Устройство психрометра и методика работы с ним
Министерство образования и науки Астраханской области
Государственное автономное образовательное учреждение
Астраханской области высшего профессионального образования
«Астраханский инженерно-строительный институт»
(ГАОУ АО ВПО «АИСИ»)
Кафедра ФиМИТ
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА В ПОМЕЩЕНИИ ПСИХРОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
методические рекомендации к выполнению лабораторной работы по физике среды и ограждающих конструкций для студентов оного и заочного обучения направления подготовки «Строительство», профиль «Промышленное и гражданское строительство»
Астрахань 2015
Утверждено к печати на заседании кафедры ФиМИТ АИСИ
Протокол №__ от «__» __ 2015 г.
Составитель: Соболева В.В. – старший преподаватель кафедры «Физика и математика, информационные технологии» ГАОУ АО ВПО «Астраханский инженерно-строительный институт»
Лабораторная работа № 1-5
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА В ПОМЕЩЕНИИ ПСИХРОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Цель работы: познакомиться с работой аспирационного психрометра, научиться обрабатывать данные по психрометру.
Оборудование:
1. Аспирационный психрометр;
2. Стакан с водой;
3. Пипетка ;
4. Психрометрический график или психрометрическая таблица;
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Влага всегда содержится в воздухе. Причем в жилых и общественных зданиях влага образуется:
|
|
|
- за счет дыхания людей 20-70 г/ч;
- приготовления пищи (по числу конфорок) 50-500 г/ч;
- душа, ванны 500-800 г/ч;
- сушки белья (в зависимости от его влажности) 50-500 г/ч;
- комнатных растений (в зависимости от величины и вида) 5-20 г/ч.
За счет ускорения движения молекул при повышении температуры и за счет действия ветра некоторые молекулы воды отрываются от поверхности воды и уносятся воздухом.
Испарение тем больше:
- чем выше температура воздуха и воды (молекулы воды более подвижны, теплый воздух их легче воспринимает и держит);
- чем сильнее ветер (сильный ветер отрывает молекулы с поверхности и уносит, освобождая место для отрыва новых молекул);
- чем больше поверхность испарения (испарение происходит только с поверхности);
- чем меньше атмосферное давление.
Влагу могут содержать в своих порах различные строительные материалы. Но и воздух может содержать влагу. В зависимости от температуры он может максимально накапливать большее или меньшее число молекул воды.
Самочувствие человека зависит от содержания влаги в воздухе. Уже после немногих часов разговора в сухом воздухе наступает повреждение голосовых связок. Наоборот, влажный воздух утомляет человека, создает давящее впечатление.
|
|
|
Также неоднозначно сказывается содержание влаги в воздухе на различных производственных процессах. Так, например, на текстильных фабриках, чтобы не рвалась пряжа, влажность воздуха должна быть очень высокой.
Таким образом, для ощущения комфорта и обеспечения нормального производственного процесса в помещении должна быть определенная влажность воздуха, не больше и не меньше, чем это необходимо.
Создание требуемых условий температурно-влажностного режима в помещениях - задача специалистов по отоплению и вентиляции, разрабатывающих установки кондиционирования воздуха. Задача инженера-строителя и архитектора-проектировщика зданий - обеспечить правильный температурно- влажностный режим ограждающих конструкций.
Различают несколько видов влаги, повышающей нежелательное влагосодержание строительных материалов в ограждающих конструкциях:
- технологическая (начальная) влага, вносимая в конструкцию при ее бетонировании или при применении влажных материалов;
- грунтовая (капиллярная) и от напорной грунтовой воды;
- атмосферная влага в виде косых дождей или инея на стенах и внутренней поверхности кровли в чердачных крышах. При повышении температуры иней тает и увлажняет ограждающие конструкции;
|
|
|
парообразная влага, диффундирующая сквозь ограждение отапливаемых помещений и при неблагоприятных условиях конденсирующаяся в их толще.
Любой из видов влаги может быть причиной повреждения конструкций (замерзание и оттаивание воды в порах, уменьшение теплопроводности влажных материалов, развитие грибков и микроорганизмов).
