03 عمليات السيكرومتري(1)

Page 1

‫الباب الثالث‬ ‫عمليات السيكرومتري‬ PSYCHROMETRIC PROCESSES

(Sensible heating process)

‫عملية التسخين المحسوس‬

3-1

(Sensible cooling process)

‫عملية التبريد المحسوس‬

3-2

‫عملية الترطيب‬

3-3

‫الترطيب الدياباتي‬

3-4

‫عملية تسخين وترطيب‬

3-5

‫عملية تبريد وإزالة رطوبة‬

3-6

‫درجة الندى للجهاز‬ ً ‫الهواء الماء جانبيا‬

3-7

‫معامل الحرارة المحسوسة‬

3-9

‫عملية الخلط‬

3-10

ً ‫إزالة الرطوبة كيمائيا‬

3-11

‫مسائل‬

3-12

(Humidification process) (Adiabatic humidification) (Heating and humidification process) (Cooling and dehumidification process) (Apparatus dew point) (By – pass air) (Sensible heat factor) (Mixing process) (Chemical dehumidification) (Problems)

28

3-8


‫الباب الثالث‬ ‫عمليات السيكرومتري‬ ‫‪PSYCHROMETRIC PROCESSES‬‬

‫عمليات السيكرومتري عبارة عن عمليات تسخين أو تبريد للهواء مع إضافة أو إزالة‬ ‫الرطوبة حسب الحاجة‪.‬‬ ‫العمليات السيكرومترية الساسية والتي تتم خلل مكونات أجهزة تكييف الهواء هي‪:‬‬ ‫‪3‬ـ ‪ 1‬عملية التسخين المحسوس )‪(Sensible heating process‬‬ ‫شكل )‪(1-3‬‬ ‫يوضح شكل عملية التسخين المحسوس للهواء ممثلة بالخط الفقي )‪ .(12‬عند مرور‬ ‫الهواء خلل السخان الكهربائي أو ملف التسخين )‪ (Heating coil‬الذي يسري خلل بخار‬ ‫ماء‪ ،‬بخار فريون في حالة استخدام المضخة الحرارية أو ماء ساخن تزداد درجة حرارة الهواء‬ ‫من )‪ (t1‬إلى )‪ ،(t2‬تقل الرطوبة النسبية للهواء )‪ (R.H‬بينما تبقى نسبة رطوبة الهواء )‪(H‬‬ ‫ودرجة الندى )‪ (d.p‬ثوابت أي أن‪:‬‬ ‫‪t 1 < t2‬‬

‫‪R.H2< R.H1‬‬

‫‪d.p = C/H1 = H2 C‬‬

‫معادلة التزان الحراري لعملية التسخين المحسوس )‪ (12‬وهي‪:‬‬ ‫‪I 1 + Q = I2‬‬

‫تعين سعة ملف التسخين بالمعادلة‪:‬‬ ‫‪H.C = ma (i2 – i1) kw‬‬

‫حيث‪:‬‬ ‫‪ ma‬ـ معدل سريان الهواء‪(kg/s) ،‬‬ ‫‪ – I‬النثالبيا النوعية للهواء )‪(kJ / kg‬‬ ‫‪ 3-2‬عملية التبريد المحسوس )‪(Sensible cooling process‬‬ ‫شكل )‪(2-3‬‬ ‫يوضح شكل )‪ (2-3‬عملية التبريد المحسوس للهواء ممثلة بالخط الفقي )‪ (12‬عند مرور‬ ‫الهواء خلل ملف التبريد‪ ،‬الذي يسرى خلل ماء مثلج أو مائع تبريد )فريون(‪ ،‬تنخفض درجة‬ ‫حرارة الهواء من )‪ (t1‬إلى )‪ (t2‬تزداد الرطوبة النسبية للهواء )‪ (R.H‬بينما تبقى نسبة رطوبة‬ ‫الهواء )‪ (H‬ودرجة الندى )‪ (d.p‬ثوابت‪ .‬أي أن‪:‬‬ ‫‪d.p = C , H1 = H2 = C‬‬ ‫‪R.H2 > RHI‬‬ ‫‪t 2 < t1‬‬ ‫معادلة التزان الحراري لعملية التبريد المحسوس )‪ (12‬هي‪I1 = Q+I2 :‬‬

‫تعيين سعة ملف التبريد بالمعادلة‪:‬‬ ‫‪KW‬‬

‫)‪C.C = ma (i1 – i2‬‬

‫لتعيين سعة ملف التبريد بطن التبريد يجب معرفة العلةقة بين الكيلووات وطن التبريد‪.‬‬

‫‪29‬‬


‫طن التبريد هو عبارة عن كمية الحرارة التي يجب سحبها من واحد طن امريكاني من‬ ‫الماء عند درجة حرارة مقدارها ْ‪ 32‬ف وذلك لتحويله إلى ثلج عند نفس درجة الحرارة خلل‬ ‫‪24‬ساعة‪.‬‬ ‫حيث أن الطن المريكاني يساوي )‪ (Ib 2000‬والطاةقة الكامنة لذابة الثلج عند )‪(32ºF‬‬ ‫تساوي )‪.(BTU/Ib 144‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪= 12000 BTU/h‬‬ ‫‪24‬‬

