Stworzenie właściwych warunków klimatu wewnętrznego w zamkniętych pomieszczeniach, w których przebywa się codziennie przez wiele godzin, to zadanie dla projektantów instalacji grzewczych, wentylacyjnych i klimatyzacyjnych.

Zapewnienie komfortu cieplno-wilgotnościowego i wymaganej jakości oraz czystości powietrza wewnętrznego jest zagadnieniem rozwiązywanym w dziedzinie techniki wentylacyjnej i klimatyzacyjnej. Przystępując do omawiania tej kwestii można przypomnieć podstawowe definicje związane z rozróżnieniem wentylacji i klimatyzacji oraz przygotowaniem powietrza na potrzeby wentylacji i klimatyzacji. A zatem:
◗ wentylacja pomieszczenia to wymiana powietrza w pomieszczeniu lub w jego części, mająca na celu usunięcie powietrza zużytego i zanieczyszczonego i wprowadzanie powietrza zewnętrznego [7], czyli wentylacja nie dotyczy, jak często się uważa, zmiany parametrów cieplno-wilgotnościowych powietrza; ◗
klimatyzacja pomieszczenia to wymiana powietrza na świeże wraz z kształtowaniem jego parametrów, czyli z zapewnieniem mu w pomieszczeniu, za pomocą działań technicznych, określonych właściwości (czystości, temperatury i wilgotności względnej) przez uzdatnianie i rozdział powietrza odpowiednio do przeznaczenia i sposobu wykorzystania pomieszczenia w każdych warunkach klimatycznych danej miejscowości [7]. Klimatyzację można podzielić na dwa rodzaje, zależnie od celu jej stosowania – klimatyzację komfortową (przygotowanie powietrze ze względu na warunki higieniczne i spełnienie warunków dobrego samopoczucia użytkowników klimatyzowanych pomieszczeń) i klimatyzację technologiczną (dla której celem nadrzędnym jest spełnienie wymagań określonych w zależności od technologii produkcji);
◗ uzdatnianie powietrza – procesy realizowane z użyciem środków technicznych, mające na celu zmianę jednej lub kilku wielkości charakteryzujących stan i jakość powietrza [7] – powietrzem uzdatnionym nazywa się powietrze poddane jednemu lub kilku procesom uzdatniania [7].

Procesy uzdatniania powietrza

Podstawowymi procesami przygotowania powietrza, w trakcie których zmianie ulegają jego parametry termodynamiczne, w zależności od aktualnych potrzeb klimatyzowanych pomieszczeń są:
◗ ogrzewanie,
◗ chłodzenie,
◗ nawilżanie,
◗ osuszanie.

Inne realizowane procesy w centralach klimatyzacyjnych, w trakcie których ulegają także zmianie właściwości cieplno- wilgotnościowe przygotowanego powietrza to:
◗ mieszanie dwóch strumieni powietrza,
◗ odzyskiwanie energii cieplnej lub chłodniczej i/oraz wilgoci ze strumienia powietrza usuwanego z pomieszczenia (czyli tzw. odzysk ciepła) w celu zmniejszenia zapotrzebowania na ciepło, chłód lub wilgoć przez instalację.

Do rozpatrywanych w klimatyzacji przemian stanu powietrza należą procesy przebiegające bez lub ze zmianą masy czynnika [2]. Są to:
◗ przemiany izobaryczne, czyli bez zmiany masy czynnika: ogrzewanie i chłodzenie bez zmiany zawartości wilgoci oraz mieszanie strumieni powietrza wilgotnego,
◗ przemiany nieizobaryczne, czyli ze zmianą masy wilgotnego powietrza, ale bez zmiany masy zawartego w nim suchego powietrza: chłodzenie, nawilżanie powietrza. Procesem, który także kształtuje stan powietrza, ale przy niezmienionych jego parametrach termodynamicznych, jest oczyszczanie powietrza (filtracja).W trakcie filtracji zmniejsza się stężenia zanieczyszczeń znajdujących się w przepływającym powietrzu wentylacyjnym.

