visio-h-x diagramm aufbau und anwendungen 2.2 -...

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  • Das h-x-Diagramm: Aufbau und Anwendungen

    AufbauA

    t = Temperatur in [C]

    = Dichte der Luft in [kg/m]

    x = absoluter Wassergehalt in [g/kg]

    h = Enthalpie (Wrmeinhalt) in [kJ/kg]

    = relative Luftfeuchtigkeit in [% r.F.]

    =1 =Sttigungslinie (Grenzlinie; Nebellinie) (100% mit Wasser gesttigte Luft)

    TTr = Trockenkugeltemperatur (normale Temperatur der Luft in [C] )

    TFK = Feuchtkugeltemperatur (Temperatur entlang der h-Linie (Enthalpielinie)

    bis zur =1-Linie, die einer bestimmten Trockenkugeltemperatur zugehrig ist in [C])

    TTP = Taupunkttemperatur (Temperatur entlang der x-Linie bis zur =1-Linie, die einer bestimmten Trockenkugeltemperatur zugehrig ist in [C]. Unterhalb der

    =1-Linie scheidet sich Wasser aus!) 31

    21

    % r.F.

    (rho)

    TTK

    TFK

    TTP

    h

    = 1

    -10

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    0 10 20 30 40 50 60

    =10%

    20%

    40%

    60%

    80%

    0

    25

    50

    75

    100

    125

    150

    = 100%

    t in[C]

    x in [g/kgtr. Luft]

    1

    x

    t

    2

    3

    Seite 1 von 9 (C) A. Jahnke

  • Das h-x-Diagramm: Aufbau und Anwendungen

    Zustandsnderungen im h-x- DiagrammB

    1. sensible Erhitzung

    2. sensible (trockene Khlung)

    3. Khlung und Entfeuchtung (sensibel + latent)

    4. Befeuchtung und Khlung durch Verdunstung mit Wasser

    5. Befeuchtung mit Sattdampf

    6. Mischung von Luftstrmen

    Seite 2 von 9 (C) A. Jahnke

  • Das h-x-Diagramm: Aufbau und Anwendungen

    Aufheizen/erwrmen1

    Bei Wrmezufuhr an die Luft erwrmt sich diese bei konstanter Feuchte (absolute Luftfeuchte x in [g/kg]. Die Erwrmung verluft wie oben dargestellt senkrecht von unten (Zustandspunkt 1) nach oben (Zustandspunkt 2).Dies kann durch Erwrmung z.B. durch PWW*-Heizregister, Elektroheizung, Sonneneinwirkung etc. geschehen. Dabei bleibt der absolute Wassergehalt der Luft konstant, die relative Luftfeuchtigkeit nimmt ab. Die Dichte der Luft wird geringer und die Enthalpie nimmt zu.

    * = Pumpen-Warm-Wasser

    -10

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    0 10 20 30 40 50 60

    =10%

    20%

    40%

    60%

    80%

    0

    25

    50

    75

    100

    125

    150

    = 100%

    t in[C]

    x in [g/kgtr. Luft]

    1

    2

    Seite 3 von 9 (C) A. Jahnke

  • -10

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    0 10 20 30 40 50 60

    =10%

    20%

    40%

    60%

    80%

    0

    25

    50

    75

    100

    125

    150

    = 100%

    t in[C]

    x in [g/kgtr. Luft]

    1

    2

    TTP(Taupunkttemperatur)

    Das h-x-Diagramm: Aufbau und Anwendungen

    Bei Wrmeentzug aus der Luft khlt sich diese bei konstanter Feuchte (absolute Luftfeuchte x in [g/kg]) ab. Die trockene Khlung verluft wie oben dargestellt senkrecht von oben (Zustandspunkt 1) nach unten (Zustandspunkt 2).Dies kann durch Abkhlen z.B. durch PKW*-Khlregister (Kaltwassersatz) oder Direktverdampfung (z.B. Kltemittel R407C) geschehen. Dabei bleibt der absolute Wassergehalt der Luft konstant, die relative Luftfeuchtigkeit nimmt zu. Auerdem wird die Dichte der Luft grer und die Enthalpie nimmt ab.

