Zagrijavanje atmosfere (temperatura zraka).

Atmosfera prima više toplote sa donje zemljine površine nego direktno sa Sunca. Toplota se prenosi u atmosferu kroz molekularna toplotna provodljivost,konvekcija, oslobađanje specifične toplote isparavanja pri kondenzacije vodene pare u atmosferi. Stoga se temperatura u troposferi obično smanjuje s visinom. Ali ako neka površina daje više topline zraku nego što prima u isto vrijeme, ona se hladi, a hladi se i zrak iznad nje. U ovom slučaju, temperatura zraka, naprotiv, raste s visinom. Ova situacija se zove temperaturna inverzija . Može se posmatrati ljeti noću, zimi - iznad snježne površine. Temperaturne inverzije su uobičajene u polarnim područjima. Uzrok inverzije, osim hlađenja površine, može biti i pomicanje toplog zraka hladnim zrakom koji struji ispod nje ili strujanje hladnog zraka na dno međuplaninskih kotlina.

U mirnoj troposferi temperatura se s visinom smanjuje u prosjeku za 0,6° na 100 m. Kada se suvi zrak podiže, ova brojka se povećava i može doseći 1° na 100 m, a kada raste vlažan, opada. To se objašnjava činjenicom da se zrak koji se diže širi i na to se troši energija (toplina), a kada se vlažan zrak diže, dolazi do kondenzacije vodene pare, praćene oslobađanjem topline.

Smanjenje temperature vazduha koji se diže - glavni uzrok stvaranja oblaka . Vazduh koji se spušta, dolazi pod visokim pritiskom, komprimuje se i njegova temperatura raste.

Temperatura zrak periodično se menja tokom dana i tokom cele godine.

IN njegov svakodnevni tok Postoji jedan maksimum (poslije podneva) i jedan minimum (prije izlaska sunca). Od ekvatora do polova dnevne amplitude temperaturnih fluktuacija se smanjuju. Ali u isto vrijeme, oni su uvijek veći iznad kopna nego iznad okeana.

IN godišnji napredak temperatura vazduh na ekvatoru - dva maksimuma (nakon ekvinocija) i dva minimuma (nakon solsticija). U tropskim, umjerenim i polarnim geografskim širinama postoji jedan maksimum i jedan minimum. Amplitude godišnjih kolebanja temperature vazduha rastu sa povećanjem geografske širine. Na ekvatoru su manje od dnevne: 1-2°C iznad okeana i do 5°C iznad kopna. U tropskim geografskim širinama - iznad okeana - 5°C, nad kopnom - do 15°C. U umjerenim geografskim širinama od 10-15°C iznad okeana do 60°C ili više iznad kopna. U polarnim geografskim širinama preovlađuju negativne temperature, sa godišnjim fluktuacijama koje dostižu 30-40°C.

Ispravna dnevna i godišnja varijacija temperature zraka, određena promjenama visine Sunca iznad horizonta i dužine dana, komplikuje se neperiodičnim promjenama uzrokovanim kretanjem vazdušnih masa različitih temperatura. Opći obrazac raspodjele temperature u donjoj troposferi-njegovo smanjenje u smjeru od ekvatora prema polovima.

Ako prosečna godišnja temperatura vazduha zavisi samo od geografske širine, njegova distribucija na sjevernoj i južnoj hemisferi bila bi ista. U stvarnosti, na njegovu distribuciju značajno utiču razlike u prirodi donje površine i prenosa toplote iz niske geografske širine to high.

Zbog prijenosa topline temperatura zraka na ekvatoru je niža, a na polovima viša nego što bi bila bez ovog procesa. Južna hemisfera je hladnija od severne hemisfere uglavnom zbog ledom i snegom prekrivenog zemljišta u blizini Južnog pola. Prosječna temperatura zraka u donjem dvometarskom sloju za cijelu Zemlju iznosi +14°C, što odgovara srednjoj godišnjoj temperaturi zraka na 40°N.

ZAVISNOST TEMPERATURE ZRAKA OD GEOGRAFSKE GIRINE

Raspodjela temperature zraka u blizini zemljine površine prikazana je pomoću izoterme - linije koje povezuju mjesta sa istom temperaturom. Izoterme se ne poklapaju sa paralelama. Oni se savijaju, krećući se od kontinenta do okeana i obrnuto.

Atmosferski pritisak

Vazduh ima masu i težinu, pa vrši pritisak na površinu koja je u kontaktu sa njim. Pritisak koji vazduh vrši na površinu zemlje i sve objekte koji se na njoj nalaze se naziva atmosferski pritisak . Jednaka je težini vazdušnog stuba iznad i zavisi od temperature vazduha: što je temperatura viša, to je niži pritisak.

