نمودار سایکرومتریک چیست؟

در بسیاری از فرآیند های تهویه مطبوع، هوا وجود دارد که دستخوش تغییرات انرژی زیادی می شود. این تغییرات از تغییر دما و مقدار رطوبت هوا ناشی می شود. روابط بین دما، مقدار رطوبت و انرژی به سادگی و با استفاده از نمایش گرافیکی با نام «نمودار سایکرومتریک» درک می شود.

نمودار سایکرومتریک یک ابزار استاندارد در صنعت تبرید است که برای تجسم روابط داخلی بین هوای خشک، رطوبت و انرژی استفاده می شود. اگر شما مسئول طراحی یا نگهداری هر جنبه از واحد تهویه مطبوع در ساختمان ها باشید، درک مشخص و آسان از نمودار کار شما را آسان تر می کند.

در ابتدا نمودار ممکن است ترسناک باشد! اما وقتی با آن کار کنید، به سادگی به روابط آن پی می برید و در این صورت فهمیدن آن کار ساده ای خواهد بود. وقتی شما با آن راحت باشید، متوجه می شوید که این نمودار ابزاری است که می تواند عیب یابی مشکل تهویه مطبوع در ساختمان ها را ساده تر کند.

نمودار سایکرومتریک

طرح نمودار سایکرومتریک

نمودار سایکرومتریک با دو جنبه ساده ساخته می شود:

هوای داخل، ترکیبی از هوای خشک و بخار آب است.

مقدار خاصی انرژی در ترکیب در دما و فشار مشخص وجود دارد.

مفهوم 1 نمودار: هوای داخل ترکیبی از هوای خشک و بخار آب است.

هوایی که ما در آن زندگی می کنیم، ترکیبی از هوای خشک و بخار آب است. هر دو اینها گازهای غیرمرئی هستند. بخار آب در هوا، moisture یا humidity نامیده می شود. مقدار بخار آب در هوا به صورت «پوند بخار آب به ازای هر پوند هوا» بیان می شود. این نسبت «نسبت رطوبت» با علامت اختصاری W نامیده می شود و واحدها پوند آب/پوند هوای خشک، Ib_w/Ibda، به اختصار lb/lb هستند.

ویژگی های کامل هوای مرطوب بسته به فشار متفاوت است. از آنجایی که فشار با افزایش ارتفاع کاهش می یابد، ویژگی های هوای مرطوب هم با ارتفاع تغییر می کند. معمولاً نمودارهای سایکرومتریک براساس فشار استاندارد در سطح دریا چاپ می شوند. در این مقاله ما فشار را ثابت در نظر می گیریم.

برای پی بردن به رابطه بین بخار آب، هوا و دما، ما دو موقعیت زیر را بررسی می کنیم:

موقعیت اول: دما ثابت است اما مقدار بخار آب افزایش می یابد.

اگر دما ثابت باشد، مقدار بخار آب هوا و رطوبت افزایش می یابد. با این وجود، در هر دما، مقدار بیشینه بخار آبی که می تواند با هوا وجود داشته باشد، موجود است. نقطه ای که در آن این بیشینه حاصل می شود، نقطه اشباع نامیده می شود. اگر بعد از نقطه اشباع بخار آب بیشتری اضافه شود، این مقدار بخار آب کندانس و به شکل قطرات آب یا کریستال های یخ نمایان می شود.

بیرون، ما قطرات آب موجود درهوا را به صورت مه، ابر یا باران و کریستال های یخ را به صورت برف یا تگرگ می بینیم. نمودار سایکرومتریک تنها شرایط را تا نقطه اشباع بررسی می کند؛ در نتیجه فقط اثرات آب در فاز بخار در نظر گرفته می شود و به قطرات آب یا کریستال های یخ نمی پردازند.

موقعیت دوم: دما کم می شود، اما مقدار بخار آب ثابت است.

اگر هوا به اندازه کافی سرد شود، به خط اشباع می رسد. اگر بیشتر خنک شود، رطوبت کندانس می شود و شبنم تشکیل می شود.

برای مثال، اگر یک نوشیدنی قوطی سرد را از یخچال بیرون بیاورید و چند دقیقه بگذارید، ظرف خیس می شود. چون هوای مرطوب در تماس با ظرف سرد قرار می گیرد. ظرف، هوایی را که در تماس با دمای زیر خط اشباع است خنک می کند و شبنم تشکیل می شود. این دما که در آن هوا شروع به تشکیل کندانس می کند، دمای نقطه شبنم نام دارد.

خط اشباع در نمودار سایکرومتریک

رطوبت نسبی

شکل 1 نموداری از مقدار بیشینه بخار آب به ازای هر پوند هوا در برابر دمای هوا را نشان می دهد. محور X دماست. محور Y نسبت بخار آب به هوای خشک است که به پوند بخار آب در پوند هوای خشک اندازه گیری می شود. خط بیشینه بخار آب، خط اشباع نامیده می شود که با نام رطوبت نسبی 100 درصد (100% rh) نیزگفته می شود. در هر نقطه روی خط اشباع، در هر پوند هوا 100 درصد بخار آب است که در آن دما همراه با هوای خشک وجود دارد.

