Slide

English

Russia

1

Welcome to HVAC and the Characteristics of Air. Today, we will introduce some basic HVAC terms and calculations that will be useful when looking at the efficiency of an HVAC system.

Приветствуем нового слушателя курса "Системы отопления, вентиляции и кондиционирования и параметры воздуха". Сегодня будут рассмотрены основные понятия систем отопления, вентиляции и кондиционирования, а также некоторые расчеты, применяемые при оценке эффективности таких систем.

2

For best viewing results, we recommend that you maximize your browser window now. The screen controls allow you to navigate through the eLearning experience. Using your browser controls may disrupt the normal play of the course. Click the paperclip icon to download supplemental information for this course, which includes a helpful glossary of terms. Click the Notes tab to read a transcript of the narration.

This course contains some basic HVAC calculations and you may find it helpful to have a calculator, some scrap paper and a pencil on hand when taking this course.

Для большего удобства рекомендуется раскрыть окно браузера на весь экран. Все перемещения по материалам курса следует осуществлять с помощью экранных органов управления. Использование органов управления браузера может привести к нарушению нормального воспроизведения курса. Для загрузки дополнительных материалов по курсу, включая полезный словарь терминов, служит значок скрепки. Конспект курса содержится на вкладке Notes.

Настоящий курс содержит некоторые простейшие расчеты по системам отопления, вентиляции и кондиционирования, поэтому по ходу его освоения может потребоваться калькулятор, бумага и карандаш.

3

At the completion of the course, you will be able to:


    Define sensible and latent heat, and enthalpy Calculate the heat flow in an HVAC system given input parameters Define wet-bulb and dry-bulb temperature, and dew point, and understand their relevance to management of humidity in HVAC systems

Курс охватывает следующие темы:


    Явная и скрытая теплота, энтальпия Расчет тепловых потоков в системах отопления, вентиляции и кондиционирования по заданным исходным параметрам Показания сухого и влажного термометра, точка росы, значение управления влажностью в системах отопления, вентиляции и кондиционирования

4

The human body continually generates its own heat. Metabolism is the rate at which the body uses energy to support all basic functions essential to sustain life, plus all energy requirements for additional activity and digestive processes. In short, humans are sources of heat.

To feel comfortable, our bodies have to get rid of surplus heat. If we are rejecting our heat too quickly we feel cold. If we are rejecting our heat too slowly we feel hot.

Part of the purpose of air conditioning is to provide human comfort. To achieve this, the system manipulates the properties of the air in the conditioned space to regulate a desirable rate of heat transfer. There are two main targets. The first is temperature, and the second is humidity.

Тело человека постоянно выделяет тепло. В процессе обмена веществ потребляется энергия, необходимая для поддержания основных жизненных функций, а также для движения и пищеварения. Короче говоря, человек — источник тепла.

Для поддержания постоянной температуры тела человеку необходимо избавляться от излишка тепла. Если тепло отводится слишком быстро, возникает ощущение холода, а если слишком медленно — жары.

Одна из задач, решаемых системами кондиционирования воздуха — обеспечение комфорта для людей. Система меняет свойства воздуха в кондиционируемом пространстве для достижения требуемой скорости отвода тепла. Здесь требуется регулировать два основных параметра: температуру и влажность.

5

The internal temperature of the body is 37єC / 98.6єF.  If the body was not able to reject surplus heat, the internal temperature would rise until permanent damage took place to our internal organs and chemical processes.  How does the body lose heat?

Heat flows from a higher temperature to a lower temperature.  When room temperature is less than body temperature, heat flows from the body to the room, partly through the skin, and partly through moisture-laden warm air that is breathed out.  If the room temperature is high, not much heat is flowing from our body to the room, and that makes us feel hot.  This is why temperature is the first property that an HVAC system controls.

When moisture evaporates, it takes heat with it.  Perspiration forms on the skin and cools the body as it evaporates.  If the air in the room is humid and already contains a lot of moisture, evaporation will slow down.  Less heat will be leaving the body and that also can make us feel hot.  This is why humidity is the second property that an HVAC system controls.

Humidity also has to be controlled due to the effects of moisture and condensation on equipment, furnishings and the structure of the building. And, of course, HVAC systems also control ventilation to keep air relatively free of contaminants and meet standards for indoor air quality.

This course will explore the various calculations for heating and cooling.

We will begin with some basic definitions.

Температура тела человека составляет 37єC / 98,6єF. Если не отводить излишков выделяющегося тепла, температура начнет подниматься и достигнет уровня, при котором происходит повреждение некоторых внутренних органов и изменение биохимических процессов.  Как человек избавляется от излишка тепла?

Тепло передается от предметов с более высокой температурой к сравнительно холодным.  Когда температура в помещении ниже температуры тела, излишки тепла могут выделяться через испарение пота и с выдыхаемым воздухом. Если же температура в помещении высока, отвод тепла оказывается затруднен, и возникает ощущение жары. Поэтому температура — главная характеристика, контролируемая системами отопления, вентиляции и кондиционирования.