‫‪∴T.O.R = 2000X144X‬‬

‫حيث أن‪kcal = 3.98 BTU :‬‬

‫وحيث أن‪:‬‬ ‫وحيث أن‪:‬‬ ‫∴ طن التبريد يساوي ‪ 3.5‬كيلو وات‪ .‬أي أن‪:‬‬

‫‪∴T.O.R = 3000 Kcal / h‬‬ ‫‪Kcal = 4.1868 kJ‬‬ ‫‪∴T.O.R = 12500 Kcal / h‬‬ ‫‪KW = kJ/s‬‬ ‫‪T.O.R = 3.5 kW‬‬

‫وتصبح معادلة سعة ملف التبريد‪:‬‬ ‫‪T.O.R‬‬

‫)‪C.C ma (i1 – i2‬‬

‫‪ 3-3‬عملية الترطيب )‪(Humidification Process‬‬ ‫شكل )‪(3-3‬‬ ‫يوضح شكل )‪ (3-3‬الحتمالت المختلفة لعملية ترطيب الهواء وهي‪:‬‬ ‫أ ـ عملية ترطيب بواسطة بخار مشبع )‪ (12‬درجة حرارته مساوية لدرجة الحرارة الجافة )‪d.b‬‬ ‫‪(1‬‬ ‫ب ـ عملية ترطيب وتسخين بواسطة رش ماء ساخن )‪ (Ia‬درجة حرارته أعلى من درجة‬ ‫حرارة الهواء الجافة )‪.(d.b1‬‬ ‫جـ ـ عملية ترطيب وتبريد بواسطة رش ماء مثلج )‪ (Ib‬درجة حرارته أةقل من درجة حرارة‬ ‫الهواء الجافة )‪ (d.b1‬وأعلى من نقطة الندى‪.‬‬ ‫‪ 3-4‬الترطيب الدياباتي )‪(Adiabatic humidification‬‬ ‫شكل )‪(4-3‬‬ ‫معادلة التزان الحراري للحجم المحدد المعزول الموضح في شكل )‪ ،(4-3‬هي‪:‬‬ ‫‪I1 + (H2 – H1) Iw = I2‬‬

‫حيث‪:‬‬ ‫‪ I2 , I1‬عبارة عن انثالبيا الهواء البتدائية والنهائية‪.‬‬ ‫‪ H2 , H1‬عبارة عن نسبة رطوبة الهواء البتدائية والنهائية‬ ‫‪ Iw‬عبارة عن انثالبيا مياه التعويض‪.‬‬ ‫إذا أهملنا المقدار )‪ H2 – H1) Iw‬لصغره فإن عملية الترطيب )‪ (12‬تكون مع ثبات‬ ‫النثالبيا‪ .‬إذا كان الهواء عند المقطع )‪ (2‬مشبعا ً فإن درجة حرارة الهواء )‪ (t2‬تعرف بدرجة‬ ‫التشبع الدياباتي وبدرجة الحرارة الرطبة الثرموديناميكية‪.‬‬

‫‪30‬‬


‫شكل )‪(5-3‬‬ ‫يوضح شكل )‪ 5-3‬أ( عملية الترطيب الدياباتي والممثلة في خريطة السيكرومتري بالخط‬ ‫المائل )‪ .(132‬عند مرور الهواء خلل وحدة رش المياه التامة العزل‪ ،‬الموضحة في شكل )‪-3‬‬ ‫‪ 5‬ب(‪ ،‬تزداد نسبة رطوبة الهواء من ‪ H1‬إلى ‪ H2‬وتقل درجة حرارة الهواء من ‪ t1‬إلى ‪ t2‬بينما‬ ‫تبقى النثالبيا النوعية للهواء ثابتة‪ .‬أي أن‬ ‫حيث أن‪:‬‬