Влажный материал стен и перекрытий резко снижает свои теплозащитные качества, поскольку теплопроводность увлажненных материалов больше. Влажная конструкция быстрее разрушается от морозов, коррозии, биологических процессов. Сухая конструкция, в том числе и из дерева, может служить столетия. В первый период службы конструкции в ней может содержаться технологическая («строительная») влага, а в дальнейшем происходит ее увлажнение влагой внутреннего воздуха и атмосферной влагой. Увеличение влажности вызывает дальнейшую активизацию конденсации водяного пара внутри конструкции и еще большее ее увлажнение.
Пары бывают насыщенные и ненасыщенные. В состоянии насыщения пар находится в термодинамическом равновесии с жидкостью или твердым телом того же химического состава. Пар принято называть ненасыщенным, если плотность его меньше плотности насыщенного пара при одной и той же температуре. По мере возрастания упругости пара, находящегося над жидкостью, все большее число отдельных хаотически движущихся молекул пара будет попадать на поверхность жидкости и присоединяться к последней. При давлении пара равном давлению насыщенного пара скорость испарения жидкости и скорость обратной конденсации пара сравняются и между жидкостью и паром установится динамическое равновесие.
|
|
|
Абсолютная влажность определяется массой пара, находящегося в единице объема атмосферного воздуха, выраженной в килограммах на кубический метр, т.е. в единицах плотности. Можно характеризовать абсолютную влажность, указывая парциональное давление (упругость) водяного пара, содержащегося в воздухе (упругость пара обычно выражается в мм рт. ст.).
Ввиду того, что водяной пар хорошо подчиняется газовым законам даже вблизи состояния насыщения, можно считать плотность водяного пара пропорциональной его упругости.
Точка росы – температура, при которой насыщенный пар конденсируется в жидкость.
Относительной влажностью называется отношение, выраженное в процентах упругости водяного пара в условиях эксперимента к предельному значению, которое устанавливается при температуре эксперимента в случае насыщения воздуха парами воды.
Упругость и плотность водяных паров, насыщающих пространство при различных температурах, даются в специальной таблице.
Обозначим абсолютную влажность воздуха ρо, его относительную влажность через ρн. Тогда по определению
(1)
Или
| (2) |
где ρнс, ρн - парциальное давление и плотность водяных паров при данной температуре соответственно.
Предлагаемый в данной работе метод определения влажности при помощи психрометра является быстрым и наиболее распространенным. Он основан на зависимости между скоростью испарения воды и влажностью окружающего воздуха.
Устройство психрометра и методика работы с ним
Аспирационный психрометр (рис.1) состоит из двух одинаковых термометров, закрепленных в специальной оправе, имеющей заводной механизм, вентилятор, продувающий воздух около резервуаров термометров.
Рис.1.
Аспирационный психрометр: (1,13 - термометры ртутные; 3,4 - заводной механизм; 5 - смоченный батист; 2,6 – термозащита; 7 – платформа; 8 – воздухопровод; 9 – металлические планки; 10 – аспирационная головка)
Резервуары термометров помещены в двойную трубчатую защиту с воздушным зазором между ними. Двойная трубчатая защита предохраняет резервуары термометров от нагревания солнцем, для чего наружная поверхность трубок тщательно полируется и никелируется. На верхнем конце воздухопроводной трубки укреплена аспирационная головка. Аспирационная головка состоит из заводного механизма и вентилятора, закрытого колпаком, пружина механизма заводится ключом. Термометры защищены с боков от механических повреждений металлическими планками.
Резервуар правого термометра обертывается батистом в один слой, который перед работой смачивается чистой дистиллированной водой при помощи резиновой груши с пипеткой. Под действием вентилятора, воздух, обтекая резервуары термометров, всасывается по воздухопроводной трубке к вентилятору, и выбрасывается наружу через прорези.
Сухой термометр показывает температуру всегда более низкую (если воздух не насыщен водяными парами), т.к. он охлаждается вследствие испарения с поверхности батиста, облачающего его резервуар.
Чем меньше влажность окружающего воздуха, тем интенсивнее будет испарение, и тем ниже будут показания смоченного термометра. Отчеты по двум термометрам дадут разность температур, которая будет характеризовать фактическую влажность воздуха.
