Разница температур вода воздух

Точка зрения на разницу температуры воздуха и воды

Мы привыкли к утверждению о том, что температура воздуха в зале бассейна должна быть примерно на 1 градус выше, чем температура воды — в противном случае неизбежно образование конденсата. Однако в последнее время этот тезис подвергается критике, и мы решили осветить и эту точку зрения специалистов, работающих в отрасли.

Чтобы объяснить, почему вышеупомянутое заявление является неправильным, сначала важно вспомнить, почему влага «оседает» на окнах. Воздух может поддерживать различные количества воды в форме пара при различных температурах. Проще говоря, чем выше воздушная температура, тем большее количество воды в нем может содержаться. Таким образом в зале бассейна с воздушной температурой 30 °C и относительной влажностью 60% потенциально все в порядке.

Но мы представляем себе, как этот воздух вступает в контакт с окном и соответственно охлаждается за счет оконного стекла. Охлаждение идет до тех пор, пока газ не начинает приближаться к температуре самого окна. Если эта температура будет ниже точки росы воздуха (т.е. температура, при которой водяной пар возвращается к жидкому состоянию), то влага выделиться из воздуха и проявится в виде конденсата на оконном стекле. Все это вполне привычно.

Однако некоторых специалистов смутил тот факт, что в данном «алгоритме» по большому счету нет никакого упоминания о том, как влияет на это температура воды. Что и позволило сделать вывод о том, что в таком случае это и не важно. А именно потому, что затрагивается лишь два основных момента в создании конденсата:

»» влагосодержание воздуха и таким образом его точки росы;

»» и температура поверхности стекла.

Поскольку к примеру у окна с двойным остеклением большее сопротивление теплопередаче, температура поверхности внутреннего оконного стекла в таком случае будет выше, а значит при качественном остеклении (к примеру, двойном против одинарного) влажность в помещении также может быть выше?

Где температура воды является значительной — так это, безусловно, в испарении из бассейна, но и здесь западные специалисты задают вопрос «с подвохом». Что, если у вас воздушная температура на 1 °C выше температуры воды бассейна, вы устраните испарение? Движущая сила испарения является различием между давлением насыщенного пара температуры бассейна и частичным давлением насыщенного пара воздуха. Это различие в любом случае имеется, когда воздух теплее.

Фактически различие может быть выше, если влажность понижается. Причина, по которой этот вопрос стал рассматриваться критически, состоит в том, что огромное количество персонала, занятого при работе в различных вариациях общественных плавательных бассейнов, должны работать в этих условиях, не говоря о непосредственно купальщиках. В погоне за «тропическими оазисами» и общей тенденцией предложения «пляжного отдыха» в бассейнах, все чаще можно отмечать рост температур в помещениях для бассейна. Температура воды все чаще 27–29 градусов, а соответственно воздуха — достигает 30. Те, кто находятся в 31 °C при 60%-й влажности, не могут сказать, что находятся в комфорте. Что же касается частных владельцев, большинство отмечало, что хотели бы плавать в 30 °С, но при этом иметь температуру воздуха около 28 °С.

Чтобы проиллюстрировать вышесказанное, рассмотрим два примера, которые показывают испаряемость для различных воздушных условий. В первом случае воздушная температура на 1 °C выше температуры воды бассейна, а во втором воздух на 1 °C холоднее, нежели температура воды бассейна. Влажность для обоих варьируется от 40% до 70%. Испаряемость вычисляется с использованием формулы Бязина и Крумме.

У бассейна с площадью поверхности 100 м2 и 30 °C в воде и воздушной температурой на один градус выше, то есть 31 °C, при влажности 60% испаряемость 15,16 килограммов в час (кг/ч). Если бы воздух был на один градус ниже при 60%-й влажности, то испаряемость была бы 15,84 кг/ч, что составляет на 0,68 кг/час больше. Фактически нам предлагается оценить тот факт, что при функционировании бассейна с воздушной температурой в 31 °C и при 50%-й относительной влажности воздуха мы получаем большую испаряемость, чем при температуре на несколько градусов ниже и 60%-й относительной влажности.