وقتی همان حجم هوا تنها نیمی از وزن بخار آبی که ظرفیت نگهداری آن در دما را دارد، داشته باشد، رطوبت نسبی 50 درصد خوانده می شود. این مساله در شکل 2 نشان داده شده است. هوا در هر نقطه روی خط رطوبت نسبی 50 درصد نصف بخار آب که همان حجم هوا می تواند در آن دما داشته باشد، دارد.

همان طور که می توانید روی نمودار ببینید، بیشترین مقدار بخار آبی که هوای مرطوب می تواند داشته باشد، به سرعت با افزایش دما افزایش می یابد. برای مثال، هوای مرطوب در نقطه انجماد 32 درجه فارنهایت تنها می تواند 0.4 درصد وزن خود را به صورت بخار آب داشته باشد.

با این وجود، در دمای 72 درجه فارنهایت، هوای مرطوب داخل می تواند تقریباً 1.7 درصد وزن خود را به صورت بخار آب داشته باشد – یعنی حدود 4 برابر بیشتر.

خط رطوبت نسبی 50 درصد در نمودار سایکرومتریک

به شکل 3 و این نمونه توجه کنید:

در یک روز مرطوب، دمای بیرون ممکن است 36 درجه فارنهایت و هوا نسبتا مرطوب با رطوبت نسبی 70 درصد باشد. آن هوا به ساختمان شما می آید. آن را تا 70 درجه فارنهایت گرم کنید. در این صورت رطوبت نسبی تا حدود 20 درصد پایین می آید. این تغییر در رطوبت نسبی در شکل 3 از نقطه 1 به 2 نشان داده می شود.

یک روز خنک مرطوب در بیرون هوا را برای یک روز خشک در داخل فراهم می کند! توجه کنید مقدار مطلق بخار آب در هوا همان مقدار باقی می ماند، 0.003 پوند بخار آب در هر پوند هوای خشک، اما وقتی دما افزایش می یابد رطوبت نسبی کم می شود.

فرض کنید در یک روز گرم، دمای بیرون 90 درجه فارنهایت و رطوبت نسبی 40 درصد است. ما یک فضا تهویه شده داریم که 73 درجه فارنهایت است. مقداری از هوای بیرون به فضای تهویه شده ما نشت می کند. این نشتی نفوذ هوا به داخل نامیده می شود.

فرآیند روی شکل 3 مشخص است. موقعیت شروع (90 درجه فارنهایت و رطوبت نسبی 40 درصد، مقدار رطوبت 0.012 lb/lb) را پیدا کنید. بعد این هوا را خنک کنید: به سمت چپ در مقدار رطوبت ثابت تا 73 درجه فارنهایت حرکت کنید. توجه کنید که هوای خنک شده رطوبت نسبی حدود 70 درصد دارد.

رطوبت نسبی 70 درصد به اندازه ای بالاست که سبب بروز مشکلات قارچ و کپک زدگی در ساختمان می شود. پس در اقلیم های گرم و مرطوب برای جلوگیری از نفوذ هوا به داخل و تولید کپک، حفظ فشار مثبت کم در ساختمان ها مهم و ارزشمند است.

تغییر در رطوبت نسبی با تغییر دما

تعریف گرمای محسوس و گرمای نهان

مفهوم 2 نمودار سایکرومتریک: مقدار مخصوصی انرژی در ترکیب هوا در یک دما و فشار مخصوص وجود دارد.

انرژی این ترکیب به دو معیار بستگی دارد:

1. دمای هوا
2. نسبت بخار آب در هوا

در دماهای بالاتر انرژی بیشتری وجود دارد. اضافه کردن گرما برای افزایش دما اضافه کردن «گرمای محسوس» نامیده می شود. زمانی که بخار اب بیشتری در هوا وجود دارد، انرژی بیشتری هم وجود دارد. انرژی که بخار آب دارد، «گرمای نهان» آن خوانده می شود.

معیار انرژی کل گرمای محسوس در هوا و گرمای نهان در بخار آب «آنتالپی» نام دارد. با اضافه شدن انرژی به ترکیب هوای خشک و بخار آب، آنتالپی افزایش مییابد. این کار را با اضافه کردن یک یا هر دوی این مورد انجام داد:

• گرمای محسوس به هوا
• بخار آب بیشتر، که گرمای نهان ترکیب را افزایش می دهد.

آنتالپی در نمودار سایکرومتریک

در نمودار سایکرومتریک، خطوط آنتالپی ثابت از چپ به راست می رود. صفر در 0 درجه فارنهایت و مقدار رطوبت 0 انتخاب شده است. واحد آنتالپی، واحد حرارتی بریتانیا در هر پوند هوای خشک (Btu/lb) است.