Влага, испаряясь, поглощает тепло. Выделение пота на поверхности тела и его испарение обеспечивает избавление от излишков тепла. Если влажность воздуха в помещении высока — то есть он уже содержит много влаги — процесс испарения замедляется.  Скорость охлаждения тела снизится и возникнет ощущение жары. Поэтому влажность — вторая характеристика, контролируемая системами отопления, вентиляции и кондиционирования.

На влажность также влияет присутствие воды и процессы конденсации на оборудовании, мебели и строительных конструкциях. И, конечно, системы отопления, вентиляции и кондиционирования управляют режимом воздухообмена, поддерживая сравнительную чистоту воздуха и выполнение требований стандартов на качество воздуха в помещениях.

По ходу изучения курса будут рассматриваться различные расчеты, связанные с отоплением и охлаждением.

Начнем с некоторых определений.

6

Sensible heat, sometimes referred to as simple heat, is the heat absorbed or evolved by a substance during a change of temperature that is not accompanied by a change of state.  This is based on the temperature of the air, which can be measured with a typical thermometer. As we just saw, in theory, cooler air causes heat to transfer more quickly from the body.

Явная или ощущаемая теплота, иногда называемая также простой теплотой, представляет собой теплоту, поглощаемую либо выделяемую веществом с изменением его температуры, но без изменения фазового состояния.  Она связана с температурой воздуха и может измеряться обычным термометром. Как мы только что видели, в теории более низкая температура воздуха обеспечивает более быстрый отвод тепла от тела.

7

Latent heat is contained in the moisture content in the air.  Latent means “hidden”. Let’s talk about what we mean by that. When we boil water, it evaporates into steam.  The energy used to boil the water and make it change state into steam is now “hidden” in the steam.  Latent heat is the energy required to make a substance change state.

Насыщение воздуха парами воды также требует скрытой теплоты. Обсудим это более подробно. При кипячении воды она превращается в пар. Затраченная на это энергия оказывается “скрыта” в паре.  Скрытая теплота представляет собой энергию, необходимую для изменения фазового состояния вещества.

8

Most people feel comfortable in a controlled environment with temperatures ranging between 68 and 74 degrees F (20 and 23 degrees C) and relative humidity levels ranging from 40% to 60%. It’s apparent that air conditioning equipment and control strategies need to address both sensible and latent heat levels for human comfort. That’s why it’s important for us to understand the properties of air.

Большинство людей ощущает себя комфортно в помещении с контролируемым микроклиматом при температуре от 68 до 74 градусов Фаренгейта (20–23°C) и относительной влажности в диапазоне 40–60%. Таким образом кондиционирование воздуха с целью обеспечения комфорта должно управлять уровнями как явной, так и скрытой теплоты. Вот почему так важно разбираться в этих свойствах воздуха.

9

Enthalpy is often referred to as “Total Heat”

    It is the heat energy content of moist air It represents the total heat contained in a sample of air; in other words, the enthalpy is the sensible heat plus the latent heat It takes into account both temperature and humidity levels Enthalpy is represented by a capital H, while specific enthalpy is represented by lowercase h Enthalpy is given in (SI) joules per kilogram of air or BTU per pound of dry air.

Let’s move on now and take a look at sensible heat formulas.

Часто используется также термин “полная теплота”

    Тепловая энергия влажного воздуха Представляет полную теплоту, содержащуюся в образце воздуха; другими словами, энтальпией называется сумма ощущаемой и скрытой теплоты Зависит как от температуры, так и от влажности Энтальпия обозначается заглавной буквой H, а удельная энтальпия — прописной буквой h. Измеряется в джоулях на килограмм (в системе СИ) или в БТЕ на фунт сухого воздуха.

Обратимся теперь к некоторым формулам, используемым в расчетах явной) теплоты.

10

We can do calculations of the flow of sensible heat using simple formulas.  The United States customary system version of the formula looks like this:

Q = 1.08 * v * Дt

Where

Q = heat transferred (Btu/h)

1.08 = a constant for sensible heat equations

v = volume of airflow (cfm)

Дt = air temperature difference (єF)

And the metric version of the formula looks like this:

Q = 0.34 * v * Дt

Where

Q = heat transferred (watts = joules / second)

0.34 = a constant for sensible heat equations

v = volume of airflow (m3/hr)

Дt = air temperature difference (єC)

Let’s take a look at some real world examples, using both United States customary system and metric versions of the formula. Click the corresponding arrow to view examples of each.

Величина переноса явной теплоты рассчитывается по простой формуле.  При использовании принятых в США единиц измерения она выглядит следующим образом.

Q = 1,08 * v * Дt

Где

Q = величина переноса теплоты (БТЕ/ч)

1,08 = постоянный коэффициент

v = расход воздуха (куб. футов в минуту)

Дt = разница температур (єF)

При использовании метрической системы единиц формула приобретает следующий вид.

Q = 0,34 * v * Дt

Где

Q = величина переноса теплоты (ватт = джоулей в секунду

0,34 = постоянный коэффициент

v = расход воздуха (м3/час)

Дt = разница температур (oC)

Рассмотрим несколько реальных примеров с использованием обоих вариантов формулы. (Воспользуйтесь соответствующей стрелкой.)