Если опираться на подобные рассуждения, получается, что без
проблем возможно поддержание воздушной температуры на комфортном уровне, не получая при этом выпадения конденсата. Однако возможно это только в том случае, если ваше климатическое оборудование для зала бассейна способно контролировать и управлять подобными решениями. Если в вашей вентиляционной системе есть контроль свежего воздуха, то потенциально они без проблем справятся с более низкими воздушными температурами, если те были измерены правильно для проекта. Вопрос в том, безусловно, получит ли вообще подобное рассмотрение ситуации дальнейшее развитие. Поэтому на данный момент вопрос сводится к тому, какая система способна предоставить лучшее управление температурой и влажностью по самой низкой начальной стоимости, а также самой низкой эксплуатационной стоимости.

Формула Бязина-Крумме

• Когда в бассейне есть купальщики: (0,118 + 0,01995 х х А х (Р1 — Р2)/1,333) x S л/ч

• Когда в бассейне нет купальщиков(поверхность воды при этом закрыта, к примеру, защитным покрытием): (–0,059 + 0,0105 (Р1 — Р2)/1,333) x S л/ч

Р1 — давление водяных паров насыщенного воздуха при температуре воды в бассейне, мбар;

Р2 — давление водяных паров насыщенного воздуха при заданных температуре и влажности воздуха, мбар;

А — коэффициент занятости бассейна людьми:

1,5 — для игровых бассейнов с активным волнообразованием,

0,5 — для больших общественных бассейнов,

0,4 — для бассейнов отелей,

0,3 — для небольших частных бассейнов

S — площадь водной поверхности бассейна, м2.

Источник

Почему погода в 30° кажется нам жаркой, а вода той же температуры — холодной? Объясняю!

Меня тут однажды спросили: «а как так, при погоде в 25-30° мы чувствуем невыносимую жару, а воду той же температуры мы считаем еле тёплой?» Хороший вопрос, не так ли? Как бы вы на него ответили? Наверняка каждый замечал это, но не задавался вопросом, почему так. Почему различные поверхности кажутся для нас разной температуры, от чего это зависит?

Подумайте, прежде чем читать ответ!

Итак : как мы знаем, воздух — отвратительный переносчик и удерживатель тепла (около 1000 Дж/(кг*К)). Он ужасно плохо нагревается — и ещё хуже умеет отводить тепло. Вода же обладает отличной теплоёмкостью (4200 Дж/(кг*K)) и теплопроводимостью! Она прекрасно отводит тепло и с тем же успехом может его подвести. Не зря её используют в химическом оборудовании, на производстве и даже в гейминге (водное охлаждение)!

Теперь вспомним II закон термодинамики, одна из трактовок которого звучит так: «менее нагретое тело не может передать тепло более нагретому — лишь наоборот». Именно поэтому вода так прекрасно «забирает» у нас тепло, и мы чувствуем её холод. Воздух же просто неспособен нормально отвести от нас тепло. Подобного эффекта можно было бы достигнуть, если бы смогли набрать ванну и поплавали в таких веществах как гелий, молоко, вино и водород — последний во много раз быстрее «отобрал» бы у вас тепло — ведь его теплоёмкость составляет 14270 Дж/(кг*К), в 3 раза больше, чем у воды!

Источник

Изменения параметров воздуха и воды

В этой статье рассмотрены основные особенности изменения параметров воздуха и воды при их взаимном тепло и влагообмене, установлены зависимости изменения движущих сил явного теплообмена и влагообмена вдоль поверхности, определены характерные области их взаимного влияния в i–d-диаграмме при произвольных начальных параметрах, получены новые зависимости для средних начальных значений движущих сил явного теплообмена и влагообмена.

Процесс обмена теплом и влагой между воздухом и водой на элементе поверхности dF описывается следующей системой уравнений:

dQя = α(tс – tw)dF, (1)
dQскр = βdr(dс – dw)dF, (2)
dQп = σ(Iс – Iw)dF, (3)
dWo = βd(dс – dw)dF, (4)
dQя = cpGdtc, (5)
dQп = GdI, (6)
dQп = cwWdtw, (7)
dWo = Gddc. (8)

Для решения данной системы ее обычно дополняют функциональными зависимостями следующего вида:

Jw = f1(tw) и dw = f2(tw).

Универсальные зависимости для этих функций имеют сложный вид и не позволяют представить в простом виде решение этой системы. Учитывая, что температура воды при взаимодействии с воздухом в аппаратах кондиционирования воздуха изменяются незначительно (30–50), на данном интервале изменения температуры воды связь Jw и dw с tw представляют в виде линейной зависимости (1)–(4). Чтобы исключить размерность коэффициентов пропорциональностей в линейных зависимостях и придать им некоторый физико-математический смысл, предлагается функциональные зависимости записывать:

Безразмерные коэффициенты aw и kw связаны между собой приближенным соотношением aw = 1 + kw. Графически в i–dдиаграмме two представляет собой температуру, отсекаемую на оси ординат изоэнтальпой, проведенной через точку пересечения прямой, аппроксимирующей линию насыщения, и нулевой изотермы.Для рассматриваемого конкретного случая обмена теплом и влагой между воздухом и водой коэффициенты aw, kw и two постоянны. Подставим в зависимость (9а) вместо Jw значение энтальпии воздуха Jс и определим температуру, которую обозначим через tмп:

Данная температура характеризует состояние воздуха с учетом теплового состояния взаимодействующей с ним воды. По своей сути эта температура является температурой воздуха по мокрому термометру, если бы коэффициенты в линейной зависимости между энтальпией воздуха Jс и соответствующей температурой воздуха по мокрому термометру tм были бы теми же, что в зависимости для параметров воды.

Назовем tмп приведенной (условной) температурой воздуха по мокрому термометру [7, 8].Заменим теперь в зависимости (9б) tw на tмп, а определенное по tмп влагосодержание назовем влагосодержанием при приведенной (условной) температуре по мокрому термометру dмп или для сокращения — приведенным (условным) влагосодержанием. По своему физическому смыслу приведенное влагосодержание представляет собой влагосодержание условной паровоздушной смеси, имеющей энтальпию, равную энтальпии реального воздуха Jс, а температуру по мокрому термометру — равной приведенной температуре по мокрому термометру. Получаем систему уравнений:

Данная система уравнений описывает на i–d-диаграмме кривую, частично совпадающую с кривой &#981 = 1 на участке, соответствующем диапазону температур воды. Назовем эту кривую «кривой приведенных параметров насыщения». Для различных возможных диапазонов изменения температуры воды на i–d-диаграмму могут быть нанесены и соответствующие им кривые.

Введение понятий приведенной температуры воздуха по мокрому термометру и приведенного влагосодержания позволяет значительно упростить математические преобразования и вскрыть некоторые физические особенности при совместно протекающих процессах тепло и массообмена. Впервые попытки введения указанных понятий были сделаны в [7, 8].

Отметим, что приведенная температура воздуха по мокрому термометру может быть как выше, так и равной действительной температуре по мокрому термометру, и в тоже время — как выше, так и ниже температуры воздуха по сухому термометру. Аналогичная связь наблюдается и между реальным влагосодержанием насыщенного воздуха при температуре воздуха по мокрому термометру и приведенным влагосодержанием. Используя понятие о приведенных параметрах воздуха, соотношения dQп = ξdQя, где:

следуя работам [4, 6], устанавливаем следующие зависимости, описывающие характер изменения движущих сил явного теплообмена и влагообмена вдоль поверхности обмена:

Данные зависимости установлены для случая tc1 ≥ tw, Ic1 ≥ Iw, dc1 ≥ dw, когда на всей поверхности обмена происходит как полный, так и явный теплообмен, т.е. Fя = Fп = F. Величины t&#697w и d&#697w принимаются для случая прямоточного движения взаимодействующих сред tw1 и dw1, а для противоточного — tw2 и dw2. Разности tc1 – tмп1 и dc1 – dмп1 характеризуют собой приведенную психрометрическую разность, соответственно, температур Δtпсп и влагосодержания Δdпсп, а разности tмп1 – t&#697w и dмп1 – d&#697w — соответственно, температурный Δtпр и влажностный Δdпр аналоги движущих сил полного теплообмена.

