع - مولف : پیمان ابراهیمی ناغانی، سید علیرضا ذوالفقاری، محمد جعفر نیری - انتشارات نوآور


۰ دیدگاه