11

Let’s look at a US customary system problem.

A sensible heat recovery system operates as part of an air conditioning system. In an air handling unit, the heat exchanger is where the outside air and building’s return air meet and become mixed together. The outside air temperature is 45єF and the exhaust air temperature is 75єF. The system operates at 72% efficiency and processes 30,000 cfm.

To approach this equation, we use the formula we saw before.  But this system doesn't recover all the heat, only 72%.  So we need to add the efficiency to the equation:

Q = 1.08 * v * Дt * n

where n is the efficiency

Let’s figure out the BTU/hr using the information we have been given. Here we see the equation:

Q = 1.08 x 30,000 cfm x (75oF – 45oF) x 0.72

Q = 1.08 x 30,000 cfm x 30 ДєF x 0.72

Q = 699,840 BTU/hr

Now let’s see how this heat recovery system translates into a financial benefit.  We will ask: If this heat recovery system runs 8 hours per day all year, how much is it saving if electricity costs 8c per kWh?

To do this calculation, we have to manage a few conversions.  We know the heat recovery in BTU/hr. We need to convert that into kWh, to be able to calculate the cost.  And we need to calculate how much that amounts to over a year.  Here's a way to formulate that calculation.  We multiply by 8 hours per day, and 365 days per year.  1 kWh is equal to 3412 BTUs, so we show that conversion next and we know the cost of energy.  To check our work, we can cancel out units from above and below the line.  BTUs cancels with BTUs.  Hours cancel with hours and days cancel with days. kWh cancel with kWh.  What's left is $ per year, and it's simple arithmetic to do the calculation.  The result is $47,914.02 per year.  This method is sometimes called "railroad track calculation", because the lines separating the terms look like a railroad track, and it can be a useful way for you to keep your calculations straight when you are converting between units.

Now you can either choose to view the Metric version of the equation or click to continue to the next topic. Make your selection by clicking the appropriate arrow.

Применение принятых в США единиц измерения связано с некоторыми неудобствами. Рассмотрим их более подробно.

Рекуператор входит в состав системы кондиционирования воздуха. В блоке обработки воздуха расположен теплообменник, через который поступающий с улицы воздух контактирует с вытягиваемым из здания с частичным перемешиванием. Температура наружного воздуха 45oF; температура в помещении 75oF. Система обрабатывает 30 000 кубических футов воздуха в минуту при уровне эффективности 72%.

Воспользуемся приведенной выше формулой.  Однако эффективность рекуперации составляет лишь 72%.  Поэтому в нее придется внести дополнительный коэффициент.

Q = 1,08 * v * Дt * n

где n — эффективность

Рассчитаем количество БТЕ/ч по имеющимся данным. Воспользуемся известной формулой.

Q = 1,08 x 30 000 куб. футов / мин x (75oF – 45oF) x 0,72

Q = 1,08 x 30 000 куб. футов / мин x 30 ДєF x 0,72

Q = 699 840 БТЕ/ч

Рассчитаем денежный выигрыш. Рекуператор работает по 8 часов в сутки круглый год. Какова обеспечиваемая им экономия при цене киловатт-часа электроэнергии 8 центов?

Сначала придется выполнить преобразование единиц измерения. Количество теплоты в БТЕ/ч необходимо пересчитать в киловатт-часы. Затем рассчитаем годовой объем экономии. Это можно сделать следующим образом. Умножим часовую величину на 8 часов в день, а затем — на 365 дней в году. 1 кВт*ч равняется 3412 БТЕ. Сократим одинаковые единицы измерения в числителе и знаменателе: БТЕ с БТЕ, часы с часами, дни с днями и кВт*ч с кВт*ч. В итоге получатся доллары в год: $47 914,02 в год.  Иногда этот метод называют "рельсовым", поскольку линии дробей напоминают железнодорожную линию.

Теперь можно ознакомиться с вариантом расчета в метрических единицах либо сразу перейти к следующей теме, воспользовавшись соответствующей стрелкой.

12

Here is the metric version of the sensible heat recovery formula.

Q = 0.34 * v * Дt * n

where n is the efficiency

Let’s look at our example.

A sensible heat recovery system operates as part of an air conditioning system. In an air handling unit, the heat exchanger is where the outside air and building’s return air meet and become mixed together. The outside air temperature is 7.22єC and the exhaust air temperature is 23.89єC. The system operates at 72% efficiency and processes 50,976 m3/hr.

Let’s figure out the W using the information we have been given. To approach this equation, we use the formula we saw before.  But this system doesn't recover all the heat, only 72%.  So we need to add the efficiency to the equation. Here we see the equation:

Q = 0.34 x 50,976 m3/hr x (23.89oC – 7.22oC) x 0.72

Q = 0.34 x 50,976 m3/hr x 16.67 ДєC x 0.72

Q = 208,024 W

Now we will once again see how this heat recovery system translates into a financial benefit.  We will ask: If this heat recovery system runs 8 hours per day all year, how much is it saving if electricity costs 8c per kWh?