    Die Temperatur kann maximal bis zur =100%-Linie gesenkt werden, ohne das sich Wasser aus der Luft ausscheidet. Dazu mu die Oberflchentemperatur des Luftkhlers oberhalb der Taupunkttemperatur liegen. Diese ist im Schnittpunkt mit der

    Sttigungslinie ( =100%) bei der sich Wasser aus der Luft ausscheidet. Wird die Taupunkttemperatur nicht unterschritten spricht man von trockener Khlung.

    * = Pumpen-Kalt-Wasser

    trockene (sensible) Khlung2

    Seite 4 von 9 (C) A. Jahnke

  • Bei Wrmeentzug aus der Luft khlt sich diese bis auf eine bestimmte, neue Temp-eratur ab. Wird dabei die Taupunkttemperatur der Luft an der Oberflche des Khlers

    unterschritten, scheidet sich entsprechend viel Wasser aus der Luft aus ( x). Die nasse Khlung verluft wie oben dargestellt senkrecht von oben (Zustandspunkt 1) nach unten und links Zustandspunkt 2).Dies kann durch Abkhlen z.B. durch PKW*-Khlregister (Kaltwassersatz) oder Direktverdampfung (z.B. Kltemittel R407C) geschehen. Dabei verringert sich der absolute Wassergehalt der Luft und die relative Luftfeuch-tigkeit nimmt ab. Auerdem wird die Dichte der Luft grer und die Enthalpie nimmt ab.Durch das Ausscheiden von Wasser aus der Luft spricht man von "nasser Khlung".

    nasse (sensible und latente) Khlung bzw. Entfeuchtung3

    1

    2

    TTP

    Te eff.(Taupunkttemperatur)

    (effektive Verdampfungstemperatur)

    x1x2

    x

    {

    -10

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    0 10 20 30 40 50 60

    =10%

    20%

    40%

    60%

    80%

    0

    25

    50

    75

    100

    125

    150

    = 100%

    t in[C]

    x in [g/kgtr. Luft]

    (Khleroberflchentemperatur)

    Das h-x-Diagramm: Aufbau und Anwendungen

    Seite 5 von 9 (C) A. Jahnke

  • Das h-x-Diagramm: Aufbau und Anwendungen

    Bei der Befeuchtung von Luft mit Wasser befeuchten und khlen wir diese bis auf einen bestimmten, neuen Luftzustand. Es ndern sich auch die Dichte (nimmt zu), die relative Feuchte (nimmt zu) und der absolute Wassergehalt (nimmt zu) der Luft. Nur die Enthalpie bleibt konstant .Dabei ist zur Bestimmung des neuen Luftstandes die zugefhrte Wassermenge entscheidend.Die Befeuchtung mit Wasser verluft wie oben dargestellt senkrecht von oben (Zustandspunkt 1) nach unten und rechts (Zustandspunkt 2). Entscheidend ist bei dieser Art der Befeuchtung, die Zufhrung von gesttigter Flssigkeit (reines Wasser) .Erreicht wird dies z.B. durch Zerstuberdsen oder Wscherkammern. Man nennt diese Art der Befeuchtung auch adiabate Zustandsnderung oder adiabate Khlung.

    Befeuchtung/Khlung mit Wasser (adiabate Khlung)4

    -10

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    0 10 20 30 40 50 60

    =10%

    20%

    40%

    60%

    80%

    0

    25

    50

    75

    100

    125

    150

    = 100%

    t in[C]

    x in [g/kgtr. Luft]

    1

    2

    x

    x2x110

    gkg18,5

    gkg

    xgkg8,5

    18,5gkg

    -

    Seite 6 von 9 (C) A. Jahnke

  • -10

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    0 10 20 30 40 50 60

    =10%

    20%

    40%

    60%

    80%

    0

    25

    50

    75

    100

    125

    150

    = 100%

    t in[C]

    x in [g/kgtr. Luft]

