Εύκολες λύσεις σύνθετων προβλημάτων Κλιματισμού

Οι τεχνικοί που ασχολούνται με τον κλιματισμό αντιμετωπίζουν περιπτώσεις προβλημάτων, που άλλοτε σχετίζονται με τη μελέτη ενός συστήματος πριν από την εγκατάστασή του και άλλοτε με τη συντήρηση, την επισκευή ή την επίβλεψή του κατά τη λειτουργία του. Τα προβλήματα αυτά λύνονται με δύο τρόπους.

Γράφει ο Δημήτρης Μενεγάκης, Μηχανολόγος Μηχανικός

Ο ένας είναι να χρησιμοποιήσει πολύπλοκους μαθηματικούς τύπους της Θερμοδυναμικής. Ο δεύτερος να χρησιμοποιήσει διαγράμματα που έχει στη διαθεσή του και σχεδιάστηκαν με τα δεδομένα, που βρέθηκαν με την επίλυση των πολύπλοκων μαθηματικών τύπων της Θερμοδυναμικής. Ασφαλώς αναφερόμαστε στα Ψυχρομετρικά διαγράμματα. Θέλω να σας θυμίσω, ότι αυτά είναι γραφικές παραστάσεις, που κάθε σημείο τους αντιπροσωπεύει μια συγκεκριμένη κατάσταση του αέρα και δίνουν τη σχέση που υπάρχει ανάμεσα στα διάφορα φυσικά χαρακτηριστικά, όπως η θερμοκρασία ξηρού και υγρού βολβού, το σημείο δρόσου, η σχετική και η απόλυτη υγρασία, το βάρος του νερού σε κάθε κιλό του αέρα, η ενθαλπία, δηλαδή η ποσότητα της θερμότητας που περιέχει ο αέρας.

Οι τιμές που προκύπτουν από τη χρησιμοποίηση των ψυχρομετρικών διαγραμμάτων δεν έχουν την απόλυτη ακρίβεια των θερμοδυναμικών υπολογισμών. Οι διαφορές όμως είναι πολύ μικρές και αμελητέες σε σχέση με το μεγάλο πλεονέκτημα της απλής και εύκολης προσέγγισης των σημαντικών πληροφοριών που μας παρέχουν, χωρίς πολύπλοκους υπολογισμούς και σε σύντομο χρόνο. Τα ψυχρομετρικά διαγράμματα είναι ακριβή για μια μόνο βαρομετρική πίεση. Για φυσικές μικρομεταβολές της βαρομετρικής πίεσης τα σφάλματα είναι πρακτικά ασήμαντα. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν μέχρι 600m. χωρίς να γίνουν διορθώσεις και αυτό σημαίνει ότι καλύπτουν πλήρως τους τεχνικούς του κλιματισμού.

Τα ψυχρομετρικά διαγράμματα που κυκλοφορούν βασίζονται σε κανονικές συνθήκες ατμοσφαιρικού αέρα, δηλαδή σε βαρομετρική πίεση 760 mm(=1atm=1,033kg/cm²=1033mb), σε θερμοκρασία 21°C, ειδικό βάρος 1,2 kg/m³ και ειδικό όγκο 0,833 m³/kg, σε υψόμετρο 0 (επιφάνεια θάλασσας). Υπάρχουν πολλά ψυχρομετρικά διαγράμματα, που ποικίλουν μεταξύ τους σε μορφή και σε διάταξη, αλλά όλα δίνουν τις ίδιες πληροφορίες. Ένα απλό είναι εκείνο του Σχ.1, που περιλαμβάνει ένα οριζόντιο άξονα και δύο κατακόρυφους. Στον οριζόντιο σημειώνεται η θερμοκρασία του ξηρού βολβού, σε °C. Στο δεξιό κατακόρυφο άξονα σημειώνεται η απόλυτη υγρασία του αέρα σε gr/kg, δηλαδή το πραγματικό βάρος υδρατμών σε gr, που περιέχει κάθε kg ξηρού αέρα. Στον αριστερό κατακόρυφο άξονα σημειώνεται πάλι η απόλυτη υγρασία του αέρα σε kg (νερού) ανα kg ξηρού αέρα. Πάνω στο διάγραμμα παρατηρούμε ακόμη καμπύλες γραμμές υπό γωνία που σημειώνουν τη σχετική υγρασία του αέρα %. Στην εξωτερική καμπύλη σημειώνονται οι θερμοκρασίες του σημείου δρόσου του υγρού βολβού.

