نمودار سایکرومتریک چیست؟

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

نمودار سایکرومتریک یک ابزار استاندارد در صنعت تبرید است که برای تجسم روابط داخلی بین هوای خشک، رطوبت و انرژی استفاده می‌شود. 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 می‌کند.

در ابتدا نمودار ممکن است ترسناک باشد! اما وقتی با آن کار کنید، به سادگی به روابط آن پی می‌برید 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 می‌تواند عیب یابی مشکل تهویه مطبوع در ساختمان‌ها را ساده تر کند.

نمودار سایکرومتریک

طرح نمودار سایکرومتریک

نمودار سایکرومتریک با دو جنبه ساده ساخته می‌شود:

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

ویژگی‌های کامل هوای مرطوب بسته به فشار متفاوت است. از آن‌جایی که فشار با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد، ویژگی‌های هوای مرطوب هم با ارتفاع تغییر می‌کند. معمولاً نمودارهای سایکرومتریک براساس فشار استاندارد در سطح دریا چاپ می‌شوند. در این مقاله ما فشار را ثابت در نظر می‌گیریم.

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

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

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

بیرون، ما قطرات آب موجود درهوا را به صورت مه، ابر یا باران و کریستال‌های یخ را به صورت برف یا تگرگ می‌بینیم. نمودار سایکرومتریک تنها شرایط را تا نقطه اشباع بررسی می‌کند؛ در نتیجه فقط اثرات آب در فاز بخار در نظر گرفته می‌شود و به قطرات آب یا کریستال های یخ نمی‌پردازند.

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

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

برای مثال، اگر یک نوشیدنی قوطی سرد را از یخچال بیرون بیاورید و چند دقیقه بگذارید، ظرف خیس می‌شود. چون هوای مرطوب در تماس با ظرف سرد قرار می‌گیرد. ظرف، هوایی را که در تماس با دمای زیر خط اشباع است خنک می‌کند 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 می‌دهد. محور X دماست. محور Y نسبت بخار آب به هوای خشک است که به پوند بخار آب در پوند هوای خشک اندازه گیری می‌شود. خط بیشینه بخار آب، خط اشباع نامیده می‌شود که با نام رطوبت نسبی 100 درصد (100% rh) نیزگفته می‌شود. 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 می‌شود. این مسئله در شکل 2 نشان داده شده است. هوا در هر نقطه روی خط رطوبت نسبی 50 درصد نصف بخار آب که همان حجم هوا می‌تواند در آن دما داشته باشد، دارد.

همان طور که می‌توانید 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 می‌تواند 0.4 درصد وزن خود را به صورت بخار آب داشته باشد.

با این وجود، در دمای 72 درجه فارنهایت، هوای مرطوب داخل می‌تواند 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 می‌آید. آن را تا 70 درجه فارنهایت گرم کنید. در این صورت رطوبت نسبی تا حدود 20 درصد پایین می‌آید. این تغییر در رطوبت نسبی در شکل 3 از نقطه 1 به 2 نشان داده می‌شود.

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

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 می‌کند. این نشتی نفوذ هوا به داخل نامیده می‌شود.

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 می‌شود. 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 می‌شود. زمانی که بخار اب بیشتری در هوا وجود دارد، انرژی بیشتری هم وجود دارد. انرژی که بخار آب دارد، «گرمای نهان» آن خوانده می‌شود.

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 می‌دهد.

آنتالپی در نمودار سایکرومتریک

در نمودار سایکرومتریک، خطوط آنتالپی ثابت از چپ به راست می‌رود. 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.