При установившемся режиме испарения, когда температура мокрого термометра тоже установится, приход тепла Q1 равен расходу тепла Q2 на испарение воды с поверхности термометра. Для расчета количества тепла Q1, которое получает термометр в единицу времени от окружающих тел, используются формулой Ньютона, для данного случая имеющая вид:
| Q1=а(t-tм)S, | (3) |
где ( t - t м )- наблюдаемая разность температур сухого и мокрого термометра; S - площадь поверхности, с которой происходит испарение; а - некоторый постоянный коэффициент.
| (4) |
где Рнм- упругость насыщенных паров при температуре мокрого термометра;
Р - упругость паров, находящихся в воздухе (при температуре сухого термометра); Н - атмосферное давление; λ - теплота испарения; S - площадь поверхности, с которой происходит испарение; R - коэффициент пропорциональности
Как уже было сказано при установившемся режиме испарения Q1 = Q2. Подставляя вместо Q1 и Q2 их значения, получим:
где величина α/ Rλ = А называется постоянной психрометра. Откуда:
| (5) |
Постоянная психрометра зависит от конструкции прибора и очень сильно от скорости воздуха. Зная величину А можно по разности температур t с - t м определить давление паров в воздухе:
| Р = Рнм–АН( t - t м ) | (6) |
Порядок выполнения работы:
1. Ознакомиться с устройством аспирационного психрометра.
2. Смочить батист на резервуаре первого психрометра на несколько минут наблюдения. Для этого взять резиновый баллон с пипеткой, наполненной трубку 4 и смочить батист на резервуаре термометра.
3. Завести вентилятор при помощи ключа почти до отказа, но осторожно, чтобы не сорвать пружину.
4. После установления процесса испарения, 5-7 мин после заводки, отсчитать температуру на обоих термометрах (t и tм).
5. Вычислить относительную влажность по психрометрическому графику (рис. 2) в следующем порядке. По вертикальным линиям отмечают показания сухого термометра, а по наклонным показаниям смоченного термометра, на пересечении этих линий получают значения относительной влажности выраженной в процентах.
Например: температура сухого термометра 21,7 0C, температура смоченного термометра 14,3°С. На психрометрическом графике определяется точка пересечения вертикальной и наклонной линий соответствующих данным температурам. Следовательно, относительная влажность приблизительно равна 50%. Этот случай (рис. 2) выделен более жирными линиями.
6. Определить относительную влажность с помощью психрометрической таблицы. Нахождение влажности в этом случае сводится к простому отысканию чисел в этой таблице. Сравнить значения φ полученные по психрометрическому графику и таблице.
7. Все измерения провести 5 раз, результаты работы занести в таблицу.
Таблица
| № п/п | Температура сухого термометра t0С | Температура мокрого термометра tм0С | Относительная влажность φ % | Δφ | ε |
| 1 |
|
|
|
|
|
| 2 | |||||
| 3 | |||||
| 4 | |||||
| 5 | |||||
| Среднее значение |
Вычислить погрешности измерений для относительной влажности по следующей формуле: 
Контрольные вопросы
1. Что называется абсолютной и относительной влажностью.
2. Что называется динамическим равновесием.
3. Устройство аспирационного психрометра и методика работы с ним.
4. Какие пары называются насыщенными, ненасыщенными.
5. Что такое точка росы.
6. На чем основан метод измерений в данной работе.
7. 
Влажность воздуха и ее влияние на самочувствие человека и состояние ограждающих конструкций
Рис. 2. Психрометрический график
Литература
1. Лицкевич В.К. Архитектурная физика/В.К. Лицкевич, Л.И. Макриненко. – М.: Архитектура – С, 2007. – 448с.
2. Гинзберг Л.А. Основы строительной светотехники и расчет естественного и искусственного освещения: учебн.пособие/Л.А. Гинзбург, И.Н. Мальцева. – Екатеринбург: Изд-во Урал. Ун-та, 2012. – 83с.
3. Соловьев А.К. Физика среды. Учебник/А.К. Соловьев - М.: Издательство АСВ, 2008. - 344 с
Дата добавления: 2020-04-08; просмотров: 136; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!