‫‪i2 = i1 = C,‬‬ ‫‪t2< t1,‬‬ ‫‪H2 >H1‬‬ ‫‪i = cp Δ t + L. Δ H = o‬‬

‫‪(∴ CP (t1 – t2) = L (H2 – H1‬‬ ‫و‬

‫‪Qa = Q w‬‬

‫أي أن كمية الحرارة ‪ Qw‬اللمزمة لتبخير الماء اللمزم لترطيب الهواء تساوي كمية الحرارة‬ ‫‪ Qa‬المنتزعة من الهواء والتي تعمل على تبريده‪.‬‬ ‫تعرف عملية التبريد والترطيب المشتركة بعملية التبريد التبخيري ) ‪Evaporative‬‬ ‫‪ (cooling‬وتمثل بخط ثبات درجة الحرارة الرطبة‪.‬‬ ‫تعين كمية المياه المضافة للهواء خل ل عملية الترطيب بالمعادلة‪:‬‬ ‫‪(mw = ma (H2 – H1) (kg / s‬‬ ‫حيث‪:‬‬ ‫‪ ma‬معدل سريان الهواء )‪(kg / s‬‬ ‫‪ H‬ـ نسبة رطوبة الهواء )‪.(kg / kg‬‬ ‫تعرف كفاية المرطب )‪ (Humidifier efficiency‬بنسبة الزيادة الحقيقية في رطوبة‬ ‫الهواء إلى الزيادة المثالية عندما يكون الهواء الخارجي من الوحدة مشبعا ً )نقطة ‪ (2‬في شكل )‬ ‫‪5-3‬أ(‪.‬‬ ‫بالشارة إلى شكل )‪ 5-3‬أ( معادلة كفاية المرطب هي‪:‬‬ ‫‪(η H = (H3 – H1) / (H2 – H1) = (t3 – t1) / (t2 – t1‬‬ ‫يستخدم الترطيب الدياباتي في التكييف الصناعي بصورة أكبر من استخدامه فــي التكييــف‬ ‫للراحة‪.‬‬ ‫شكل )‪(6-3‬‬ ‫يوضح شكل )‪ (6-3‬مكونات المبرد الدياباتي )‪ (Adiabatic cooler‬الذي يستخدم بكثرة‬ ‫في الماكن الصحراوية الجافة‪ ،‬حيث يتطلب خفض درجة حرارة الهواء وزيادة رطوبته في‬ ‫نفس الوةقت‪.‬‬ ‫تعمل المروحة على سحب الهواء خلل فتل الخشب المبلل بالماء وتدفعه إلى المكان المراد‬ ‫تبريه وترطيبه‪ .‬يعمل صمام تعويض المياه على ثبات مستوى المياه في الجهاز وتعمل مضخة‬ ‫المياه على سحب المياه من ةقاع الجهاز وإلقائها على فتل الخشب‪.‬‬ ‫‪3‬ـ ‪ 5‬عملية تسخين وترطيب )‪(Heating and humidification process‬‬

‫‪31‬‬


‫تستلزم عملية التسخين والترطيب مرور الهواء خلل ملف تسخين )‪(Heating coil‬‬ ‫ووحدة رش مياه )‪ (Air washer‬أو مرطب بخاري )‪.(Steam humidifier‬‬ ‫شكل )‪(7-3‬‬ ‫معادلة التزان الحراري لنظام التسخين والترطيب الموضح في شكل )‪ (7-3‬هي‪:‬‬ ‫‪ma i1 Q + mw iw = ma i2‬‬

‫ومعادلة اتزان الكتلة لبخار الماء‪:‬‬ ‫‪ma H1 + mw = ma H2‬‬

‫من المعادلتين السابقتين يتبع أن‪:‬‬ ‫)‪i2 – i1) / (H2 – H1) = Q/mw + iw = Constant‬‬ ‫أي أن عملية التسخين والترطيب تمثل بخط مستقيم بين الحالتين البتدائية والنهائية‪.‬‬ ‫توضح المثلة التالية عمليات التسخين والترطيب‪.‬‬ ‫في النظام الموضح في شكل )‪ ،(8-3‬ينتزع الماء الحرارة من ملف التسخين‪ .‬يعمل رش‬ ‫الماء الساخن في تيار الهواء على تسخينه وزيادة رطوبته في نفس الوةقت‪ .‬يمثل الخط )‪ (12‬في‬ ‫شكل )‪ 8-3‬أ (عملية التسخين والترطيب‪.‬‬ ‫شكل )‪(8-3‬‬ ‫شكل )‪(9-3‬‬ ‫يوضح شكل )‪ (9-3‬عملية تسخين وترطيب الهواء‪ .‬عند مرور الهواء خلل كل من‬ ‫السخان المتقدم )‪ (Preheater‬والسخان المتأخر )‪ (Reheater‬تزداد درجة حرارة الهواء بينما‬ ‫أثناء مرور الهواء خلل المرطب )‪ (Humidifier‬تزداد رطوبة الهواء وتقل درجة حرارته‪.‬‬ ‫في شكل )‪ 9-3‬ب( عمليتا التسخين هما )‪ (13‬و )‪ (42‬وعملية الترطيب هي )‪.(34‬‬ ‫في حالة الترطيب الغير متكامل‪ ،‬تكون عمليتا التسخين‪ ،‬كما هو موضح في شكل )‪ 9-3‬أ(‪،‬‬ ‫هما )‪ (1َ 3‬و )‪ (4َ 2‬وعملية الترطيب ) َ‪.(4َ3‬‬ ‫شكل )‪(10-3‬‬ ‫يمكن الحصول على الحالة النهائية )‪ ،(2‬كما هو موضح في شكل )‪ ،(10-3‬بأجراء عملية‬ ‫التسخين )‪ (13‬وعملية الترطيب )‪.(32‬‬ ‫نظام التسخين والترطيب المعطى في شكل )‪ (10-3‬ارخص من النظام المعطى في شكل‬ ‫)‪ (9-3‬لحتوائه على سخان هواء واحد ومع ذلك يفضل استخدام سخانين مع المرطب ليسهل‬ ‫التحكم التوماتيكي في درجة حرارة الهواء ورطوبته النسبية‪.‬‬ ‫شكل )‪(11-3‬‬

‫‪32‬‬


‫يوضح شكل )‪ (11-3‬نظام ترطيب وتسخين للهواء يستخدم البخار‪ .‬تعمل وحدة الترطيب‬ ‫على زيادة درجة حرارة الهواء والتحكم في نسبة رطوبته بينما يعمل ملف التسخين على التحكم‬ ‫في درجة حرارة الهواء‪.‬‬ ‫تعين كمية البخار المضافة خلل عملية الترطيب بالمعادلة‪:‬‬ ‫)‪ms = ma (H2 – H1‬‬