Οι δύο αυτές θερμοκρασίες είναι πάντοτε ίσες σε σχετική υγρασία 100%. Το υπόλοιπο του διαγράμματος είναι οριζόντιες ευθείες γραμμές που χαρακτηρίζονται γραμμές του σημείου και ευθείες υπό γωνία, που χαρακτηρίζονται γραμμές σταθερής ενθαλπίας (άρα και σταθερής θερμοκρασίας υγρού βολβού). Η ενθαλπία, δηλαδή η ποσότητα θερμότητας που περιέχεται σε κάθε kg ξηρού αέρα αναγράφεται στο αριστερό μέρος και έξω από το κύριο διάγραμμα. Πρέπει να σημειωθεί ότι η θερμοκρασία του σημείου δρόσου είναι το μέτρο της λανθάνουσας θερμότητας, της ποσότητας υγρασίας και της πίεσης των υδρατμών.

Η χρήση του διαγράμματος

Κάθε σημείο διαγράμματος αντιπροσωπεύει, μια συγκεκριμένη κατάσταση του αέρα και με απλή αναφορά, χωρίς υπολογισμούς βρίσκουμε τα φυσικά χαρακτηριστικά του αέρα. Όταν είναι γνωστά δύο φυσικά χαρακτηριστικά του αέρα, εύκολα και γρήγορα μπορούμε να καθορίσουμε τα υπόλοιπα.

Παράδειγμα

Με το ψυχρόμετρο μετρήθηκε κάποια στιγμή η θερμοκρασία του ατμοσφαιρικού αέρα. Η θερμοκρασία του ξηρού βολβού είναι 21°C και του υγρού βολβού 16°C. Με χρήση του ψυχρομετρικού διαγράμματος θα βρούμε: τη σχετική υγρασία, την απόλυτη υγρασία, το σημείο δρόσου και την ενθαλπία του αέρα. Στο ψυχρομετρικό διάγραμμα (βλ. σχ.2) εντοπίζουμε στον οριζόντιο άξονα τη θερμοκρασία 21°C του ξηρού βολβού. Στην εξωτερική καμπύλη εντοπίζουμε τη θερμοκρασία 16°C του υγρού βολβού. Η κατακόρυφη ευθεία γραμμή, που περνά από τους 21°C του ξηρού βολβού και η πλάγια ευθεία που περνά από τους 16°C του υγρού βολβού τέμνονται στο σημείο Α, πάνω περίπου στην καμπύλη της σχετικής υγρασίας 60%. Αυτή είναι η ζητούμενη σχετική υγρασία. Από το σημείο τομής Α, σύρουμε μια οριζόντια ευθεία προς τα αριστερά, μέχρι να συναντήσουμε την καμπύλη των σημείων δρόσου.

Εκεί διαβάζουμε 13°C. Αυτό είναι το ζητούμενο σημείο δρόσου. Από το σημείο Α, σύρουμε μια οριζόντια ευθεία προς τα δεξιά αυτή τη φορά, μέχρι να συναντήσουμε τον κατακόρυφο άξονα της απόλυτης υγρασίας. Εκεί διαβάζουμε 9,4gr/kg. Αυτή είναι η ζητούμενη απόλυτη υγρασία. Επεκτείνουμε τώρα την πλάγια ευθεία γραμμή, που ξεκινά από το Α και περνά από τους 16°C του υγρού βολβού. Στην περιοχή της ενθαλπίας διαβάζουμε 19,6 kcal/kg. Αυτή είναι η ζητούμενη ενθαλπία του αέρα. Χωρίς πολύπλοκους υπολογισμούς οι απαντήσεις στο παράδειγμα μας είναι: Όταν ο αέρας κάποια στιγμή έχει θερμοκρασία ξηρού βολβού 21°C και υγρού βολβού 16°C, τότε τα υπόλοιπα φυσικά του χαρακτηριστικά είναι: