Anwendung eines h,x-Diagramms
Da heute weitgehend Rechenprogramme die Bestimmung von Zustandsänderungen der Raumluft übernehmen, dienen h,x-Diagramme in der Praxis nur der Veranschaulichung der Zusammenhänge bei der Luftkonditionierung oder einer überschlägigen Berechnung. Erläutert werden in der folgenden Animation die Fälle "Erwärmen ", "Kühlen ", "Befeuchten ", "Entfeuchten " und "Mischen ".
Master slide -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 100 6 10 2 12 8 14 16 18 20 22 24 26 28 30 4 Wasserdampfgehalt in g/kg trockener Luft Temperatur in °C 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % φ spezifische Enthalpie in kJ/kg trockener Luft 35 40 ρ f P Master slide -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 100 6 10 2 12 8 14 16 18 20 22 24 26 28 30 4 Wasserdampfgehalt in g/kg trockener Luft Temperatur in °C 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % φ spezifische Enthalpie in kJ/kg trockener Luft 35 40 ρ f P Im Punkt P beträgt die Lufttemperatur 18 °C und der absolute Wasserdampfgehalt 5,8 g/kg. Die zugehörige relative Luftfeuchte beträgt 44 %, die Enthalpie 33 kJ/kg. Master slide -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 100 6 10 2 12 8 14 16 18 20 22 24 26 28 30 4 Wasserdampfgehalt in g/kg trockener Luft Temperatur in °C 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % φ spezifische Enthalpie in kJ/kg trockener Luft 35 40 ρ f P Die Luft mit dem Zustand in Punkt P kann nun auf verschiedene Arten konditioniert werden, dabei sind Zustandsänderungen in verschiedene Richtungen möglich. Master slide -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 100 6 10 2 12 8 14 16 18 20 22 24 26 28 30 4 Wasserdampfgehalt in g/kg trockener Luft Temperatur in °C 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % φ Δ h = 8 kJ/kg 35 40 ρ f P Der einfachste Fall ist das Erwärmen der Luft . Die absolute Feuchtigkeit bleibt dabei gleich, die relative Luftfeuchtigkeit sinkt jedoch. Durch die Wärmezufuhr erhöht sich hier die Enthalpie auf 41 kJ/kg. Master slide -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 100 6 10 2 12 8 14 16 18 20 22 24 26 28 30 4 Wasserdampfgehalt in g/kg trockener Luft Temperatur in °C 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % φ spezifische Enthalpie in kJ/kg trockener Luft 35 40 ρ f P Wenn Luft durch Zerstäuben von kaltem Wasser gekühlt wird, so nimmt die relative Luftfeuchtigkeit bis zur Sättigungslinie zu, der absolute Wassergehalt bleibt jedoch gleich ( trockene Kühlung ). Unterhalb dieser Temperatur würde Wasser ausgeschieden werden. Die Enthalpie nimmt durch das eingebrachte kalte Wasser ab. Master slide -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 -10 0 30 40 50 60 70 80 90 100 100 6 10 2 12 8 14 16 18 20 22 24 26 28 30 4 Wasserdampfgehalt in g/kg trockener Luft Temperatur in °C 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % φ 35 40 ρ f P Wenn man die Luft unter ihren Taupunkt kühlt ( nasse Kühlung ), so fällt Wasser aus, der absolute Wasserdampfgehalt der Luft sinkt, die Luft wird also zugleich entfeuchtet . Die Enthalpie sinkt, da Wärme an das zerstäubte kalte Wasser verlorengeht. 30 Δ x = -1,2 g/kg Master slide -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 100 6 10 2 12 8 14 16 18 20 22 24 26 28 30 4 Wasserdampfgehalt in g/kg trockener Luft Temperatur in °C 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % φ 35 40 ρ f P Wenn Wasser zerstäubt wird, das dieselbe Temperatur wie die Luft hat, tritt keine Wärmezufuhr auf, man spricht von adiabater Befeuchtung . Durch die Verdunstungskälte sinkt die Temperatur der Luft, hier um 5,5 K. Die Enthalpie bleibt jedoch gleich, da die Energie als latente Wärme erhalten bleibt. Δ ϑ = 5,5 K Master slide -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 100 6 10 2 12 8 14 16 18 20 22 24 26 28 30 4 Wasserdampfgehalt in g/kg trockener Luft Temperatur in °C 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % φ 35 40 ρ f P Wird Wasser zerstäubt, das wärmer als die Luft im Ausgangszustand ist, so sinkt zwar die Temperatur, aber die Enthalpie der befeuchten Luft steigt. Δ h = 2 kJ/kg Master slide -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 -10 0 10 30 40 50 60 70 80 90 100 100 6 10 2 12 8 14 16 18 20 22 24 26 28 30 4 Wasserdampfgehalt in g/kg trockener Luft Temperatur in °C 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % φ 35 40 ρ f P Wenn die Luft mit Dampf befeuchtet wird, so wird ihr keine Verdampfungswärme mehr entzogen. Die Temperatur der Luft bleibt gleich, die Enthalpie steigt hingegen, da der Dampf latente Wärme einbringt. Δ x = 3,1 g/kg Master slide -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 100 6 10 2 12 8 14 16 18 20 22 24 26 28 30 4 Wasserdampfgehalt in g/kg trockener Luft Temperatur in °C 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % φ spezifische Enthalpie in kJ/kg trockener Luft 35 40 ρ f P Ein (noch im Bestand auftretender) so genannter Heizwäscher befeuchtet und erwärmt die Luft zugleich. Master slide -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 100 6 10 2 12 8 14 16 18 20 22 24 26 28 30 4 Wasserdampfgehalt in g/kg trockener Luft Temperatur in °C 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % φ spezifische Enthalpie in kJ/kg trockener Luft 35 40 ρ f P Neben der Kühlung ist zum Entfeuchten der Luft auch ein Adsorptionsverfahren (z.B. an Silicagel) möglich. Hierbei entsteht durch die Kondensation des Dampfes Wärme, die die Temperatur der Luft erhöht. Master slide -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 100 6 10 2 12 8 14 16 18 20 22 24 26 28 30 4 Wasserdampfgehalt in g/kg trockener Luft Temperatur in °C 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % φ spezifische Enthalpie in kJ/kg trockener Luft 35 40 ρ f P Wenn zwei Luftmassen m und m P P' mit unterschiedlichen Zuständen P und P' vermischt werden, so liegt der resultierende Zustand P'' in jedem Fall auf der die beiden Punkte verbindenden Geraden. Es gilt für das Teilungsverhältnis der Verbindungslinie: P' P'' | PP ' ' | | P ' P ' ' | = m P ' m P Animation: Anwendung eines h,x-Diagramms
Auf den folgenden Seiten wird erläutert, wie man die maximalen Leistungen für Heizen, Kühlen und Dampf ermittelt. Dabei wird die Dampfbefeuchtung - anders als die Befeuchtung durch Zerstäubung bzw. Verdunstung - deswegen gesondert betrachtet , weil die Temperatur der Luft durch das Einbringen von Dampf nicht wesentlich beeinflusst wird. Die aufzuwendende Energie wird vielmehr vorher beim Dampferzeugen benötigt. Wird hingegen ein Verdunstungsbefeuchter benutzt, so entzieht das dabei benutzte Wasser der zu befeuchtenden Luft beim Verdunsten Wärme.
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