‫‪kg/s‬‬

‫وتعين سعة ملف التسخين بالمعادلة‪:‬‬ ‫‪LKw‬‬

‫‪H.C = ma (i2 – i1) – ms‬‬

‫حيث‪:‬‬ ‫‪ ma‬ـ معدل سريان الهواء‪(kg/s) ،‬‬ ‫‪ L‬ـ الطاةقة الكامنة للبخار‪(kJ/kg) ،‬‬ ‫يلحظ أن الماكن السكنية تحتاج شتاءاً إلى فرن لضافة الحرارة المحسوسة )تسخين‬ ‫الهواء( وإلى حوض تبخير )‪ (Evaporation pan‬لضافة الحرارة الكامنة )ترطيب الهواء(‬ ‫تحتاج المنشآت الكبيرة مثل المكتب‪ ،‬المدارس‪ ،‬الفنادق‪ ،‬والمستشفيات إلى ملف تسخين لضافة‬ ‫الحرارة المحسوسة ووحدة رش مياه ‪ Air Washer‬لتوفير الطاةقة الكامنة وذلك للحفاظ على‬ ‫درجة الحرارة والرطوبة عند مستوى مريح لشاغلي المكان‪.‬‬ ‫‪3‬ـ ‪ 6‬عملية تبريد وإزالة رطوبة )‪(Cooling and dehumkdkfkcation process‬‬ ‫يوضح شكل )‪ (12-3‬عملية تبريد وإزالة رطوبة للهواء باستخدام ملف تبريد )‪Cooling‬‬ ‫‪ (coil‬يتوةقف مسار العملية )‪ (12‬في شكل )‪ 12-3‬أ( على نوعية سطح ملف التبريد‪ ،‬درجة‬ ‫حرارة سطحة وحالة سريان المائع )ماء مثلج أو فريون( خلل أنابيب ملف التبريد‪.‬‬ ‫شكل )‪(12-3‬‬ ‫معادلة التزان الحراري للهواء خلل ملف التبريد هي‪:‬‬ ‫‪ma i1 = Q + ma i2 + mw iw‬‬

‫ومعادلة اتزان الكتلة لبخار الماء هي‪:‬‬ ‫‪ma H1 = mw + ma H2‬‬

‫حيث‪:‬‬ ‫‪ ma‬ـ معدل سريان الهواء خلل الملف‪.‬‬ ‫‪ Mw‬ـ معدل تكثف بخار الماء على سطح ملف التبريد‪.‬‬ ‫‪ I1,i2‬ـ انثالبيا الهواء النهائية والبتدائية‬ ‫‪ iw‬ـ انثالبيا ماء التصفية المتكثفة على الملف‬ ‫‪ H1, H2‬ـ نسبة رطوبة الهواء النهائية والبتدائية‬ ‫من المعادلت السابقة‪ ،‬الحرارة المسحوبة من الهواء خلل ملف التبريد هي‪:‬‬ ‫‪Q = ma (i1 – i2) – ma (H1 – H2) iw‬‬

‫وبالتقريب سعة ملف التبريد هي‪:‬‬ ‫‪(C.C = ma (i1 – i2‬‬ ‫عملية تبريد الهواء وإزالة رطوبته )‪ ،(12‬في شكل )‪ 12-3‬أ(‪ ،‬يمكن تمثيلها بالعمليتين‪) :‬‬ ‫‪ (13‬الراسية وخللها تقل رطوبة الهواء فقط و )‪ (32‬الفقية وخللها تقل درجة حرارة الهواء‬ ‫فقط‪.‬‬

‫‪33‬‬


‫شكل )‪ 13-3‬أ(‬ ‫في شكل ‪ 13-3‬أ‪:‬‬ ‫نقطة )‪ (1‬عبارة عن الحالة البتدائية للهواء‪.‬‬ ‫نقطة )‪ (2‬عبارة عن الحالة النهائية للهواء‪.‬‬ ‫نقطة )‪ (S‬عبارة عن درجة حرارة سطح ملف التبريد‪.‬‬ ‫ونقطة )‪ (d.p1‬عبارة عن نقطة الندى للحالة البتدائية‪.‬‬ ‫عند مرور الهواء خلل ملف التبريد‪ ،‬إذا كانت درجة حرارة سطح ملف التبريد )‪ (ts‬أةقل‬ ‫من درجة الندى المناظرة لحالة الهواء البتدائية فإنه يتم خلل الملف خفض كل من درجة‬ ‫حرارة الهواء ونسبة رطوبته‪ .‬أي أنه لزالة رطوبة الهواء يلزم أن تكون درجة حرارة سطح‬ ‫ملف التبريد وبالتالي درجة حرارة المائع المار خلل أنابيب الملف أةقل من درجة الندى للحالة‬ ‫البتدائية للهواء‪.‬‬ ‫توضح النظمة التالية إمكانية إجراء عملية التبريد وإزالة الرطوبة باستخدام وحدة رش‬ ‫مياه مثلجة )‪.(Chilled water system‬‬ ‫شكل )‪(14-3‬‬ ‫النظام الموضح في شكل )‪ (14-3‬يعمل على تبريد الماء خلل وحدة تثليج المياه )‪Water‬‬ ‫‪ (chiller‬ةقبل رشه في اتجاه سريان الهواء‪ .‬إذا كانت درجة حرارة الماء المرشوش أةقل من‬

