************************* 4. Влэжный воздух *************************

При полном равновесии системы и окружающей среды эксергия равна нулю. Такое состояние системы называется нулевым.

Эксергия вещества - это максимальная работа, которую это вещество может совершить в обратимом процессе с окружающей средой, если в конце этого процесса все участвующие в нём виды вещества приходят в состояние термодинамического равновесия со всеми компонентами окружающей среды, принимаемой за начало отсчёта.

Если термодинамическая система с параметрами piH Тх находится в окружающей среде с параметрами ро.с и То.с, то система будет совершать работу до тех пор, пока не придёт в равновесие с о к-ружающей средой: р = ро.с, Т =То.с, где р, Т - параметры системы, изменяющиеся в процессе. Максимальная работа совершается при обратимом переходе. Обратимый переход системы из произвольного начального состояния в состояние равновесия с окружающей средой можно совершить двумя процессами: обратимым адиабатным расширением (сжатием) до температуры То.с и последующим изотермическим отводом (подводом) теплоты при бесконечно малой разности температур Т- То.с -> 0.

Максимальная полезная работа для обратимого процесса

/п= \{TUS-dh).

Р\Тх

Интеграл равен сумме четырёх интегралов {а - промежуточное состояние):

- для обратимого адиабатного процесса = 5 = const

jrds = 0; -JdA = A,-Aa; I 1

- для обратимого изотермического процесса То.с = То = const

о.с о.с

j Гек = То.с Wc - ) = Го.с (о.с - "1) - J = /га - Ао.с • а а

После суммирования получаем следующее выражение:

a=(l-o.c)-oh-o.c)- (4.40)

Формула (4.40) выражает максимальную полезную работу через начальные параметры системы и параметры окружающей среды. Для произвольного начального состояния с параметрами р, Т или h(p,T), s(p,T) получаем функцию

e = {h-K,)-T,,{s-s, ), (4.41)

именуемую эксергией потока и определяемую параметрами состояния термодинамической системы и параметрами окружающей среды.

Вычисление эксергии влажного воздуха представляет специфическую задачу. За начало отсчёта необходимо принимать состояние влажного атмосферного воздуха, температура и влажность которого меняются в широких пределах не только в зависимости от времени, но и от погодных и климатических условий. Пренебречь этими изменениями нельзя, так как температура и влажность воздуха в таких процессах, как кондиционирование, отопление или вентиляция, для анализа которых используется эксергия влажного воздуха, могут незначительно отличаться от параметров окружающего атмосферного воздуха. Неучёт даже небольших изменений параметров окружающей среды может привести к существенным ошибкам.

Эксергия влажного воздуха определяется шестью переменными: температурой То.с, влагосодержанием й?о.с и давлением ро.с окружающего атмосферного воздуха; температурой Т, влагосодержанием d и давлением р влажного воздуха.

В соответствии с классификацией, предложенной в [23], эксергия потока влажного воздуха состоит из двух составляющих: термомеханической, которая связана с различием термических (AT) и механических (Ар) параметров влажного воздуха и окружающей среды, и концентрационной (А.

В большинстве случаев считают, что давление атмосферного воздуха и воздуха, обрабатываемого в процессах кондиционирования, отопления или вентиляции, одинаково, т. е. ро.с = р, что позволяет при определении эксергии учитывать только две её составляющих: термическую и концентрационную.

Общая формула (4.41), определяющая эксергию потока влажного воздуха, может быть записана в следующем виде:

евл.в = (Авл.в-Ао.с)-Го.с(5вл.в-5о.с)- (4.42)

Здесь так же, как и для энтальпии и энтропии, удельная эксергия влажного воздуха отнесена к 1кг сухого воздуха.

4.7.2. Эксергия влажного ненасыщенного воздуха

Расчёт эксергии влажного воздуха ведётся во всех случаях по формуле (4.42).

Энтальпия влажного ненасыщенного воздуха, согласно (4.4), при Лвл = К

Для энтропии, согласно (4.5), при вл =

вл.в=с.в+п-

Энтальпия и энтропия атмосферного воздуха (окружающей среды) соответственно равны

1,0.с - I,O.Cj J 1,0-С «вл.в - «С.В"О.С"П >

о.с о.с 1 1 о.с вл.в-с.в Йо.с-Уп •

Используя вышеприведённые зависимости, формулу (4.42) для эксергии потока влажного воздуха можно представить в следующем виде:

6ВЛ.В = АА,.з + JM„ - г, ,(Д.,.з + JA.J-h А(Л°- - Г, ,5°-), (4.43) где 3 = Л,3 -, A/i„ =h-, As,3 = 5,3 -5°з",

Последнее слагаемое в формуле (4.43) представляет собой ту эксергию, которая вводится в систему или выводится из неё через контрольную поверхность с массой пара Ad. Физически это означает, что влагосодержание атмосферного воздуха изменилось с d на

d, а масса - с (l+J ,) на (l+cf) из-за того, что величина Ad, которую

вьгеели из потока влажного воздуха, пересекла границу термодинамической системы. И наоборот, влагосодержание потока влажного воздуха изменилось с на ,, а масса - с (1+0 на (l+d) в результате

ввода величины Ad из атмосферного воздуха. Это слагаемое представляет собой изобарно-изотермический потенциал водяного пара при условиях окружающей среды, когда он совпадает с эксергией.