Când vine vorba de mișcarea aerului, înțelegerea proprietăților aerului este vitală. În această serie de articole, ne uităm la modul în care diferiți parametri afectează densitatea aerului și la modul în care au loc modificările densității aerului într-o centrală de tratare a aerului (CTA).
Conținutul aerului
Aerul atmosferic este format predominant din două gaze: azot (78%) și oxigen (21%). Asta înseamnă că doar 1% rămâne pentru toate celelalte gaze din componența acestuia.
De fapt, proprietățile aerului diferă considerabil în funcție de locul în care te afli. În mod cert, aerul din Sahara este foarte uscat, în timp ce în pădurea tropicală amazoniană este mult mai umed. De asemenea, presiunea aerului variază considerabil în funcție de altitudine, distanța verticală de la nivelul mării până la vârful Muntelui Everest (cel mai înalt punct de pe Pământ) fiind de 8848 metri – aproximativ 5½ mile.
Un parametru important din proprietățile aerului este nivelul de dioxid de carbon (CO2). Nivelul mediu de CO2 este de aproximativ 360 de părți per milion (ppm), deși această valoare este în creștere atât din cauza poluării, cât și a efectului de seră.
Sistemele bune de ventilație vor reduce nivelurile de CO2 din interior – Organizația Mondială a Sănătății recomandă ca acestea să fie sub 1000 ppm. Odată ce nivelul ajunge la 1500 ppm, aerul nu miroase proaspăt, iar oamenii care îl respiră vor începe să se simtă letargici.
Există o „condiție standard” a aerului care este utilizată pentru a compara produsele de ventilație. Aceasta este definită ca o densitate de 1,2 kg/m3, care apare la 20°C și o presiune atmosferică de 1013 milibari.
Umiditatea aerului
Cantitatea de umiditate din aer este o proprietate importantă a acestuia și poate fi măsurată în mai multe moduri.
Primul este termometrul bulbului umed. Când înfășurați o cârpă înmuiată în apă în jurul unui bulb de termometru, temperatura va scădea din cauza energiei necesare pentru evaporarea apei din cârpă. Cu cât aerul este mai uscat, cu atât mai multă apă se poate evapora și implicit temperatura va scădea mai mult.
Scăderea temperaturii este cunoscută sub denumirea de temperatura bulbului umed; aceasta poate fi folosita ca o măsură a umidității aerului și poate fi introdusă într-o diagramă Mollier (o reprezentare grafică a proprietăților termodinamice ale aerului).
Al doilea mod de exprimare a umidității aerului este umiditatea absolută, care este exact ceea ce sugerează și numele: conținutul absolut de apă din aer, fără a lua ca referință temperatura sau presiunea. De obicei, este exprimat în kilograme de apă per kilogram de aer, sau în grame de apă per kilogram de aer.
În mod normal, umiditatea absolută în interior ar fi de aproximativ 5-10 g/kg de aer; într-o baie, după ce cineva a făcut un duș, ar putea ajunge până la 20 g/kg.
Cel de-al treilea mod de a descrie umiditatea aerului este umiditatea relativă. După cum sugerează și numele, aceasta este definită ca raportul dintre cantitatea maximă de apă pe care o poate reține aerul (100%) și conținutul real de apă la temperatura dată.
Temperatura punctului de rouă
Aerul este capabil să rețină mai multă apă la o temperatură mai mare decât la o temperatură mai mică. Prin urmare, dacă aerul saturat se răcește, acesta degajă condens (asta se întâmplă atunci când fereastra de la baie se umezește iarna, deoarece aerul din jurul sticlei este răcit).
Punctul de rouă este temperatura sub care vaporii de apă dintr-un volum de aer umed (la o presiune barometrică constantă) vor condensa sub formă de lichid - de aceea apa condensată formată pe o suprafață solidă se numește rouă.
Punctul de rouă este temperatura de saturație apă-aer. Așa că, aerul cu o umiditate relativă ridicată indică faptul că punctul de rouă este mai aproape de temperatura actuală a acestuia; când umiditatea relativă a aerului este de 100%, punctul de rouă este egal cu temperatura actuală (ceea ce înseamnă că până și o răcire minimă va provoca fenomenul de condens). La fel, atunci când punctul de rouă rămâne constant și temperatura crește, umiditatea relativă scade.
Entalpia
Entalpia este o măsură a energiei totale într-un sistem termodinamic. Include energia inițială (energia necesară pentru a crea sistemul în primul rând) și cantitatea de energie necesară pentru a-și face loc prin deplasarea mediului și stabilizarea volumului și presiunii acestuia.
Aerul este un sistem termodinamic; deci entalpia poate descrie energia termică prezentă în aer. În mod normal, este descrisă ca kiloJouli (kJ) per kilogram de aer, dar poate fi redată și ca kilocalorii (kcal) per kilogram de aer.
Valoarea entalpiei aerului uscat la 0°C este 0 kJ/kg.
Calcularea puterii de răcire/încălzire
Calcularea puterii de răcire și încălzire se poate face în două moduri, dintre care una utilizează temperatura, iar cealaltă entalpia. Utilizarea diferenței de temperatură pentru a calcula puterea se poate face numai atunci când nu există condens în proces, deoarece această metodă calculează doar puterea sensibilă, și nu puterea latentă.
Puterea sensibilă este cantitatea de putere necesară pentru a fi adăugată unui obiect pentru a-i crește temperatura sau cantitatea de putere eliminată pentru a-i reduce temperatura. Puterea latentă, pe de altă parte, este puterea necesară pentru a schimba starea unui obiect (de la solid la lichid, sau de la lichid la gaz și invers). Puterea totală este suma puterii sensibile și puterii latente.
Deci, dacă atât puterea sensibilă, cât și puterea latentă fac parte din calculul răcirii, este important să folosiți formula entalpiei pentru calcularea puterii totale; atunci când calculați puterea de încălzire puteți utiliza oricare dintre metode, deoarece va da același rezultat.
Utilizarea metodei diferenței de temperatură pentru a calcula puterea implică următoarea formulă:
P = Δt ⋅ qv ⋅ ρt = ( tB – tA ) ⋅ qv ⋅ ρt
În timp ce formula pentru calcularea puterii utilizând metoda entalpiei este următoarea:
P = Δh ⋅ qv ⋅ ρt = ( hB – hA ) ⋅ qv ⋅ ρt
În ambele cazuri:
P = Puterea de încălzire/răcire, kW
Δh = Modificarea entalpiei pe kg aer uscat, kJ/kg
qv = Debit de aer, m3 aer umed/s
ρt = Densitatea exprimată în kg aer uscat/m3 aer umed (ca 1, 2 kg/m3)
Citiți aici partea a doua: Care sunt proprietățile aerului? Partea a doua.
