Transcript ヒートポンプ演習
ヒートポンプ演習 • 冷媒-134aを用いたヒートポンプが，熱源として 8℃の地下水を用いて家を暖房する．この家から は60,000kJ/hの割合で熱が失われる．冷媒は 280kPa，0℃でコンプレッサーに入り，1MPa， 60℃で出る． (a)ヒートポンプへの入力動力 (b)水から単位時間当たりに吸収する熱量 (c)ヒートポンプの代わりに電熱ヒーターを用いる とした場合の消費電力の増加量を求めよ (a) 3.92kW, (b) 12.75kW, (c) 12.75kW 快適さと空気調和 • 人体からの排熱量（男） – 睡眠中87W – 休息中やオフィスでの仕事115W （70:30） – 激しい肉体運動440W (40:60) • 排熱は， – 対流やふく射による顕熱による発散 – 汗の蒸発による潜熱による発散 • 人間の快適さは，主に – （乾球）温度，相対湿度，および，空気の流れ 空気調和 • 大気は水蒸気含む – 乾き空気＋水蒸気 – 水蒸気は温度によって，相変化を伴う • 日常の冷暖房や生産プロセスの環境管理 – 温度だけでなく，湿度（相変化物質）のコント ロールが重要 乾き空気と大気のエンタルピー • 乾き空気は理想気体（前提） エンタルピーは温度の関数 hdry C pT 1.005[kJ/(kgÞC]T[ÞC] • 水蒸気も理想気体（次の図） P Pa Pv • 水蒸気のエンタルピー 水のT-S線図 hv (T,low P) hg (T) hg (T) 2501.31.82T (kJ/kg) T in ÞC 水蒸気 の状態線図 誤差が１％以 下の領域がグ レー T S 空気の絶対湿度 • 絶対湿度 absolute humidity, specific humidity mv (kg water vapor / kg dry air) ma mv pvV /(RvT) pv /Rv pv 0.622 ma paV /(RaT) pa /Ra pa 0.622pv p pv pv 水蒸気分圧（蒸気圧），pa 乾き空気分圧 空気の相対湿度 • 相対湿度 ある温度，圧力において，水蒸気を最大限ふくむ 空気を飽和空気と呼ぶ 相対湿度とは，飽和空気の水分量 mg に対する 実際に含まれる水蒸気量 mv の比 mv pvV /RvT pv mg pgV /RvT pg pg psat@T 0.622pg , (0.622 )pg p pg p 大気のエンタルピー • 大気の全エンタルピー H Ha Hv maha mv hv • 大気の比エンタルピー – 乾き空気 1 kg あたり（大気 1 kg あたり）の全エンタ ルピー H mv h ha hv ha hv ha hg ma ma H h ma mv 練習問題 図説応用熱力学（オーム社）例題6-1 • 5 m × 5 m × 3 m の部屋が，相対湿度 75%の25℃，100 kPa の空気で満たされ ている． (a) 乾き空気の分圧 (b) 空気の絶対湿度 (c) 乾き空気の単位質量あたりの，空気の エンタルピー (d) この部屋の乾き空気と水蒸気の質量を 求めよ 露点温度 PvV mv RvT PaV ma RaT • 露点温度とは，空気が一定圧力のもと冷やされ p v : p a m v R v : m a Ra るときに，凝縮の始まる温度と定義される 練習問題 図説応用熱力学（オーム社）例題6-2 • 寒い日には，家の窓の内側表面にしばし ば凝縮が起こる．それは，窓の近くの空気 の温度が低くなっているからである．部屋 の中の温度は20℃で相対湿度は 75% で ある．窓の温度がいくらになると，空気中 の水分が窓の内側表面で凝縮を始める か？ • 湿度の測定 – 入り口で飽和していな い空気 – 出口で飽和空気 – 蒸発による温度低下 ↓ • 断熱飽和過程 断熱飽和温度 断熱飽和過程 • 質量保存の法則 Ýa1 m Ýa2 m Ýa m Ýw1 m Ýf m Ýw2 m Ýf m Ýa (2 1) m • エネルギー保存則 Ýa1h1 m Ýf h f 2 m Ýa2h2 m Ýa1h1 m Ýa (2 1)h f 2 m Ýa2h2 m h1 (2 1)h f 2 h2 • よって (c pT1 1hg1) (2 1)h f 2 (c pT2 2hg2 ) c p (T2 T1) 2h fg2 1 hg1 h f 2 • 一方 0.622pg2 2 p2 pg2 2 100% 湿球温度と振動乾湿計 • １気圧（101.325 kPa）における大気の乾球温度と湿球温 度が，振動乾湿計によってそれぞれ25℃と15℃と測定さ れた．空気の (a) 絶対湿度と (b) 相対湿度，および (c) エンタルピーを求めよ