If you have looked at the US version of the calculation you will notice that this calculation is a bit simpler than the US version, because we already know the heat recovery in watts, so all we need to do is convert that into kWh, and calculate how much that amounts to over a year using 8 hours per day and 365 days per year.  Finally we know the price of energy.  The units cancel above and below the line, watts cancels with watts to convert into kWh, kW cancels with the kW part of kW hours and hours cancels with the hours part of kWh.  Days cancel with days leaving us with $48,594.41 per year.

If you viewed both versions of the calculation, you may have noticed that the numbers for the metric version of the calculation do not exactly match the US customary version of this equation. There is a slight difference in the results depending upon which units and formula are used.  This is due to rounding in the constants. The formulas give results which are "close enough“ for general use. Engineers doing a design that required greater accuracy would use simulation software to obtain the required results.

Make your selection by clicking the appropriate arrow.

Метрическая версия формулы рекуперации явной теплоты:

Q = 0е34 * v * Дt * n,

где n — эффективность

Рассмотрим наш пример.

Рекуператор входит в состав системы кондиционирования воздуха. В блоке обработки воздуха расположен теплообменник, через который поступающий с улицы воздух контактирует с вытягиваемым из здания с частичным перемешиванием. Температура наружного воздуха 7,22oC; температура в помещении 23,89oC. Система обрабатывает 50 976 кубометров воздуха в час при уровне эффективности 72%.

Рассчитаем количество ватт по имеющимся данным. Воспользуемся известной формулой. Однако эффективность рекуперации составляет лишь 72%. Поэтому в нее придется внести дополнительный коэффициент. Итак:

Q = 0,34 x 50 976 м3/ч x (23,89oC – 7,22oC) x 0,72

Q = 0,34 x 50 976 м3/ч x 16,67 ДєC x 0,72

Q = 208 024 Вт

Рассчитаем денежный выигрыш.  Рекуператор работает по 8 часов в сутки круглый год. Какова обеспечиваемая им экономия при цене киловатт-часа электроэнергии 8 центов?

Если вы уже ознакомились с версией расчета в принятых в США единицах измерения, нетрудно будет заметить, что метрическими пользоваться проще: достаточно пересчитать ватты в киловатт-часы, умножить на 8 часов в день и 365 дней в год, а затем — на тариф. Сокращаем единицы измерения в числителе и знаменателе: ватты преобразуются в кВт*ч, кВт сокращаются с частью кВт киловатт-часа, часы — с частью час киловатт-часа, дни с днями, — и в результате получается $48 594,41 в год.

Нетрудно заметить, что результаты двух вариантов расчета несколько отличаются. Все дело в округлении констант. Впрочем, оба результата "достаточно близки" для обычных применений. Но вот инженерам-проектировщикам может требоваться лучшая точность. Ее можно получить с помощью компьютерной модели.

Перейдите в следующий раздел с помощью соответствующей стрелки.

13

These examples only looked at sensible heat. Let’s look at total heat, which includes both sensible and latent heat.

Here we see the US Customary formula for calculating the latent or “total” heat.

Q = 4.5 * v * Дh

Where

Q = total heat transferred in BTU/h

4.5 = a constant for total heat equations

v = volume of airflow in cfm

Дh = enthalpy difference (BTU / lb)

And here we see the Metric version of the formula.

Q = 1.201 * v * Дh

Where

Q = total heat transferred in kW

1.201 = a constant for total heat equations

v = volume of airflow in m3/s

Дh = enthalpy difference (kJ / kg)

Go ahead now and click the corresponding arrow to view examples of each.

В приведенных ранее примерах учитывалась лишь явная теплота. Рассмотрим расчет по полной теплоте, включающей явную и скрытую теплоту.

При использовании принятых в США единиц измерения формула полной теплоты выглядит следующим образом:

Q = 4,5 * v * Дh,

где

Q = величина переноса полной теплоты (БТЕ/ч)

4,5 = постоянный коэффициент

v = расход воздуха (куб. футов в минуту)

Дh = разница энтальпии (БТЕ/фунт)

При использовании метрической системы единиц измерения формула полной теплоты выглядит следующим образом:

Q = 1,201 * v * Дh,

где

Q = величина переноса полной теплоты в кВт

1,201 = постоянный коэффициент

v = расход воздуха в м3/с

Дh = разница энтальпии (кДж/кг)

Для перехода к выбранному примеру воспользуйтесь соответствующей стрелкой.

14

Let’s look at a US customary system problem.

A total heat recovery system operates on an airflow of 37,000 cfm. The incoming air enthalpy before the heat exchanger is 29.3 Btu/lb. After the heat exchanger the air has enthalpy of 37.2 Btu/lb. How much heat is recovered by this system?

The total heat-recovery can be expressed like this:

Q = 4.5 x 37,000 ft3/m x (37.2 BTU/lb – 29.3 BTU/lb)

Q = 4.5 x 37,000 ft3/m x 7.9

Q = 1,315,350 BTU/h

Применение принятых в США единиц измерения связано с некоторыми неудобствами. Рассмотрим их более подробно.

Рекуператор работает при величине воздушного потока 37 000 куб. футов в минуту. Энтальпия воздуха на входе теплообменника составляет 29,3 БТЕ/фунт. Энтальпия воздуха на выходе теплообменника составляет 37,2 БТЕ/фунт. Какое количество теплоты сберегается?

Рекуперированную полную теплоту можно рассчитать по следующей формуле:

Q = 4,5 x 37 000 фут3/мин x (37,2 БТЕ/фунт – 29,3 БТЕ/фунт)

Q = 4,5 x 37 000 фут3/мин x 7,9

Q = 1 315 350 БТЕ/ч

15

Let’s look at the metric version of the formula.

A total heat recovery system operates on an airflow of 17.46 m3/s. The incoming air enthalpy before the heat exchanger is 68.09 kJ/kg. After the heat exchanger the air has enthalpy of 86.44 kJ/kg. How much heat is recovered by this system?

Here we see the equation.

Q = 1.201 x 17.46 m3/s x (86.44 kJ/kg – 68.09 kJ/kg)

Q = 1.201 x 17.46 m3/s x 18.35

Q = 385 kJ/s

Q = 385 kW

Рассмотрим версию формулы в метрических единицах.

Рекуператор работает при величине воздушного потока 17,46 м3/с. Энтальпия воздуха на входе теплообменника составляет 68,09 кДж/кг. Энтальпия воздуха на выходе теплообменника составляет 86,44 кДж/кг. Какое количество теплоты сберегается?

Уравнение получается следующим:

Q = 1,201 x 17,46 м3/с x (86,44 кДж/кг – 68,09 кДж/кг)

Q = 1,201 x 17,46 м3/с x 18,35

Q = 385 кДж/с

Q = 385 кВт

16

Once again these equations give slightly different results due to rounding, but the agreement is close enough for our purposes.

To measure enthalpy in an audit situation, a psychrometer would be used. To learn more about this topic, please consider participating in the Energy University course: Energy Audits Instrumentation. Next, let’s look at some properties of heating and cooling and how they relate to temperature and humidity.

И эта пара уравнений также дает немного разные результаты из-за округления, однако для наших целей они достаточно близки.

При проведении аудита энергопотребления для измерения энтальпии применяется психрометр. Более подробно этот вопрос рассматривается в курсе "Инструментарий аудита энергопотребления". Далее будут рассмотрены некоторые свойства процессов отопления и кондиционирования и их связь с параметрами температуры и влажности.

17

Would you like to try a couple of these equations on your own? Click the paperclip icon to download some sample problems and the corresponding answer sheets.

Хотите попробовать решить пару уравнений самостоятельно? Воспользуйтесь значком скрепки, чтобы загрузить несколько примеров с решениями.

18

Dry-bulb temperature is the commonly measured temperature from a thermometer. It is called dry-bulb because the sensing tip of the thermometer is dry. This variable gives us a good representation of the level of sensible heat in a sample of air.

Показания сухого термометра — результат обычного измерения температуры. Название обусловлено тем, что колба термометра в процессе измерения остается сухой. Эта величина способна служить хорошим представлением уровня явной теплоты в воздухе.

19

Wet-bulb temperature is determined when air is circulated past a wet sensing tip. Wet-bulb temperature (WBT) is that of an air sample after it has passed through a constant-pressure, ideal, adiabatic saturation process, that is, after the air has passed over a large surface of liquid water in an insulated channel. In practice, this is the reading of a thermometer whose sensing bulb is covered with a wet sock evaporating into a rapid stream of the sample air.

It measures the temperature at which water evaporates from the wet tip. Using the wet-bulb and dry-bulb temperature, the moisture content and latent heat of air can be calculated or determined from a psychrometric chart. At normal atmospheric pressure, water can evaporate at any temperature greater than 32єF or 0єC.  That’s why puddles on the road dry out. 

Показания влажного термометра соответствуют температуре колбы, постоянно увлажняемой и обдуваемой воздухом. В идеале они соответствуют температуре образца воздуха после адиабатического процесса насыщения влагой при постоянном давлении, который происходит при пропускании над большой поверхностью жидкой воды в изолированном канале. На практике колба термометра помещается в матерчатый рукав, опущенный в резервуар с водой, которая быстро испаряется в потоке воздуха.

Таким образом, фактически измеряется температура, при которой вода испаряется с поверхности колбы. Температура, влажность и скрытая теплота воздуха определяются по показаниям сухого и влажного термометров по соответствующим расчетным формулам либо по психрометрической таблице. При нормальном атмосферном давлении испарение воды возможно при любой температуре от 32єF (0єC) и выше. Именно
этому обстоятельству мы обязаны тем, что лужи на дороге со временем высыхают.

20

Air does not really “hold” moisture.  Water vapor exists independently of the air, but often humidity is described as the moisture content of the air. Absolute humidity is the quantity of water in a particular volume of air. It could be expressed in grams per cubic meter, or pounds per cubic foot.  Grains per cubic foot may also be used - An example is one pound of water is 7000 grains.

В действительности воздух не "содержит" влаги. Водяной пар существует независимо от воздуха, однако часто влажность характеризуют как содержание влаги в воздухе. Абсолютная влажность представляет собой количество воды, содержащееся в определенном объеме воздуха. В числе применяемых единиц измерения: граммы на кубический фут и фунты на кубический фут. Встречаются также граны на кубический фут. В одном фунте воды содержится 7000 гранов.

21

Notice that moisture content is expressed in terms of the water in the volume of air.  You may see the term “specific volume” which is also called inverse density. This is the volume per unit mass of the air sample. The SI units are cubic meters per kilogram of dry air; other units are cubic feet per pound of dry air. Specific volume indicates the space occupied by the air. It asks “How much space does 1 lb of dry air occupy?” An example would be 13.5 cu ft per pound of dry air.

Обратите внимание, содержание влаги выражается количеством воды в определенном объеме воздуха. Встречается также термин "удельный объем", представляющий собой величину, обратную плотности. Объем, приходящийся на единицу массы воздуха. Единица измерения в системе СИ — кубические метры на килограмм сухого воздуха; также используются кубические футы на фунт сухого воздуха. Удельный объем характеризует размеры занимаемого воздухом пространства. Это ответ на вопрос "Сколько пространства занимает 1 фунт сухого воздуха"? Например, 13,5 кубических футов на фунт сухого воздуха.

22

Relative humidity is a measure of the water content in the air compared to the maximum it could hold at that temperature.  RH is dimensionless, and is usually expressed as a percentage.

It is represented by the actual amount of water vapor in the air x 100%, over the amount of water vapor required to saturate the air at that temperature.

Imagine a bag made of stretchable elastic material that can hold up to 110 tennis balls.  At the moment the bag contains 55 balls, so it is 50% full.  Now imagine that the bag is actually a pound of dry 70єF, or 21єC air, occupying 13.5 cubic feet, and the tennis balls are grains of moisture.  The air has the capacity to hold 110 grains of moisture and because there are 55 grains of moisture the relative humidity level is 50%.

Now imagine that the dry-bulb temperature rises to 85єF, or 30єC.  As the temperature changes, the ability of the bag to hold tennis balls changes.  As the temperature rises, it becomes more pliable and vice versa.  In other words, as the temperature changes, the ability of air to hold moisture changes.  So let’s say the bag could now hold as many as 185 tennis balls, but, in fact, there are just the original 55 balls.  So now if you once again imagine that the bag is actually a pound of air, the relative humidity would be 55 / 185 = 30%. 

Относительная влажность представляет собой отношение содержания влаги в воздухе к максимально возможному ее содержанию при текущей температуре.  Это безразмерная величина. Обычно выражается в процентах.

Рассчитывается как фактическое содержание водяного пара в воздухе умноженное на 100% и деленное на максимально возможное содержание водяного пара в воздухе при текущей температуре.

Представьте себе сумку из эластичного материала, вмещающую 110 теннисных мячей. В сумке 55 мячей, то есть она заполнена на 50%. Сумка соответствует фунту сухого воздуха при температуре 70єF, или 21єC, в объеме 13,5 кубических футов; а каждый теннисный мяч соответствует одному грану влаги.  Этот воздух способен удерживать до 110 гранов влаги; при 55 гранах относительная влажность составляет 50%.

Теперь представьте себе, что температура по показаниям сухого термометра увеличилась до 85єF, или 30єC.  Нагретая сумка более эластична, и в нее можно уместить несколько дополнительных мячей. Так и способность воздуха удерживать влагу зависит от его температуры. Новое значение максимальной вместимости сумки — 185 теннисных мячей; однако фактически их в ней по-прежнему 55.  Возвращаясь к фунту воздуха можно сказать, что относительная влажность составляет 55/185 = 30%. 

23

Dew Point Temperature is the temperature at which the air can no longer contain all its moisture, and water will begin to condense out of the air. A cold glass of water on a humid summer day “sweats”.  This is because the surface temperature of the glass is less than the dew point of the air surrounding it.

Let’s take an example of air at 70єF (21єC), containing 44 grains of water per pound of air (around 6 grams per kilo).  That would be relative humidity of 40%.  If the air cools to 60єF (15єC), the relative humidity increases to 55%.  And if the air cools to 45єF or 7єC, the relative humidity goes up to 100%.  Relative humidity can’t be more than 100%, so if the temperature falls any further, the water will condense out of the air.  That’s the dew point. 

The pressure of the air also is a factor in how much moisture it can contain, and where the dew point falls.  This is how a conventional AC unit removes moisture from the air – by using the properties of pressure, temperature and humidity together.

Температура точки росы — это температура, при которой воздух оказывается больше уже неспособен удерживать содержащуюся в нем влагу, и она начинает конденсироваться. Душным летним днем стакан холодной воды "запотевает". Дело в том, что температура поверхности стакана ниже температуры точки росы окружающего воздуха

Рассмотрим в качестве примера фунт воздуха, содержащий 44 грана воды (около 6 граммов на килограмм). Это соответствует относительной влажности 40%. С понижением температуры до 60oF (15oC) относительная влажность воздуха увеличивается до 55%. С понижением температуры до 45oF, или 7oC, относительная влажность воздуха доходит до 100%. Относительная влажность не может быть выше 100%, и при дальнейшем понижении температуры вода начинает конденсироваться из воздуха.  Это и есть точка росы.

Еще один фактор, влияющий на способность воздуха удерживать влагу и на температуру выпадения росы, — давление. Обычный кондиционер использует для удаления из воздуха влаги свойства давления, температуры и влажности в комплексе.

24

Now, let’s put these concepts together.  Remember our analogy of the stretchable bag and the tennis balls.

Assuming that no additional moisture is put into the air, when the dry-bulb temperature goes up, relative humidity goes down.

Of course, the reverse is true. When dry-bulb temperature goes down, relative humidity goes up.

Как связаны друг с другом рассмотренные выше понятия?  Вернемся к аналогии с эластичной сумкой и теннисными мячами.

Если содержание водяного пара в воздухе не меняется, то при повышении температуры по показаниям сухого термометра относительная влажность снижается.

И наоборот. При снижении температуры по показаниям сухого термометра относительная влажность растет.

25

Now let’s see how humidity and wet-bulb temperature are related.

You can think of wet-bulb temperature as the temperature at which water evaporates.

Let’s look once again at our stretchable bag and tennis ball analogy.  If the bag is quite empty, it’s easy to put another tennis ball in the bag.  A bag that is quite empty is analogous to low relative humidity, and consequently the temperature at which evaporation occurs will be low (i. e. a low wet-bulb temperature).

Now imagine that the stretchable bag is nearly full of tennis balls.  That’s equivalent to a high relative humidity.  Now it’s not so easy to push another tennis ball into the bag.  You have to push harder and that’s reflected by a high wet-bulb temperature, meaning the temperature at which water will evaporate is higher.

So when relative humidity goes up, wet-bulb temperature goes up.  When relative humidity goes down, so does the wet-bulb temperature.

Рассмотрим взаимосвязь влажности и показаний влажного термометра.

Показания влажного термометра можно рассматривать как температуру испарения воды.

Вернемся еще раз к аналогии с эластичной сумкой и теннисными мячами. Пока сумка мало наполнена, поместить в нее еще один мяч нетрудно. Сумка наполнена мячами в незначительной мере. Относительная влажность низка, а значит, испарение будет происходить при сравнительно низкой температуре (т. е. показания влажного термометра будут низкими).

А теперь представьте, что сумка почти полна. Это соответствует высокому уровню относительной влажности. Запихать в нее дополнительный мячик уже не так просто. Приходится прилагать некоторые усилия — что соответствует высоким показаниям влажного термометра, или высокой температуре испарения воды.

Таким образом, с повышением относительной влажности повышается и температура по показаниям влажного термометра. Аналогично со снижением относительной влажности снижается и температура по показаниям влажного термометра.

26

What about the dew point temperature?  You can think of the dew point temperature as the condensation point.  As our stretchable bag contracts, it’s the point at which there are more balls than the bag can contain, and, in that scenario, the tennis balls start popping out. 

Перейдем теперь к температуре точки росы. Можно сказать, что в этой точке начинается конденсация влаги из воздуха. Наша эластичная сумка сжимается, так что в некоторый момент оказывается уже не способна вместить прежнее количество мячей — и они начинают вываливаться наружу.

27

Let’s review and put these three temperature concepts together.

Dry-bulb temperature is normally the highest, and at any given temperature, there is a maximum level of moisture that the air can hold. Cooler air can contain less moisture than warmer air. As dry-bulb temperature goes up, relative humidity goes down. If more moisture is added to the air, relative humidity goes up.

Wet-bulb temperature is usually lower than dry-bulb, and is the evaporation point.  As relative humidity goes up, so does the wet-bulb temperature.

Dew-point temperature is normally the lowest of the three, and is the condensation point.  If the dry-bulb temperature falls to the dew point, moisture condenses out of the air.

И так, все три описанных понятия связаны друг с другом.

Показания сухого термометра обычно более высокие; каждому их значению соответствует определенное максимальное содержание влаги в воздухе. Холодный воздух способен удерживать меньше влаги, чем более теплый. С ростом показаний сухого термометра относительная влажность снижается. С увеличением содержания влаги в воздухе относительная влажность растет.

Показания влажного термометра обычно ниже показаний сухого термометра и соответствуют температуре испарения воды.  С ростом относительной влажности показания влажного термометра повышаются.

Температура точки росы обычно бывает ниже показаний обоих термометров; она соответствует точке конденсации. При снижении показаний влажного термометра до точки росы начинается процесс конденсации влаги из воздуха.

28

There is a point at which all three temperatures would be the same.  That point exists where relative humidity is 100%.

Imagine that the dry-bulb temperature is falling.

When dry-bulb temperature falls, our metaphorical “bag” gets less stretchable, and fills up with tennis balls.  Relative humidity begins to rise.  When RH rises, so does the wet-bulb temperature.  RH will eventually reach 100%.  RH cannot be more than 100%.  Therefore, once 100% RH is attained, no more moisture can evaporate, and the wet-bulb temperature cannot increase any more.  Therefore at 100% RH the dry-bulb and wet-bulb temperature are the same. 