‫درجة الندى‪ ،‬المناظرة للحالة البتدائية المرشوشة وبالتالي تنتزع المياه المرشوشة الحرارة‬ ‫والرطوبة من الهواء في نفس اللحظة‪.‬‬ ‫شكل )‪(15-3‬‬ ‫النظام الموضح في شكل )‪ (15-3‬مماثل للنظام السابق في الداء‪ .‬الخلف الوحيد هو‬ ‫تواجد مبخر وحدة التبريد داخل حوض المياه‪.‬‬ ‫‪ 3-7‬درجة الندى للجهاز )‪(Apparatus dew point‬‬ ‫يتكون ملف التبريد المستخدم لتبريد الهواء وإزالة رطوبته من مجموعة من النابيب‬ ‫المجهزة بزعانف )‪ (Fins‬النابيب مرتبة في صفوف وعند زيادة عددها تقترب درجة حرارة‬ ‫الهواء النهائية من درجة حرارة السطح الخارجي لملف التبريد‪ .‬مع زيادة مساحة السطح‬ ‫الخارجي للملف بحيث تكون درجة حرارة الهواء مساوية لدرجة حرارة سطح الملف فإن‬ ‫الهواء يصبح مشبعا ً ببخار الماء وتكون درجة حرارته مساوية لدرجة الندى‪.‬‬ ‫وحيث أن ملف التبريد يتواجد داخل جهاز التكييف فإن درجة حرارة السطح الخارجي‬ ‫للملف تعرف بدرجة الندى للجهاز‪.‬‬ ‫‪ 3-8‬الهواء المار جانبيا ً )‪(By – pass air‬‬ ‫شكل )‪(16-3‬‬

‫‪34‬‬


‫يلحظ أن الرطوبة النسبية النهائية للهواء في حالة التبريد وإزالة الرطوبة‪ ،‬نقطة )‪ ( 2‬في‬ ‫شكل )‪ (13-3‬تكون دائما ً في حدود ‪ 90‬إلى ‪ %94‬وذلك لن جزء من الهواء أثناء مروره ل‬ ‫يلمس سطح ملف التبريد أو ةقطرات المياه المثلجة المرشوشة كما هو موضح في شكل )‪-3‬‬ ‫‪ .(16‬الهواء الذي يسري خلل ملف التبريد ول يلمس سطحه يعرف بالهواء المار جانبيًا‪.‬‬ ‫تتوةقف كمية الهواء التي تمر جانبيا ً على تصميم الملف وعلى سرعة الهواء خلله‪ .‬تزداد كمية‬ ‫الهواء المار جانبيا ً مع خفض عدد الزعانف لكل بوصة طولية للنابيب ومع زيادة سرعة‬ ‫الهواء خلل الملف‪ .‬تقدر ةقيمة المرار الجانبي للهواء بدللة معامل المرار الجانبي‪.‬‬ ‫بالشارة إلى شكل )‪ (13-3‬معادلة معامل الرمر الجانبي هي‪:‬‬ ‫‪(By-Pass factor = (T2 – Ts) / (T1 – Ts‬‬ ‫حيث ‪ t1‬و ‪ t2‬عبارة عن درجة حرارة الهواء الجافة ةقبل وبعد الملف على التوالي‪.‬‬ ‫‪ T1‬عبارة عن درجة الندى لسطح ملف التبريد‪.‬‬ ‫تتراوح ةقيمة معامل المرار الجانبي لملفات التبريد بين ‪ 0.01‬و ‪0.03‬‬ ‫‪ 3-9‬معامل الحرارة المحسوسة )‪(Sensible heat factor‬‬ ‫يمكن تصنيف الحرارة إلى‪:‬‬ ‫أ ـ حرارة محسوسة )‪(Sensible heat‬‬ ‫وهي الحـرارة الـتي تعمـل علـى زيـادة أو خفـض درجـة حـرارة الهـواء بـون تغييـر نسـبة‬ ‫رطوبته‪ .‬تغير الحرارة يمثل في خريطة السيكرومتري بخط أفقي‪.‬‬ ‫ب ـ حرارة كامنة )‪(Latent heat‬‬ ‫شكل )‪(17-3‬‬ ‫وهي الحرارة اللزمة لتحويل الماء إلـى بخـار أو بـالعكس بـدون تغيـر فــي درجـة حـرارة‬ ‫الهواء‪ .‬يمثل تغير الحرارة الكامنة في خريطة السيكومتري بخط رأسي‪.‬‬ ‫عمليتي التبريد وإزالة الرطوبة يمثل بالخط )‪ (12‬في شكل )‪ (17-3‬وذلك لنهما يتما فــي‬ ‫نفس الوةقت‪.‬‬ ‫يعرف الخط )‪ (12‬بخط معامـل الحـرارة المحسوسـة ويرمـز لـه بـالرمز ‪ .SHF‬ميـل هـذا‬ ‫الخط متغير ويتوةقف على النسبة بين كمية الحرارة المحسوسة ‪ Qs‬والمجموع الجــبري للحــرارة‬ ‫المحسوسة والحرارة الكامنة ‪ QL‬بالشارة إلى شكل )‪.(17-3‬‬ ‫‪QL = i 1 – i3 ,‬‬

‫‪Q S = i3 – i2‬‬

‫يعرف المجموع الجبري للحرارة المحسوسة والحرارة الكامنة بالحرارة الكلية ومعادلتها‪:‬‬ ‫‪QT = Q S + Q L = i1 – i2‬‬

‫معادلة معامل الحرارة المحسوسة هي‪:‬‬ ‫‪SHF = QS/QT = (i3 – i2) / (i1 – i2) = tan α‬‬ ‫أي أن معامل الحرارة المحسوسة يساوي ظل الزاوية )‪ (α‬في خريطة السيكرومتري‪.‬‬ ‫لو كانت الحرارة الكامنة مساوية للصفر ‪SHF = 1‬‬ ‫ولو كانت الحرارة المحسوسة مساوية للصفر ‪SHF = 0‬‬ ‫أي أن‪SHF < I > 0 :‬‬

‫‪35‬‬


‫في خريطة السيكرومتري )ملحق –‪ (3‬لرسم خط معامل الحــرارة المحسوســة نصــل ةقيمــة‬ ‫المعامل بنقطة الصل السوداء )ْ‪24‬م جافة و ‪ %50‬رطوبة نسبية( ونرسم خط مواز له‪.‬‬ ‫في معظم حالت الراحة )‪ (Comfort conditions‬معامل الحــرارة المحسوســة أكـبر مــن‬ ‫‪ 0.5‬للماكن السكنية ‪ SHF = 0.8‬وللمطاعم ‪SHF = 0.6‬‬

‫‪36‬‬


‫‪ 3-10‬عملية الخلط )‪(Mixing process‬‬ ‫يتكون هواء التغذية‪ ،‬في أغلب وحدات التكييف‪ ،‬مـن هـواء راجـع )‪ (Return‬مـن المـاكن‬ ‫المكيفة وهواء نقي )‪ (Fresh‬لزوم التهوية‪ ،‬يمكن تعين خواص مخلوط الهــواء الراجــع والهــواء‬ ‫النقي بواسطة خريطة السيكرومتري‪.‬‬ ‫شكل )‪(18-3‬‬ ‫يوضح شكل )‪ (18-3‬عملية خط الهواء‪ .‬تيــاران مــن الهــواء‪ :‬أحــدهما ســاخن كتلتــه )‪(m1‬‬ ‫وخواصه )‪ (i1 , H1‬والخر بارد كتلته )‪ (m2‬وخواصه )‪ .(i2 , H2‬يخلطا وينتج مخلوط هواء‬ ‫خواصه )‪.(i3 , H3‬‬ ‫بتطبيق ةقانون حفظ الكتلة لبخار الماء‪:‬‬ ‫‪m1 H1 + m2 H2 = m3 H3‬‬ ‫)‪( 1‬‬ ‫وللهواء الجاف‪:‬‬ ‫‪m1 + m2 = m3‬‬ ‫)‪( 2‬‬ ‫وبتطبيق ةقانون حفظ الطاةقة للهواء‪:‬‬ ‫‪m1 i1 + m2 i2 = m3 i3‬‬ ‫)‪( 3‬‬ ‫من المعادلتين )‪ (1‬و )‪ (2‬يتبع أن‪:‬‬ ‫‪(m1 / m2 = (H3 – H2) / (H1 – H3‬‬ ‫)‪( 4‬‬ ‫ومن المعادلتين )‪ (2‬و )‪ (3‬يتبع أن‪:‬‬ ‫‪(m1 / m2 = (i3 – i2 ) / (i1 – i3‬‬ ‫)‪( 5‬‬ ‫ومن المعادلتين )‪ (4‬و )‪:(5‬‬ ‫‪(m1/m2 = (H3 – H2) / (H1 – H3‬‬ ‫= )‪(i3 – i2) / (i1 – i3‬‬ ‫)‪(i2 – i1) / (H2 – H1) = (i3 – i2) / (H3 – H2‬‬ ‫و‬ ‫المعادلة الخيرة تعبر عن معادلة الخط المستقيم )‪ (132‬وينتج عن ذلــك أن نقطــة الخلــط )‬ ‫‪(3‬في شكل )‪ 18-3‬أ(‪ ،‬تقع على الخط الواصــل بيــن النقطــتين )‪ (1‬و )‪ (2‬وتقســم الخــط )‪(12‬‬ ‫داخليا ً بالنسبة العكسية لكتلتي الهواء ‪ m1‬و ‪.m2‬‬ ‫أي أن‪:‬‬ ‫‪(m1/ m2 = distance (23) / distance (13‬‬ ‫‪ 3-11‬إزالة الرطوبة كيمائيا ً )‪(Chemical dehumidification‬‬ ‫تتم عملية إزالة الرطوبة بتمريــر الهــواء علــى مــواد كيميائيــة صــلبة أو ســائلة تقــوم نتيجــة‬ ‫اختلف الضغط الجزئي لبخار الماء بامتصاص الرطوبة من الهواء فتقل نسبة رطوبته وترتفــع‬ ‫درجة حرارته نتيجة التفاعل الكيميائي والحرارة الكامنة الناتجة عن تكثيف بخار الماء‪.‬‬ ‫شكل )‪(19-3‬‬ ‫تمثل عملية ثبات درجة الحرارة الرطبـة )‪ (12‬فــي شـكل )‪ (19-3‬عمليـة إزالـة الرطوبــة‬ ‫كيميائيًا‪ ،‬التي تستخدم بكثرة في العمليات الصناعية التي تتطلب‪:‬‬