Nie zawsze konieczne jest realizowanie wszystkich przemian powietrza. Czasem, np. w zimie, dla pomieszczeń, w których nie jest wymagane regulowanie wartości wilgotności względnej powietrza, wystarczy filtracja i ogrzewanie powietrza. Ale w przypadku konieczności utrzymania na wymaganym poziomie temperatury i wilgotności względnej powietrza przez cały rok, konieczna będzie realizacja kilku następujących po sobie, w określonej kolejności, przemian stanu powietrza.

Charakterystyka powietrza uzdatnianego
W urządzeniach znajdujących się w systemach klimatyzacyjnych zachodzą przemiany powietrza wilgotnego. Powietrze wilgotne to mieszanina powietrza suchego i wody (wilgoci), która może występować w różnych stanach skupienia: gazowym, ciekłym lub stałym. Cechą charakterystyczną powietrza wilgotnego jest możliwość zmiany zawartości wilgoci i zmiany fazy wilgoci zawartej w powietrzu podczas przemian powietrza. Stan fizyczny powietrza wilgotnego opisuje się za pomocą następujących parametrów:
◗ temperatura powietrza mierzona termometrem suchym, °C lub K,
◗ temperatura powietrza mierzona termometrem mokrym, °C lub K,
◗ entalpia (miara energii zawartej w powietrzu), kJ/kg,
◗ wilgotność bezwzględna (masa wody w dowolnej fazie przypadająca na jednostkę objętości wilgotnego powietrza mieszaniny [2]), g/m3 lub kg/m3,
◗ wilgotność względna (stosunek ciśnienia cząstkowego pary wodnej w powietrzu wilgotnym do ciśnienia nasycenia pary wodnej przy stałej temperaturze powietrza; wielkość wskazuje na zdolność powietrza do pochłaniania wilgoci z otoczenia w danej temperaturze), %,
◗ zawartość wilgoci (masa wody przypadająca na jednostkę masy suchego powietrza w mieszaninie [2]), g/kg lub kg/kg,
◗ ciśnienie cząsteczkowe pary wodnej, kPa,
◗ temperatura punktu rosy (temperatura powietrza wilgotnego, do której można je schłodzić bez wydzielenia się z niego wilgoci, czyli do uzyskania przez to powietrze stanu nasycenia), °C lub K.

Posługiwanie się zależnościami analitycznymi w celu określenia wartości poszczególnych parametrów powietrza nie jest metodą szybką i z tego powodu w praktyce stosuje się wykresy.

Po wykonaniu podstawowych, na ogół nieskomplikowanych obliczeń, przebieg zmian wartości parametrów powietrza, nanosi się na wykres psychrometryczny. W Europie korzysta się zazwyczaj z jego postaci autorstwa Molliera w układzie jednostek entalpia właściwa-zawartość wilgoci (stąd nazwa wykresu: „wykres i-x” lub, stosując inne oznaczenie entalpii, „wykres h-x”). W Stanach Zjednoczonym popularny jest wykres Carriera (w praktyce są to wykresy równoważne o takiej samej zawartości informacyjnej, ale o „odwróconym” układzie współrzędnych). Wykresy te obowiązują dla ustalonego i stałego ciśnienia całkowitego (0,1 MPa), bo w takich warunkach w przybliżeniu przebiegają zmiany stanu powietrza w instalacjach klimatyzacyjnych. Na wykresach psychrometrycznych przemiany przedstawia się w sposób umowny, w postaci odcinków linii prostej, łączących stan początkowy i końcowy powietrza. W rzeczywistości przebieg tych zmian może układać się po linii krzywej między stanami skrajnymi. Dla celów inżynierskiego opisu zmian stanu powietrza takie uproszczenie jest dopuszczalne, gdyż najbardziej interesujące są punkty stanu początkowego i końcowego każdego z procesów [1].

...pełna wersja artykułu w PI 9/12