Atmosferski pritisak na donjoj površini u prosjeku iznosi 1,033 g po 1 cm 2 (više od 10 t po m 2 ). Pritisak se mjeri u milimetrima žive, milibarima (1 mb = 0,75 mm Hg) i hektopaskalima (1 hPa = 1 mb). Pritisak opada sa visinom: U donjem sloju troposfere do visine od 1 km opada za 1 mm Hg. Art. za svakih 10 m Što je veći, to sporije opada. Normalan pritisak na nivou okeana je 760 mm. RT. Art.

Opšta raspodjela pritiska na Zemljinoj površini je zonalna:

	Doba godine	Preko kopna	Preko okeana
Na ekvatorijalnim širinama
Na tropskim geografskim širinama
	Nisko	Visoko
Na umjerenim geografskim širinama		Visoko	Nisko
	Nisko
Na polarnim geografskim širinama

Tako se i zimi i ljeti, i nad kontinentima i nad okeanom, izmjenjuju zone visokog i niskog tlaka. Raspodjela pritiska je jasno vidljiva na kartama izobara januara i jula. izobare - vodovi koji povezuju mjesta sa istim pritiskom.Što su bliži jedan drugom, to se pritisak brže mijenja s rastojanjem. Količina promjene tlaka po jedinici udaljenosti (100 km) se naziva gradijent pritiska .

Promena pritiska se objašnjava kretanjem vazduha. Povećava se tamo gdje ima više zraka, a smanjuje se tamo gdje zrak izlazi. Glavni razlog kretanja zraka je njegovo zagrijavanje i hlađenje sa donje površine. Zagrijan sa površine, zrak se širi i juri prema gore. Dostigavši ​​visinu na kojoj je njegova gustina veća od gustine okolnog zraka, širi se na strane. Stoga se pritisak na toplu površinu smanjuje (ekvatorijalne širine, ljeti kopnene tropske širine). Ali istovremeno se povećava u susjednim područjima, iako se temperatura tamo nije promijenila (tropske širine zimi).

Iznad hladne površine, zrak se hladi i postaje gušći, pritiskajući površinu ( polarnim geografskim širinama, kopnene umjerene geografske širine zimi). Na vrhu, njegova gustina se smanjuje, a zrak dolazi ovamo izvana. Povećava se njegova količina iznad hladne površine, povećava se pritisak na nju. Istovremeno, tamo gdje je zrak otišao, tlak se smanjuje bez promjene temperature. Zagrijavanje i hlađenje zraka sa površine praćeno je njegovom preraspodjelom i promjenama pritiska.

Na ekvatorijalnim širinama pritisak uvek smanjena. To se objašnjava činjenicom da se zrak zagrijan s površine diže i kreće prema tropskim geografskim širinama, stvarajući tamo povećani pritisak.

Iznad hladne površine na Arktiku i Antarktiku pritisak povećana. Nastaje zrakom koji dolazi iz umjerenih geografskih širina kako bi zamijenio kondenzirani hladni zrak. Izlazak zraka u polarne širine razlog je smanjenja tlaka u umjerenim širinama.

Kao rezultat, formiraju se pojasevi niskog (ekvatorijalnog i umjerenog) i visokog tlaka (tropski i polarni). U zavisnosti od godišnjeg doba, oni se donekle pomeraju prema letnjoj hemisferi („praćenje Sunca“).

Polarna područja visokog pritiska šire se zimi i skupljaju ljeti, ali ostaju tijekom cijele godine. Pojasevi nizak krvni pritisak opstaju tokom cijele godine u blizini ekvatora i u umjerenim geografskim širinama južne hemisfere.

Zimi, na umjerenim geografskim širinama sjeverne hemisfere, pritisak nad kontinentima jako raste i pojas niskog tlaka „puca“. Zatvorena područja niskog pritiska opstaju samo iznad okeana - islandski I Aleutske niske. Naprotiv, zimski led se formira nad kontinentima. highs :azijski (sibirski) I North American. Ljeti, u umjerenim geografskim širinama sjeverne hemisfere, obnavlja se pojas niskog tlaka.

Ogromna oblast niskog pritiska sa središtem u tropskim geografskim širinama formira se iznad Azije tokom leta - Asian low. U tropskim geografskim širinama kontinenti se uvijek zagrijavaju nešto više od okeana, a pritisak iznad njih je niži. Zato ih ima preko okeana suptropski maksimumi :Sjeverni Atlantik (Azori), Sjeverni Pacifik, Južni Atlantik, Južni Pacifik I South Indian.

Dakle, zbog različitog zagrijavanja i hlađenja kontinentalne i vodene površine (kontinentalna površina se brže zagrijava i brže hladi), prisutnost toplih i hladnih struja i drugih razloga na Zemlji, pored pojasa atmosferskog tlaka, zatvorena područja na Zemlji može nastati nizak i visok pritisak.