Уравнения (12) и (13) при их графической интерпретации в i–d-диаграмме характеризуются кривыми, асимптотически приближающими с той или иной стороны к кривой приведенных параметров насыщения. Приведенные психрометрические разности температур и влагосодержания в зависимости от начальных параметров взаимодействующих сред могут иметь как положительный, так и отрицательный знаки, а, следовательно, оказывать различное влияние на характер изменения движущих сил явного теплообмена и влагообмена и, в конечном счете, на абсолютные количества переданных тепла и влаги (табл. 1).

Анализ приведенных зависимостей для движущих сил явного теплообмена и влагообмена при различных сочетаниях параметров взаимодействующих сред, характеризуемых по воздуху в i–d-диаграмме точкой, лежащей в секторе 1 диаграммы, обнаруживает, что приведенные психрометрические разности температур и влагосодержания оказывают различное влияние на соответствующие действующие силы по сравнению с аналогами движущих сил полного теплообмена.

Первая обусловливает уменьшение движущей силы явного теплообмена, вторая — увеличение движущей силы влагообмена. При приближении параметров воздуха в i–d-диаграмме к кривой приведенных параметров насыщения влияние психрометрических разностей уменьшается и полностью отсутствует при параметрах воздуха, находящихся в диаграмме на кривой приведенных параметров насыщения.

При начальных параметрах воздуха, характеризуемых в i–d-диаграмме точкой, находящейся в секторе 2, влияние приведенных психрометрических разностей изменяется на противоположное. Начальная приведенная психрометрическая разность температур обусловливает увеличение температурного аналога движущей силы полного теплообмена, а начальная приведенная психрометрическая разность влагосодержаний — уменьшение соответствующего аналога движущей силы полного теплообмена.

Причем влияние приведенных разностей усиливается при приближении начальной энтальпии воздуха к значению энтальпии насыщенного воздуха при температуре t-w и становится преобладающим при равенстве энтальпий. Если начальные параметры воздуха в i–d-диаграмме располагаются в секторе 3, то их влияние на температурный и влажностный аналоги движущих сил полного теплообмена аналогично влиянию приведенных психрометрических разностей в секторе 1, а влияние начальных параметров воздуха, расположенных в диаграмме в секторе 4, аналогичны влиянию начальных параметров, рассмотренных для сектора 2.

Движущая сила влагообмена для начальных параметров воздуха, расположенных на диаграмме в секторе 2, и движущая сила явного теплообмена для начальных параметров воздуха сектора 3 диаграммы могут в процессе тепло и влагообмена изменять свое направление при условии:

Данные условия для противоточного и прямоточного характеров движения взаимодействующих сил определяют в i–d-диаграмме различные области начальных параметров воздуха. Изменение направления движущей силы влагообмена для противоточного движения взаимодействующих сред возможно при начальных параметрах, охватываемых в i–d-диаграмме областью «б», а при прямотоке — областью «а».

При начальных параметрах воздуха, расположенных в i–d-диаграмме в области «в», возможно изменение направления движущей силы явного теплообмена при противотоке, а при прямотоке — при начальных параметрах, находящихся в области «г». Следует отметить, что разности (tc1 – tмп1) и (dпм1c1 – dc1) для начальных параметров, расположенных, соответственно, в i–d-диаграмме в секторах 3 и 2, могут принимать значения, при которых на определенном элементе поверхности обмена движущие силы влагообмена и явного теплообмена по абсолютной величине равны влажностным и температурным аналогам движущей силы полного теплообмена, происходящего на этом элементе.

Данное явление может наблюдаться для случая противоточного движения взаимодействующих сред с движущими силами явного теплообмена при начальных параметрах воздуха, находящихся на i–d-диаграмме в области «в1» сектора 3, а для движущих сил влагообмена — в области «д1» сектора 2. При прямоточном движении взаимодействующих сред, соответственно, в области «г1» сектора 3 и «а1» сектора 2.