‫‪37‬‬


‫أ ـ درجة ندى أةقل من درجة الصفر المئوي‪.‬‬ ‫ب ـ نسبة رطوبة منخفضة‬ ‫جـ ـ معامل حرارة محسوس صغير‪.‬‬ ‫المحاليل السائلة المســتخدمة فــي عمليــات إزالــة الرطوبــة كيميائيـا ً هــي‪ :‬بروميــد الليــثيوم‪،‬‬ ‫كلوريد الليثيوم وجليكول الثيلين )‪(Ethylene glycol‬‬ ‫المواد الصلبة المستخدمة في إزالة الرطوبة كيميائيا ً هــي‪ :‬ســيليكا جــل ‪ Silica get‬أكســيد‬ ‫اللمونيوم المنشط ‪ Activated alumina‬وفحم نباتي منشط ‪Activated charcoal‬‬ ‫‪ 3-12‬مسائل )‪(Problems‬‬ ‫‪1‬ـ يسخن هواء من الحالة ْ‪15‬م جافة و ْ‪10‬م رطبة إلى ْ‪27‬م جافة بدون إضافة مياه‪.‬‬ ‫عين باستخدام خريطة السيكرومتري‪:‬‬ ‫أ ـ الرطوبة النسبية للحالة الصلية‪.‬‬ ‫ب ـ درجة الندى الصلية‪.‬‬ ‫جـ ـ الحرارة المضافة لكيلو جرام واحد من الهواء‪.‬‬ ‫‪2‬ـ هواء مشبع عند ْ‪5‬م‪ ،‬يسخن أولً وبعد ذلك يشبع ادياباتيا ثم يعاد تسخينه للحالة النهائيــة ْ‪40‬م‬ ‫جافة و ‪ %30‬رطوبة نسبية‪.‬‬ ‫‪3‬ـ يدخل هواء رطب ملف تبريد بمعدل ‪ 500‬لتر ‪ /‬ثانية‪ .‬إذا كانت حالــة الهــواء الصــلية ْ‪32‬م‬ ‫و ْ‪18‬م رطبة‪ .‬درجة حرارة سطح الملف ْ‪5‬م وسعة ملف التبريد المتاحة ‪ 3.5‬طن تبريد‪.‬‬ ‫عين درجة الحرارة الجافة للهواء تارك الملف ومعدل الرطوبة المزالة من الهواء‪.‬‬ ‫‪4‬ــ غرفــة حالــة هوائهــا ْ‪24‬م جافــة و ‪ %50‬رطوبــة نســبية‪ ،‬وفــي نفــس اللحظــة حالــة الهــواء‬ ‫الخارجي ْ‪4‬م جافة و ‪ %50‬رطوبة نسبية‪ .‬يبرد الهواء الراجع من الغرفة وتزال رطوبته‬ ‫عند خلطه مع هواء التهوية الخارجي‪ .‬إذا كــان ســريان الهــواء الكلــي للغرفــة عبــارة عــن‬ ‫‪ %60‬هواء خارجي و ‪ %40‬هواء راجع بالكتلة‪.‬‬ ‫عين درجة الحرارة الجافة ونسبة الرطوبة لمخلوط الهواء المتجه للغرفة‪.‬‬ ‫‪5‬ـ يرج التبريد عبارة عن وحدة تعمل على تبريد المياه عند سريانها خلل تيار هوائي‪ .‬إذا كــان‬ ‫الهواء يدخل البرج بمعدل ‪ 15‬متر مكعب ‪ /‬ثانية وحالته ْ‪35‬م جافة و ْ‪24‬م رطبة ويخرج‬ ‫من البرج مشبع عند ْ‪31‬م‪ .‬تدخل المياه البرج ودرجة حرارتها ْ‪38‬م ومعدل ســريانها ‪20‬‬ ‫كيلو جرام ‪ /‬ثانية‪.‬‬ ‫عين‪ :‬أ ـ درجة الحرارة النهائية للمياه‪.‬‬ ‫ب ـ معدل إضافة ماء التعويض للبرج‪.‬‬ ‫‪6‬ـ نظام تكييف هواء يخلط ‪940‬لتر ‪ /‬ثانية هواء خارجي حالته ْ‪ 32‬م جافـة و ْ‪23‬م رطبــة مــع‬ ‫‪ 2850‬لتر ‪ /‬ثانية هواء راجع حالته ْ‪24‬م جافــة و ‪ %50‬رطوبــة نســبية‪ .‬يمــر المخلــوط‬ ‫خلل ملف تبريد ويــتركه ورطــوبته النســبية ‪ %90‬إذا كــان معامــل الحــرارة المحسوســة‬ ‫للغرفة ‪0.67‬‬ ‫عين‪ :‬أ ـ درجة الندى لملف التبريد‬ ‫ب ـ درجة الندى للهواء‬ ‫جـ ـ درجة حرارة الهواء الخارج من الملف‪.‬‬ ‫د ـ السعة التبريدية لملف التبريد‬