Glavni izvor topline koji zagrijava Zemljinu površinu i atmosferu je sunce. Drugi izvori - mjesec, zvijezde, zagrijana unutrašnjost Zemlje - isporučuju tako malu količinu topline da se mogu zanemariti.

Sunce emituje kolosalnu energiju u svemir u obliku toplote, svetlosti, ultraljubičastih i drugih zraka. Ukupna energija zračenja od Sunca naziva se sunčevo zračenje. Zemlja prima neznatan dio ove energije - jedan dvomilijardini dio, koji je, međutim, dovoljan ne samo za održavanje života, već i za obavljanje egzogenih procesa u litosferi, fizičkih i kemijskih pojava u hidrosferi i atmosferi.

Postoji direktno, difuzno i ​​totalno zračenje.

Za vedrog vremena bez oblaka, Zemljina površina se zagrijava uglavnom direktnim zračenjem, koje osjećamo kao tople ili vruće sunčeve zrake.

Prolazeći kroz atmosferu, sunčevi zraci se odbijaju od molekula zraka, kapljica vode, čestica prašine, skreću s pravog puta i raspršuju se. Što je oblačno vrijeme, to je gušći pokrivač oblaka i više radijacije se raspršuje u atmosferu. Kada je vazduh veoma prašnjav, na primer tokom prašnih oluja ili u industrijskim centrima, disperzija smanjuje zračenje za 40-45%.

Značaj raspršenog zračenja u životu Zemlje je veoma velik. Zahvaljujući njemu, objekti u sjeni su osvijetljeni. Takođe određuje boju neba.

Intenzitet zračenja zavisi od upadnog ugla sunčeve svetlosti na zemljinu površinu. Kada je Sunce visoko iznad horizonta, njegove zrake putuju kraću udaljenost kroz atmosferu, stoga se manje raspršuju i više zagrijavaju površinu Zemlje. Iz tog razloga, po sunčanom vremenu, jutro i veče su uvijek svježije nego u podne.

Na distribuciju zračenja na Zemljinoj površini u velikoj mjeri utiču njena sferičnost i nagib Zemljine ose prema orbitalnoj ravni. U ekvatorijalnim i tropskim geografskim širinama, sunce je visoko iznad horizonta tokom cijele godine, njegova visina varira u zavisnosti od doba godine, a na Arktiku i Antarktiku nikada se ne diže visoko iznad horizonta. Kao rezultat toga, u tropskim geografskim širinama, sunčeve zrake se manje raspršuju, a ima ih više po jedinici površine zemljine površine nego u srednjim ili visokim geografskim širinama. Iz tog razloga, količina zračenja ovisi o geografskoj širini mjesta: što je dalje od ekvatora, to manje dopire do površine zemlje.

Opskrba energijom zračenja povezana je s godišnjim i dnevnim kretanjem Zemlje. Dakle, u srednjim i visokim geografskim širinama njegova količina zavisi od doba godine. Na Sjevernom polu, na primjer, ljeti sunce ne zalazi izvan horizonta 186 dana, odnosno 6 mjeseci, a količina dolaznog zračenja je čak i veća nego na ekvatoru. Međutim, sunčeve zrake imaju mali upadni ugao, a većina zračenja se raspršuje u atmosferi. Kao rezultat toga, površina Zemlje se lagano zagrijava.

Zimi je sunce na Arktiku ispod horizonta, a direktno zračenje ne dopire do površine Zemlje.

Na količinu dolaznog sunčevog zračenja utiče i topografija zemljine površine. Na obroncima planina, brda, jaruga i sl., okrenutim prema suncu, ugao upada sunčevih zraka se povećava i one se više zagrijavaju.

Kombinacija svih ovih faktora dovodi do činjenice da ne postoji mjesto na površini zemlje gdje je intenzitet zračenja konstantan.

Zagrijavanje zemljišta i vode odvija se različito. Površina zemljišta se brzo zagrijava i hladi. Voda se polako zagrijava, ali duže zadržava toplinu. To se objašnjava činjenicom da je toplinski kapacitet vode veći od toplinskog kapaciteta stijena koje čine zemljište.

Na kopnu sunčevi zraci zagrijavaju samo površinski sloj, ali u čistoj vodi toplina prodire do znatne dubine, zbog čega se zagrijavanje odvija sporije. Isparavanje također utiče na njegovu brzinu, jer zahtijeva mnogo topline. Voda se sporo hladi, uglavnom zato što je zapremina zagrijane vode višestruko veća od zapremine zagrijanog zemljišta; Štaviše, kada se ohladi, gornji, ohlađeni slojevi vode tonu na dno, kao gušći i teži, a topla voda se diže iz dubine rezervoara kako bi ih zamijenila.

Voda ravnomjernije koristi akumuliranu toplinu. Kao rezultat toga, more je u prosjeku toplije od kopna, a fluktuacije temperature vode nikada nisu tako ekstremne kao fluktuacije temperature kopna.