Dew point is the condensation point, where our stretchable bag is 100% full and tennis balls start to pop out of it.  If RH has reached 100%, then the dry-bulb temperature will have reached the dew point.

Thus at 100% RH, dry-bulb, wet-bulb and dew-point temperature have the same value.

При определенном условии все три значения температуры могут совпадать. Это происходит при относительной влажности 100%.

Предположим, что показания влажного термометра снижаются.

Наша эластичная сумка сжимается, и ее вместимость в теннисных мячах уменьшается. Относительная влажность начинает расти.  Вместе с ней растут и показания влажного термометра. В конечном итоге относительная влажность достигает 100%. Эта величина не может превышать 100%.  Поэтому испарение воды прекращается и показания влажного термометра останавливаются на достигнутом уровне. При относительной влажности 100% показания сухого и влажного термометров совпадают. 

Точка росы — это точка начала конденсации. Эластичная сумка сжимается, уровень ее наполнения теннисными мячами достигает 100% и они начинают вываливаться наружу. С увеличением относительной влажности до 100% показания сухого термометра сравниваются с температурой точки росы.

Таким образом, при 100%-ной влажности показания сухого термометра, показания влажного термометра и температура точки росы совпадают.

29

Factors such as the dry-bulb, wet-bulb temperature, and the relative humidity are relevant when making calculations of the energy that will be consumed by an HVAC system under certain conditions.  These relationships are complex and normally represented on a diagram we call a psychrometric chart.  For more information on psychrometrics, please consider participating in the Energy University course: HVAC and Psychrometric Charts.

Показания сухого и влажного термометра и относительная влажность используются в расчетах потребления энергии системами отопления, вентиляции и кондиционирования в тех или иных условиях. Сложная взаимосвязь этих параметров обычно представляется в форме диаграммы, называемой психрометрической таблицей. Более подробно вопросы психрометрии рассматриваются в курсе нашего Энергетического университета "Системы отопления, вентиляции и кондиционирования и психрометрические таблицы.

30

Let’s summarize some of the information that we have learned in this course.

    An HVAC system manipulates the properties of the air in the conditioned space to regulate a desirable rate of heat transfer. Sensible heat, sometimes referred to as “simple heat”, is based on the temperature of the air, which can be measured with a typical thermometer Latent heat refers to heat contained in the moisture content in the air. The wet-bulb temperature reading can be used with other data to calculate the moisture content of the air, and hence the latent heat. Enthalpy is often referred to as “Total Heat” and is the heat energy content of moist air, including both the sensible and latent heat. Relative Humidity is the ratio of the amount of water vapor in the air at a specific temperature to the maximum amount that the air could hold at that temperature, expressed as a percentage. Dew Point Temperature is the temperature at which the air can no longer contain all its moisture and water will begin to condense out of the air.

Подведем некоторые итоги курса.

    Система отопления, вентиляции и кондиционирования меняет свойства воздуха в кондиционируемом пространстве для достижения требуемой скорости отвода тепла. Явная теплота, называемая иногда простой теплотой, определяется температурой воздуха, для измерения которой может применяться обычный термометр Скрытая теплота связана с содержанием в воздухе влаги. Показания влажного термометра в сочетании с некоторыми другими данными могут использоваться для расчета содержания влаги в воздухе и скрытой теплоты. Энтальпия, или, как этот параметр также называют, "полная теплота" представляет собой содержание тепловой энергии во влажном воздухе, учитывая как явную, так и скрытую теплоту. Относительная влажность представляет собой отношение содержания влаги в воздухе к максимально возможному ее содержанию при текущей температуре, в процентах. Температура точки росы — это температура, при которой воздух оказывается больше уже неспособен удерживать содержащуюся в нем влагу, и она начинает конденсироваться.

31

Thank you for participating in this course.

Благодарим за изучение курса!

32

To test your knowledge of the course material, click the Knowledge Checkpoint link on your personal homepage.

Important Point! The Knowledge Checkpoint link is located under BROWSE CATALOG on the left side of the page.

Для проверки знаний по курсу воспользуйтесь ссылкой Knowledge Checkpoint на своей персональной странице.

Внимание! Ссылка Knowledge Checkpoint расположена под элементом BROWSE CATALOG слева.

33

We are dedicated to providing you with relevant, cutting edge education on topics pertinent to energy efficiency. Please take our brief survey and tell us how we’re doing. 

How do you begin?  It’s easy! 1) Click on the “Home” icon, located in the right corner of your screen. 2) Click on the “Course Surveys" link on the left side of the screen under “Browse Catalog.” 3) Select the course title you have just completed and take our brief survey.

Мы делаем все возможное, чтобы обеспечивать вас лучшими передовыми учебными материалами по вопросам эффективности потребления энергии. Пожалуйста, оцените, как это нам удается, ответив на несколько простых вопросов.

С чего начать?  Нет ничего проще! 1) Воспользуйтесь значком "Home" в правом верхнем углу экрана. 2) Перейдите по ссылке "Course Surveys" слева под элементом "Browse Catalog". 3) Выберите курс для оценки.