    1

    2

    xx2x1

    10gkg

    46,5gkg

    10gkgx

    gkg36,5

    -46,5gkg

    Das h-x-Diagramm: Aufbau und Anwendungen

    Befeuchtung mit Sattdampf5

    Bei der Befeuchtung von Luft mit Sattdampf befeuchten wir diese bis auf einen bestimmten, neuen Luftzustand. Es ndern sich auch die Dichte (geringe Zunahme), die relative Feuchte (nimmt zu), die Enthalpie und der absolute Wassergehalt der Luft (nimmt zu). Nur die Temperatur bleibt konstant.Dabei ist zur Bestimmung des neuen Luftstandes die zugefhrte Sattdampfmenge entscheidend.Die Befeuchtung verluft wie oben dargestellt waagerecht von links (Zustandspunkt 1) nach rechts (Zustandspunkt 2). Entscheidend ist bei dieser Art der Befeuchtung, die Zufhrung von gesttigtem Dampf (reiner Dampf von 100C, nicht berhitzt) .Erreicht wird dies z.B. durch Dampfzylinder oder Verdunstungsschalen mit Heizung. Man nennt diese Art der Befeuchtung auch Dampfbefeuchtung.

    Seite 7 von 9 (C) A. Jahnke

  • -10

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    0 10 20 30 40 50 60

    =10%

    20%

    40%

    60%

    80%

    0

    25

    50

    75

    100

    125

    150

    = 100%

    t in[C]

    x in [g/kgtr. Luft]

    1

    2

    3Umluft (UM)

    Auenluft (AU)

    Mischluft (MI)

    Das h-x-Diagramm: Aufbau und Anwendungen

    Mischung von Luftstrmen6

    Bei Mischung von zwei Luftstnden khlen bzw. erwrmen sich diese bis auf einen bestimmten, neuen Misch-Luftzustand ab bzw. auf. Es ndern sich auch alle anderen physikalischen Gren.Dabei ist zur Bestimmung des neuen Luftstandes die jeweilige Luftmenge und die Temperaturdifferenz entscheidend. Die Mischung von Luftstrmen verluft wie oben dargestellt senkrecht von oben (Zustandspunkt 1) nach unten und links (Zustandspunkt 3) bzw. von unten (Zustandspunkt 2) nach oben rechts (Zustandspunkt 3).

    Der Punkt 3 liegt entspechend abhngig von den Luftmengen (V) und Differenzen ( T)nher am Zustand 1 oder Zustand 2.Erreicht wird dies durch Mischen der aus dem Raum abgesaugten Umluft (UM) mit der Auenluft (AU). Der neue Luftzustand wird als Mischluft (MI) bezeichnet.Der Punkt 3 auf der Verbindungslinie 1 - 2 kann rechnerisch oder zeichnerisch ermittelt werden.

    Rechnerische Ermittlung des Mischpunktes:

    VUM = Volumenstrom UmluftVAU = Volumenstrom AuenlufttUM = Umluft-TemperaturtAU = Auenluft-TemperaturtMI = Mischlufttemperatur

    tMi =VUM VAUtUM tAU* + *

    VAU VUM+

    Im Regelfall wird die Berechnung aus Grnden der Genauigkeit mit dem Massenstrom m in [kg/s] durchgefhrt, da die Luft bei den

    mglichen unterschiedlichenTemeraturen eine andere Dichte aufweist. Zur Vereinfachung sind hier die Volumenstrme in [m/s]

    eingesetzt. Temperaturen idealerweise immer in [K].

    Seite 8 von 9 (C) A. Jahnke

  • Das h-x-Diagramm

    1 AU

    2 ZU

    3

    4

    5

    6 t0

    ZU tTP

    tKhleraustritt

    t0eff

    22C

    14,8C

    14C

    13C

    10C

    tKhleraustritt=Schnittpunkt ZU tTP und Linie tAU und = 1

    t0eff ca. 1K unterhalb ZU tTP

    t0 ca. 2-3K unterhalb t0eff (Feuchte Khlung)

    30C

    Seite 9 von 9 (C) A. Jahnke

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