Temperatura zraka

Sunčeve zrake, prolazeći kroz prozirna tijela, vrlo ih slabo zagrijavaju. Iz tog razloga direktna sunčeva svjetlost gotovo ne zagrijava zrak atmosfere, već zagrijava površinu Zemlje, sa koje se toplina prenosi na susjedne slojeve zraka. Kako se vazduh zagreva, postaje lakši i diže se, gde se meša sa hladnijim vazduhom, zauzvrat ga zagrevajući.

Kako se vazduh diže, on se hladi. Na nadmorskoj visini od 10 km temperatura se konstantno zadržava na oko 40-45 °C.

Pad temperature vazduha sa visinom je opšti obrazac. Međutim, povećanje temperature se često uočava kako se osoba diže prema gore. Ova pojava se naziva temperaturna inverzija, odnosno preuređivanje temperatura.

Inverzije se dešavaju ili kada se površina zemlje i okolni vazduh brzo ohlade, ili, obrnuto, kada teški hladni vazduh struji niz planinske padine u doline. Tamo ovaj zrak stagnira i istiskuje topliji zrak uz padine.

Tokom dana temperatura zraka ne ostaje konstantna, već se kontinuirano mijenja. Tokom dana, Zemljina površina se zagrijava i zagrijava susjedni sloj zraka. Noću, Zemlja zrači toplotu, hladi se, a vazduh se hladi. Najniže temperature se ne primjećuju noću, već prije izlaska sunca, kada je Zemljina površina već predala svu toplinu. Najsličniji ovome visoke temperature vazduh se postavlja ne u podne, već oko 15 časova.

Na ekvatoru, dnevne varijacije temperatura su ujednačene, danju i noću su skoro iste. Dnevne amplitude su vrlo male u morima i blizu morskih obala. Ali u pustinjama danju se površina zemlje često zagrije do 50–60 °C, a noću se često ohladi na 0 °C. Dakle, dnevne amplitude ovdje prelaze 50–60 °C.

U umjerenim geografskim širinama najveći broj Sunčevo zračenje na Zemlju stiže u dane letnjeg solsticija, odnosno 22. juna na severnoj hemisferi i 21. decembra na južnoj. Međutim, najtopliji mjesec nije jun (decembar), već jul (januar), jer se na dan solsticija ogromna količina radijacije troši na zagrijavanje zemljine površine. U julu (januaru) radijacija se smanjuje, ali to smanjenje nadoknađuje jako zagrijana zemljina površina.

Isto tako, najhladniji mjesec nije jun (decembar), već jul (januar).

Na moru, zbog činjenice da se voda sporije hladi i zagrijava, temperaturni pomak je još veći. Ovdje je najtopliji mjesec avgust, a najhladniji mjesec februar na sjevernoj hemisferi i, shodno tome, najtopliji mjesec je februar, a najhladniji mjesec avgust na južnoj hemisferi.

Godišnji temperaturni raspon u velikoj mjeri zavisi od geografske širine mjesta. Dakle, na ekvatoru amplituda ostaje gotovo konstantna tokom cijele godine i iznosi 22–23 °C. Najveće godišnje amplitude karakteristične su za teritorije koje se nalaze u srednjim geografskim širinama u unutrašnjosti kontinenata.

Bilo koje područje također karakteriziraju apsolutne i prosječne temperature. Apsolutne temperature se određuju kroz dugotrajna posmatranja na meteorološkim stanicama. Dakle, najtoplije (+58 °C) mjesto na Zemlji je u Libijskoj pustinji; najhladnije (-89,2 °C) je na Antarktiku na stanici Vostok. Na sjevernoj hemisferi najniža temperatura (-70,2 °C) zabilježena je u selu Oymyakon u istočnom Sibiru.

Prosječne temperature se određuju kao aritmetička sredina nekoliko termometarskih indikatora. Dakle, da bi se odredila prosječna dnevna temperatura, mjerenja se vrše na 1; 7; 13 i 19 sati, odnosno 4 puta dnevno. Iz dobijenih cifara nalazi se aritmetička sredina koja će biti srednja dnevna temperatura datog područja. Zatim pronađite mjesečne prosjeke i prosječne godišnje temperature kao aritmetička sredina dnevnih i mjesečnih prosjeka.

Na karti možete označiti tačke sa istim vrijednostima temperature i nacrtati linije koje ih povezuju. Ove linije se nazivaju izotermama. Najindikativnije izoterme su januar i jul, odnosno najhladniji i najhladniji topli mjesec godišnje. Izoterme se mogu koristiti da se odredi kako se toplota distribuira na Zemlji. U ovom slučaju mogu se pratiti jasno izraženi obrasci.

1. Najviše temperature se ne bilježe na ekvatoru, već u tropskim i suptropskim pustinjama, gdje preovlađuje direktno zračenje.