‫‪38‬‬


‫‪7‬ـ حيز في مبنى صناعي لــه فاةقــد الحــرارة المحسوســة شــتاءاً ‪ 200.000‬كيلــو جــول ‪/‬ســاعة‬ ‫والحمــل الحــراري الكــامن مهمــل ) الفواةقــد الكامنــة الخارجــة تعوضــها الحــرارة الكامنــة‬ ‫المتولدة داخل الحيز(‪ .‬الحالــة الداخليــة للحيــز ْ‪24‬م جافــة و ‪ %50‬رطوبــة نســبية‪ .‬نظــراً‬ ‫لطبيعــة العمليــات داخــل الحيــز المكيــف يتطلــب هــواء خــارجي ‪ 3.5 .%100‬مــتر‬ ‫مكعب‪/‬ثانية من الهواء الخارجي المشبع عند ْ‪4‬م يتم تسخينهم خلل ملف تسخين متقدم ثــم‬ ‫ترطيبهم بواسطة مشبع ادياباتي إلى الرطوبة المطلوبة‪ .‬بعد ذلك يعــاد تســخين الهــواء‪ .‬إذا‬ ‫كانت درجة حرارة الهواء بعد المشبع الدياباتي ْ‪15‬م‪.‬‬ ‫عين‪ :‬أ ـ معدل تبادل الحرارة خلل ملف التسخين المتقدم‪.‬‬ ‫ب ـ معدل تبادل الحرارة خلل ملف إعادة التسخين‪.‬‬ ‫جـ ـ معدل الترطيب خلل المشبع الدياباتي‪.‬‬ ‫‪8‬ـ غرفة حملها المحسوس ‪ 5.5‬كيلو وات وحالــة الهــواء بــداخلها ْ‪24‬م جافــة و ‪ %50‬رطوبــة‬ ‫نسبية يخلط هواء خارجي حالته ْ‪35‬م و ْ‪27‬م رطبة مع هواء الغرفــة الراجــع بنســبة ‪3:1‬‬ ‫بالكتلة‪ .‬يبرد المخلوط وتزال رطوبته خلل ملف تبريد بحيث يكــون الهــواء تــارك الملــف‬ ‫مشبع عند ْ‪10‬م وعلى خط الحالة للغرفة‪ .‬إذا تم خلـط الهـواء تـارك الملـف مـع جـزء مـن‬ ‫هواء الغرفة الراجع بحيث تصبح درجة تغذية الهواء للغرفة ْ‪15‬م‪.‬‬ ‫عين‪ :‬أـ معدل سريان الهواء‪.‬‬ ‫ب ـ النسبة المئوية بالكتلة للهواء الراجع من الغرفة والمختلط مع الهواء التارك لملف‬ ‫التبريد‪.‬‬ ‫جـ ـ نسبة حمل الغرفة الكامن إلى حملها المحسوس‪ .‬سعة ملف التبريد‬ ‫‪9‬ـ مكيف هواء يناول ‪ 1‬متر مكعـب ‪/‬ثانيـة عنــد الحالـة البتدائيــة ْ‪10‬م جافــة و ‪ %50‬رطوبـة‬ ‫نسبية‪ .‬يتم تسخين الهواء بواسطة مبادل حراري‪ ،‬مجهــز بزعـانف مســاحة ســطحه الناةقــل‬ ‫للحرارة ‪ 7.25‬متر مربع والقيمة )‪ (UA‬له ‪ 420‬واتْ‪/‬م يشتمل المكيف على وحــدة رش‬ ‫بخار مشبع عند ‪ 108‬كيلة بسكال تعمل على زيادة رطوبة الهواء‪ .‬يــترك الهـواء المكيــف‬ ‫وحالته ْ‪38‬م جافة و ‪ %50‬رطوبة نسبية‪.‬‬ ‫عين‪ :‬أ ـ معدل سريان كتلة الهواء‪.‬‬ ‫ب ـ معدل سران البخار‪.‬‬ ‫جـ ـ كمية الحرارة المضافة للهواء خلل الملف‪.‬‬ ‫د ـ معامل انتقال الحرارة الكلي للمبادل الحراري‪.‬‬ ‫‪10‬ـ نظام تكييف صيغي يدفع ‪ 950‬لــتر ‪ /‬ثانيــة مــن الهــواء الخــارجي خلل ملــف التبريــد‪ .‬إذا‬ ‫كانت حالة الهواء الخارجي ْ‪35‬م جافة و ْ‪25‬م رطبة وحالة الهواء الداخليــة ْ‪27‬م جافــة و‬ ‫‪ %45‬رطوبة نسبية‪ .‬معامل الحرارة المحسوسة ‪ 0.72‬والرطوبة النســبية للهــواء تــارك‬ ‫الملف ‪.%90‬‬ ‫عين‪ :‬أ ـ درجة الندى للجهاز‬ ‫ب ـ السعة التبريدية لملف التبريد‬ ‫جـ ـ كمية الرطوبة المتكثفة على الملف في الساعة‪.‬‬

‫‪39‬‬


Issuu converts static files into: digital portfolios, online yearbooks, online catalogs, digital photo albums and more. Sign up and create your flipbook.