Mikä on h-x-diagrammi?

Richard Mollier kehitti h,x-diagrammin vuonna 1923, ja sen avulla voidaan havainnollistaa ja laskea selkeästi kostean ilman tilan muutokset, jotka johtuvat lämmityksestä, kostutuksesta, kuivauksesta tai jäähdytyksestä. Nämä tilamuutokset voidaan määrittää suoraan kaaviosta graafisia menetelmiä käyttäen.

Katso video

Osat ja parametrit:

H,x-diagrammi näyttää kaikki ilman tilan kuvaamiseen tarvittavat olennaiset parametrit:

Lämpötila = t, °C

Absoluuttinen kosteus = x, g/kg

Suhteellinen kosteus = RH, %

Ominaisentalpia = h, kJ (1+x)kg

Tiheys = p, (kg/m3)

Rakenne

Koordinaatisto parantaa lukutarkkuutta kostean ilman kyllästymättömällä alueella. Mollierin ehdottaman vinon kaavion rakentamiseksi x-akselia kierretään myötäpäivään, kunnes isotermi t = 0 °C kulkee vaakasuoraan kostean ilman kyllästymättömällä alueella. Vakio-ominaisentalpian h viivat kulkevat vasemmalta ylhäältä oikealle alas. Vakiovesipitoisuuden x viivat kulkevat pystysuoraan.

Käytännön syistä vaakasuora akseli, jolle vesipitoisuus x piirretään, ei kulje origon kautta. Vesihöyryn osapaine voidaan ilmoittaa toisena x-akselina, koska se riippuu vain vesipitoisuudesta x ja ilmanpaineesta p. Ominaisentalpia h piirretään vinoille viivoille. Kaaviossa on esitetty suhteellisen kosteuden käyrät.

Reunan asteikkoa käyttämällä tilamuutokset voidaan esittää helposti graafisesti, esim. tilan muutos höyry-ilmakostutuksen aikana. Indeksi 1/x osoittaa, että kostean ilman entalpia koostuu kuivan ilman entalpiasta ja veden entalpiasta.

Samaa lämpötilaa kuvaavat viivat (isotermi) nousevat hieman kyllästymättömän ilman alueella, nimittäin vesihöyryn tuntuvan entalpian komponentin verran. Kyllästymispisteessä (suhteellinen kosteus = 1) viivat taipuvat alaspäin, koska maksimihöyrypitoisuuden ylittyessä vettä voi olla ilmassa enää nestemäisessä muodossa pieninä vesipisaroina (sumu). Sumualueella isotermi poikkeaa kyllästymispisteen kautta kulkevasta isentalpista vain lisääntyneen vesipitoisuuden pienen tuntuvan entalpian verran.

Kyllästymättömän ilman alueella on nyt yhtäläisen suhteellisen kosteuden käyriä, jotka syntyvät kunkin isotermin osuuksien tasajaosta välillä = 0 ja = 1. Suhteellinen kosteus siis laskee ilman lämmetessä, kunhan vesimäärä x pysyy vakiona.

Laskelmat h,x-diagrammilla

Lämmitys vakioabsoluuttisessa kosteudessa

Tässä esitetty viides kaavio havainnollistaa ilmamassan lämmitysprosessia ilman muutosta sen vesihöyrypitoisuudessa. Mitä tästä prosessista voidaan havaita?

Lämmitys alkaa 11 °C:sta (piste 1) ja päättyy 25 °C:een (piste 2). Absoluuttinen kosteus x pysyy vakiona 4 g/kg tämän prosessin aikana. Sen sijaan suhteellinen kosteus muuttuu 50 %:sta 11 °C:ssa 20 %:iin 25 °C:ssa. Lisäksi entalpia h (1/x) muuttuu arvosta 21,4 kJ/kg arvoon 35 kJ/kg, ja lopuksi myös tiheys muuttuu arvosta 1,24 kg/m³ arvoon 1,17 kg/m³.

Veden sumutus tai haihtuminen (adiabaattinen kostutus)

Kun vettä sumutetaan tai haihdutetaan lisäämättä samanaikaisesti lämpöä, haihdutukseen tarvittava energia otetaan ympäröivästä ilmasta. Ilma siis jäähtyy. Koska jäähdytysprosessi noudattaa adiabaattisia viivoja, sitä kutsutaan adiabaattiseksi jäähdytykseksi. H,x-diagrammissa jäähdytyskäyrän tarkka suunta kostutuksen aikana voidaan määrittää reunan asteikosta ∆h/∆x.

∆h/∆x:n laskeminen:

∆h = kJ/kg

∆x = kg H₂O / kg kuivaa ilmaa