2. Na obje hemisfere, temperature opadaju od tropskih geografskih širina do polova.

3. Zbog prevlasti mora nad kopnom, tok izoterme na južnoj hemisferi je blaži, a temperaturne amplitude između najtoplijih i najhladnijih mjeseci su manje nego na sjevernoj hemisferi.

Položaj izoterme nam omogućava da identifikujemo 7 termalnih zona:

1 vruće, smješteno između godišnjih izotermi od 20 °C na sjevernoj i južnoj hemisferi;

2 umjerena, sadržana između izoterme od 20 do 10 °C najtoplijih mjeseci, odnosno juna i januara;

2 hladna mjeseca smještena između izoterme od 10 i 0 °C su ujedno i najtopliji mjeseci;

2 područja trajnog mraza, u kojima je temperatura najtoplijeg mjeseca ispod 0 °C.

Granice svjetlosnih zona koje prolaze kroz tropske i polarne krugove ne poklapaju se s granicama termalnih zona.



— uređaji koji se koriste za zagrevanje vazduha u sistemima za dovodnu ventilaciju, sistemima za klimatizaciju, grejanje vazduha, kao i u instalacijama za sušenje.

Prema vrsti rashladnog sredstva, grijači mogu biti vatreni, vodeni, parni i električni .

Trenutno su najrasprostranjeniji grijači vode i pare, koji se dijele na glatke cijevi i rebraste; potonji se, pak, dijele na lamelarne i spiralno namotane.

Postoje jednoprolazni i višeprolazni grijači. Kod jednoprolaznih, rashladno sredstvo se kreće kroz cijevi u jednom smjeru, a kod višeprolaznih nekoliko puta mijenja smjer kretanja zbog prisustva pregrada u poklopcima kolektora (slika XII.1).

Grijači dolaze u dva modela: srednji (C) i veliki (B).

Potrošnja topline za zagrijavanje zraka određena je formulama:

Gdje Q"— potrošnja toplote za grejanje vazduha, kJ/h (kcal/h); Q- isto, W; 0,278 — faktor konverzije kJ/h u W; G— masena količina zagrijanog zraka, kg/h, jednaka Lp [ovdje L— zapreminska količina zagrijanog zraka, m 3 / h; p - gustina vazduha (na temperaturi t K), kg/m 3 ]; With— specifični toplotni kapacitet vazduha jednak 1 kJ/(kg-K); tk temperatura zraka nakon grijača zraka, °C; t n— temperatura zraka prije grijača, °C.

Za grijače zraka prvog stupnja grijanja temperatura tn je jednaka temperaturi vanjskog zraka.

Pri projektovanju opšte ventilacije namenjene suzbijanju viška vlage, toplote i gasova, čija je najveća dozvoljena koncentracija veća od 100 mg/m3, pretpostavlja se da je temperatura spoljašnjeg vazduha jednaka izračunatoj temperaturi ventilacije (klimatski parametri kategorije A). Prilikom projektovanja opšte ventilacije namenjene suzbijanju gasova čija je najveća dozvoljena koncentracija manja od 100 mg/m3, kao i pri projektovanju dovodne ventilacije za kompenzaciju vazduha koji se uklanja lokalnim usisnim, procesnim haubama ili pneumatskim transportnim sistemima, pretpostavlja se da je temperatura spoljašnjeg vazduha biti jednaka izračunatoj vanjskoj temperaturi tn za projekt grijanja (klimatski parametri kategorije B).

Dovodni zrak treba dovoditi u prostoriju bez viška topline na temperaturi jednaka temperatura tB unutrašnjeg zraka za datu prostoriju. Ako postoji višak toplote, dovodni vazduh se dovodi na sniženoj temperaturi (za 5-8°C). Ne preporučuje se dovod vazduha sa temperaturom ispod 10°C u prostoriju čak ni u prisustvu značajnog stvaranja toplote zbog mogućnosti pojave prehlade. Izuzetak je upotreba posebnih anemostata.

Potrebna površina grijanja grijača zraka Fk m2 određena je formulom:

Gdje Q— potrošnja toplote za grejanje vazduha, W (kcal/h); TO— koeficijent prolaza toplote grijača, W/(m 2 -K) [kcal/(h-m 2 -°C)]; t avg.T. — prosječna temperatura rashladna tečnost, 0 C; t av. - prosječna temperatura zagrijanog zraka koji prolazi kroz grijač, °C, jednaka (t n + t k)/2.

Ako je rashladno sredstvo para, tada je prosječna temperatura rashladnog sredstva tav.T. jednaka temperaturi zasićenja pri odgovarajućem pritisku pare.

Za temperaturu vode tav.T. definira se kao aritmetička sredina temperatura tople i povratne vode:

Faktor sigurnosti od 1,1-1,2 uzima u obzir gubitke toplote za hlađenje vazduha u vazdušnim kanalima.