Прямые, разделяющие области «а1», «б1», «в1», «г1», описываются уравнениями, соответственно:2t&#697w = tc1 – tмп1 и 2d&#697w = dc1 – dмп1.Прибавив и отняв от левой части уравнений (12) и (13), соответственно, tмп и dмп, нетрудно установить, что приведенные психрометрические разности температур и влагосодержаний в процессе взаимодействия воздуха с водой независимо от характера движения сред изменяются по экспоненциальному закону:

Здесь tc2, tмп2, dc2, dмп2 — параметры воздуха после контакта с водой. Из этого факта следует, что при осуществлении тепло и влагообмена между воздухом и водой на поверхности полного теплообмена должно осуществляться условие:

В случае, если правая часть меньше левой, это указывает на наличие поверхности тепловлагообмена Fа, на которой отсутствует полный теплообмен, но происходит изоэнтальпийное увлажнение и охлаждение воздуха. Если вычесть правую и левую части первого уравнения (16) из единицы, то получим:

Данная зависимость по виду сходна с выражением для универсального коэффициента явного теплообмена Е&#697 [5, 9]и коэффициента эффективности изоэнтальпного процесса Еа. Однако, необходимо помнить, что выражения для Е&#697, Е&#698 действительны для процессов, на поверхности обмена которых обязательно происходят одновременно явный и полный теплообмен, а выражение для Еа справедливо только для совместно протекающих процессов явного теплообмена и влагообмена (изоэнтальпного), т.е. когда между воздухом и водой отсутствует полный теплообмен.

В контактных аппаратах кондиционирования воздуха поверхности полного и явного теплообмена не равны между собой из-за полидисперсности распыления. Характер распределения этих поверхностей вдоль аппарата достаточно сложен. В связи с этим рассмотрим взаимосвязь коэффициентов Е&#697 и Еа при допущении, что поверхность Fа, на которой отсутствует полный теплообмен, расположена перед поверхностью полного теплообмена и после нее. В первом случае взаимосвязь между Е&#697 и Еа имеет вид:

Из данных зависимостей следует, что для описания эффективности явного теплообмена при осуществлении политропических процессов обработки воздуха нельзя использовать зависимости, установленные для изоэнтальпного увлажнения воздуха Еа, поскольку в общем случае Е&#697 отличается от Еа, и данное различие обусловливается начальными параметрами воздуха и гидродинамическими условиями. Обычно в оросительных камерах обработку воздуха ведут до &#981 = 0,95, т.е. (tмп2 – tм2) → 0, (tc2 – tм2) → 0. В этом случае приведенные выше зависимости несколько упростятся:

Абсолютная величина коэффициента Е&#697 может быть как больше, так и меньше величины Еа. Равенство коэффициентов Е&#697 и Еа возможно при условии, что (tмп1 – tм1) → 0, а (tс1 – tм1) → ∞, т.е. при осуществлении процессов, близких к изоэнтальпным, и при обработке сухого воздуха, характеризующегося большими значениями психрометрических разностей температур. Интегрирование уравнений (12) и (13) и определение средних величин движущих сил явного теплообмена и влагообмена по поверхности дает следующие выражения для определения среднеинтегральных движущих сил (1 — прямоток, а 2 — противоток).Для явного теплообмена:

Анализ этих зависимостей показывает, что средние движущие силы явного теплообмена и влагообмена определяются двумя слагаемыми. Первое слагаемое — средняя логарифмическая разность, соответственно, приведенной психрометрической разности температур и влагосодержания. Второе слагаемое — средняя логарифмическая разность, соответственно, температурного и влажностного аналогов движущей силы полного теплообмена, т.е. данные уравнения могут быть записаны:

Δtср = Δtпсп.ср.лог + Δtпр.ср.лог, (25)
Δdср = Δdпсп.ср.лог + Δdпр.ср.лог. (26)

Таким образом, в результате рассмотрения совместно протекающих процессов тепло и влагообмена между воздухом и водой введено понятие приведенных (условных) температур и влагосодержания, что позволило аналитически установить зависимости изменения движущих сил явного теплообмена и влагообмена вдоль поверхности и определить в i–dдиаграмме характерные области различного их взаимного влияния при произвольных начальных параметрах, получены новые зависимости для средних начальных значений движущих сил явного теплообмена и влагообмена.

Источник