Koeficijent prolaza topline K grijača zraka ovisi o vrsti rashladnog sredstva, masenoj brzini kretanja zraka vp kroz grijač, geometrijskim dimenzijama i konstrukcijskim karakteristikama grijača zraka, te brzini kretanja vode kroz cijevi grijača.

Pod masenom brzinom podrazumijevamo masu zraka, kg, koja za 1 s prođe kroz 1 m2 otvorenog poprečnog presjeka grijača. Masena brzina vp, kg/(cm2), određena je formulom

Model, marka i broj grijača zraka biraju se na osnovu otvorene površine poprečnog presjeka fL i površine grijanja FK. Nakon odabira grijača, masena brzina kretanja zraka određuje se na osnovu stvarne otvorene površine poprečnog presjeka grijača fD datog modela:

gdje je A, A 1, n, n 1 i T— koeficijenti i eksponenti u zavisnosti od dizajna grijača

Brzina kretanja vode u cijevima grijača ω, m/s, određena je formulom:

gde je Q" potrošnja toplote za zagrevanje vazduha, kJ/h (kcal/h); pv je gustina vode jednaka 1000 kg/m3, sv je specifični toplotni kapacitet vode jednak 4,19 kJ/(kg- K fTP — otvorena površina poprečnog presjeka za prolaz rashladne tekućine, m2, tg - temperatura tople vode u dovodu, °C; t 0 — temperatura povratne vode, 0C.

Na prijenos topline grijača utječe shema cjevovoda. Sa shemom paralelnog povezivanja cjevovoda, samo dio rashladne tekućine prolazi kroz poseban grijač, a kod sekvencijalne sheme cijeli tok rashladne tekućine prolazi kroz svaki grijač.

Otpor grijača na prolaz zraka p, Pa, izražava se sljedećom formulom:

gdje su B i z koeficijent i eksponent, koji zavise od dizajna grijača.

Otpor uzastopnih grijača je:

gdje je m broj grijača smještenih u seriji. Proračun se završava provjerom toplinskih performansi (prijenosa topline) grijača zraka pomoću formule

gdje je QK prijenos topline grijača, W (kcal/h); QK - isto, kJ/h, 3,6 - faktor konverzije W u kJ/h FK - površina grijanja grijača, m2, usvojena kao rezultat proračuna grijača ovog tipa; K - koeficijent prolaza toplote grijača zraka, W/(m2-K) [kcal/(h-m2-°C)]; tav.v - prosječna temperatura zagrijanog zraka koji prolazi kroz grijač, °C; tav. T - prosječna temperatura rashladnog sredstva, °C.

Prilikom odabira grijača zraka, margina za izračunatu površinu grijanja uzima se u rasponu od 15 - 20%, za otpor prolazu zraka - 10% i za otpor kretanju vode - 20%.

Razmatraju se osnovna fizička svojstva vazduha: gustina vazduha, njegova dinamička i kinematička viskoznost, specifični toplotni kapacitet, toplotna provodljivost, toplotna difuzivnost, Prandtlov broj i entropija. Svojstva vazduha su data u tabelama u zavisnosti od temperature pri normalnom atmosferskom pritisku.

Gustina zraka u zavisnosti od temperature

Prikazana je detaljna tabela vrijednosti gustine suhog zraka pri različitim temperaturama i normalnom atmosferskom tlaku. Kolika je gustina vazduha? Gustoća zraka se može analitički odrediti dijeljenjem njegove mase sa zapreminom koju zauzima. pod datim uslovima (pritisak, temperatura i vlažnost). Također možete izračunati njegovu gustinu koristeći formulu jednačine stanja idealnog plina. Da biste to učinili, morate znati apsolutni tlak i temperaturu zraka, kao i njegovu plinsku konstantu i molarni volumen. Ova jednadžba vam omogućava da izračunate suhu gustoću zraka.

u praksi, da saznamo kolika je gustina vazduha na različitim temperaturama, zgodno je koristiti gotove tablice. Na primjer, donja tabela prikazuje gustinu atmosferskog zraka u zavisnosti od njegove temperature. Gustina vazduha u tabeli je izražena u kilogramima po kubnom metru i data je u temperaturnom opsegu od minus 50 do 1200 stepeni Celzijusa pri normalnom atmosferskom pritisku (101325 Pa).

Gustina vazduha u zavisnosti od temperature - tabela

t, °S	ρ, kg/m 3	t, °S	ρ, kg/m 3	t, °S	ρ, kg/m 3	t, °S	ρ, kg/m 3
-50	1,584	20	1,205	150	0,835	600	0,404
-45	1,549	30	1,165	160	0,815	650	0,383
-40	1,515	40	1,128	170	0,797	700	0,362
-35	1,484	50	1,093	180	0,779	750	0,346
-30	1,453	60	1,06	190	0,763	800	0,329
-25	1,424	70	1,029	200	0,746	850	0,315
-20	1,395	80	1	250	0,674	900	0,301
-15	1,369	90	0,972	300	0,615	950	0,289
-10	1,342	100	0,946	350	0,566	1000	0,277
-5	1,318	110	0,922	400	0,524	1050	0,267
0	1,293	120	0,898	450	0,49	1100	0,257
10	1,247	130	0,876	500	0,456	1150	0,248
15	1,226	140	0,854	550	0,43	1200	0,239

Na 25°C, zrak ima gustinu od 1,185 kg/m3. Kada se zagrije, gustoća zraka se smanjuje - zrak se širi (poveća se njegov specifični volumen). Sa povećanjem temperature, na primjer, do 1200°C, postiže se vrlo niska gustina zraka, jednaka 0,239 kg/m 3, što je 5 puta manje od njegove vrijednosti pri sobnoj temperaturi. IN opšti slučaj, redukcija kada se zagrije omogućava proces kao što je prirodna konvekcija i koristi se, na primjer, u aeronautici.

Ako uporedimo gustinu vazduha u odnosu na , tada je vazduh lakši za tri reda veličine - na temperaturi od 4°C, gustina vode je 1000 kg/m3, a gustina vazduha je 1,27 kg/m3. Takođe je potrebno zabeležiti vrednost gustine vazduha u normalnim uslovima. Normalni uslovi za gasove su oni pri kojima je njihova temperatura 0°C, a pritisak jednak normalnom atmosferskom pritisku. Dakle, prema tabeli, gustina vazduha u normalnim uslovima (na NL) je 1,293 kg/m 3.

Dinamička i kinematička viskoznost zraka pri različitim temperaturama

Prilikom izvođenja termičkih proračuna potrebno je znati vrijednost viskoznosti zraka (koeficijent viskoznosti) na različitim temperaturama. Ova vrijednost je potrebna za izračunavanje Reynoldsovih, Grashofovih i Rayleighovih brojeva, čije vrijednosti određuju režim protoka ovog plina. U tabeli su prikazane vrijednosti dinamičkih koeficijenata μ i kinematičke ν viskoznost vazduha u temperaturnom opsegu od -50 do 1200°C pri atmosferskom pritisku.

Koeficijent viskoznosti vazduha značajno raste sa porastom temperature. Na primer, kinematička viskoznost vazduha je jednaka 15,06 10 -6 m 2 /s na temperaturi od 20°C, a sa porastom temperature na 1200°C, viskoznost vazduha postaje jednaka 233,7 10 -6 m 2 /s, odnosno povećava se 15,5 puta! Dinamički viskozitet vazduha na temperaturi od 20°C iznosi 18,1·10 -6 Pa·s.

Kada se zrak zagrije, povećavaju se vrijednosti i kinematičke i dinamičke viskoznosti. Ove dvije veličine su povezane jedna s drugom kroz gustinu zraka, čija vrijednost opada kada se ovaj plin zagrije. Povećanje kinematičke i dinamičke viskoznosti zraka (kao i drugih plinova) pri zagrijavanju povezano je sa intenzivnijim vibracijama molekula zraka oko njihovog ravnotežnog stanja (prema MKT).

Dinamička i kinematička viskoznost zraka pri različitim temperaturama - tabela

t, °S	μ·10 6 , Pa·s	ν·10 6, m 2 /s	t, °S	μ·10 6 , Pa·s	ν·10 6, m 2 /s	t, °S	μ·10 6 , Pa·s	ν·10 6, m 2 /s
-50	14,6	9,23	70	20,6	20,02	350	31,4	55,46
-45	14,9	9,64	80	21,1	21,09	400	33	63,09
-40	15,2	10,04	90	21,5	22,1	450	34,6	69,28
-35	15,5	10,42	100	21,9	23,13	500	36,2	79,38
-30	15,7	10,8	110	22,4	24,3	550	37,7	88,14
-25	16	11,21	120	22,8	25,45	600	39,1	96,89
-20	16,2	11,61	130	23,3	26,63	650	40,5	106,15
-15	16,5	12,02	140	23,7	27,8	700	41,8	115,4
-10	16,7	12,43	150	24,1	28,95	750	43,1	125,1
-5	17	12,86	160	24,5	30,09	800	44,3	134,8
0	17,2	13,28	170	24,9	31,29	850	45,5	145
10	17,6	14,16	180	25,3	32,49	900	46,7	155,1
15	17,9	14,61	190	25,7	33,67	950	47,9	166,1
20	18,1	15,06	200	26	34,85	1000	49	177,1
30	18,6	16	225	26,7	37,73	1050	50,1	188,2
40	19,1	16,96	250	27,4	40,61	1100	51,2	199,3
50	19,6	17,95	300	29,7	48,33	1150	52,4	216,5
60	20,1	18,97	325	30,6	51,9	1200	53,5	233,7

Napomena: Budite oprezni! Viskoznost vazduha je data na stepen od 10 6 .

Specifični toplotni kapacitet vazduha na temperaturama od -50 do 1200°C

Prikazana je tabela specifičnog toplotnog kapaciteta zraka pri različitim temperaturama. Toplotni kapacitet u tabeli je dat pri konstantnom pritisku (izobarični toplotni kapacitet vazduha) u temperaturnom opsegu od minus 50 do 1200°C za vazduh u suvom stanju. Koliki je specifični toplotni kapacitet vazduha? Specifični toplotni kapacitet određuje količinu toplote koja se mora predati jednom kilogramu vazduha pod konstantnim pritiskom da bi se njegova temperatura povećala za 1 stepen. Na primjer, na 20°C, za zagrijavanje 1 kg ovog plina za 1°C u izobaričnom procesu, potrebno je 1005 J topline.

Specifični toplotni kapacitet vazduha raste sa porastom temperature. Međutim, ovisnost masenog toplinskog kapaciteta zraka o temperaturi nije linearna. U rasponu od -50 do 120°C, njegova vrijednost se praktično ne mijenja - u ovim uvjetima prosječni toplinski kapacitet zraka iznosi 1010 J/(kg deg). Prema tabeli, vidi se da temperatura počinje da ima značajan uticaj od vrednosti od 130°C. Međutim, temperatura zraka utječe na njegov specifični toplinski kapacitet mnogo manje od njegovog viskoziteta. Dakle, kada se zagreje od 0 do 1200°C, toplotni kapacitet vazduha raste samo 1,2 puta - sa 1005 na 1210 J/(kg deg).

Treba napomenuti da je toplinski kapacitet vlažnog zraka veći od toplotnog kapaciteta suhog zraka. Ako uporedimo zrak, očito je da voda ima veću vrijednost, a sadržaj vode u zraku dovodi do povećanja specifičnog toplinskog kapaciteta.

Specifični toplotni kapacitet vazduha pri različitim temperaturama - tabela

t, °S	C p , J/(kg stepeni)	t, °S	C p , J/(kg stepeni)	t, °S	C p , J/(kg stepeni)	t, °S	C p , J/(kg stepeni)
-50	1013	20	1005	150	1015	600	1114
-45	1013	30	1005	160	1017	650	1125
-40	1013	40	1005	170	1020	700	1135
-35	1013	50	1005	180	1022	750	1146
-30	1013	60	1005	190	1024	800	1156
-25	1011	70	1009	200	1026	850	1164
-20	1009	80	1009	250	1037	900	1172
-15	1009	90	1009	300	1047	950	1179
-10	1009	100	1009	350	1058	1000	1185
-5	1007	110	1009	400	1068	1050	1191
0	1005	120	1009	450	1081	1100	1197
10	1005	130	1011	500	1093	1150	1204
15	1005	140	1013	550	1104	1200	1210

Toplotna provodljivost, toplotna difuzivnost, Prandtlov broj vazduha

U tabeli su prikazana fizička svojstva atmosferskog vazduha kao što su toplotna provodljivost, toplotna difuzivnost i njegov Prandtlov broj u zavisnosti od temperature. Termofizička svojstva vazduha data su u rasponu od -50 do 1200°C za suvi vazduh. Iz tabele se vidi da navedena svojstva vazduha značajno zavise od temperature, a temperaturna zavisnost razmatranih svojstava ovog gasa je različita.

Prilikom projektovanja sistema zračnog grijanja koriste se gotove jedinice za grijanje.

Da biste pravilno odabrali potrebnu opremu, dovoljno je znati: potrebnu snagu grijača, koji će se naknadno ugraditi u sistem grijanja dovodne ventilacije, temperaturu zraka na njegovom izlazu iz jedinice grijača i brzinu protoka rashladne tekućine.

Da bismo pojednostavili proračune, predstavljamo vam online kalkulator za izračunavanje osnovnih podataka za ispravan odabir grijača.

1. Toplinska snaga grijača kW. U polja kalkulatora treba uneti početne podatke o zapremini vazduha koji prolazi kroz grejač, podatke o temperaturi vazduha koji ulazi u ulaz vazduha i potrebnu temperaturu protoka vazduha na izlazu iz grejača.
2. Temperatura izlaznog vazduha. U odgovarajuća polja treba uneti početne podatke o zapremini zagrejanog vazduha, temperaturi protoka vazduha na ulazu u instalaciju i toplotnoj snazi ​​grejača dobijenu pri prvom proračunu.
3. Protok rashladne tečnosti. Da biste to učinili, trebate unijeti početne podatke u polja online kalkulatora: toplinsku snagu instalacije dobivenu tokom prvog proračuna, temperaturu rashladne tekućine koja se dovodi na ulaz grijača i vrijednost temperature na izlazu uređaja.

Proračun snage grijača