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Video, Anmiation h,x-Diagramm















Luftbefeuchtung einfach erklärt:

Was ist das h,x-Diagramm?



Das h,x-Diagramm wurde 1923 von Richard Mollier entwickelt und ermöglicht es, Zustandsänderungen feuchter Luft durch Erwärmung, Befeuchtung, Entfeuchtung oder Kühlung anschaulich darzustellen, respektive zu berechnen. Die Zustandsänderungen können dabei direkt aus dem Diagramm auf grafischem Wege ermittelt werden.

Komponenten und Parameter:
Das h,x-Diagramm gibt alle wesentlichen Parameter, die zur Beschreibung des Luftzustandes notwendig sind an:

Temperatur = t in °C
Absolute Feuchte = x in g/kg
Relative Feuchte = r.F. in %
Spezifische Enthalpie = h in kJ(1+x)kg
Dichte = p in (kg/m3)


Aufbau
Koordinatensystems wird die Ablesegenauigkeit für das ungesättigte Gebiet der feuchten Luft erhöht. Zur Konstruktion des von Mollier vorgeschlagenen schiefwinkligen Diagramms wird die x-Achse so weit im Uhrzeigersinn gedreht bis die Isotherme t = 0 °C im ungesättigten Gebiet der feuchten Luft waagerecht verläuft. Die Linien konstanter spezifischer Enthalpie h verlaufen von links oben nach rechts unten. Die Linien konstanten Wassergehalts x verlaufen senkrecht.

Die waagerechte Achse, auf welcher der Wassergehalt x angetragen ist, verläuft aus praktischen Gründen nicht durch den Koordinatenursprung. Als zweite x-Achse kann der Partialdruck des Wasserdampfes angegeben werden, da dieser nur vom Wassergehalt x und vom Luftdruck p abhängig ist. An den diagonal verlaufenden Linien wird die spezifische Enthalpie h aufgetragen. Im Diagramm sind Kurvenscharen für relative Feuchte angegeben.
Mit Hilfe des Randmaßstabes können Zustandsänderungen einfach grafisch dargestellt werden, z. B. die Zustandsänderung bei einer Dampf-Luftbeuchtung. Der Index 1+x gibt an, dass sich die Enthalpie der feuchten Luft aus der Enthalpie der trockenen Luft und der Enthalpie des Wassers zusammensetzt.

Die Linien gleicher Temperatur (Isothermen) steigen im Gebiet der ungesättigten Luft leicht an, nämlich um den fühlbaren Enthalpieanteil des Wasserdampfes. Im Sättigungspunkt (relative Feuchte = 1) knicken die Linien nach unten ab, weil über den maximalen Dampfanteil hinaus Wasser dann nur noch flüssig in Form von kleinen Wassertropfen (Nebel) in der Luft enthalten sein kann. Die Isotherme weicht im Nebelgebiet nur noch um die geringe fühlbare Enthalpie des zusätzlichen Wasseranteils von der durch den Sättigungspunkt laufenden Isenthalpen ab.

Im Gebiet der ungesättigten Luft gibt es nun Kurven gleicher relativer Luftfeuchte, die durch eine gleichmäßige Teilung der jeweiligen Isothermenabschnitte zwischen = 0 und = 1 entstehen. Die relative Luftfeuchtigkeit wird also immer geringer, je wärmer die Luft wird, wenn sich die Wassermenge x nicht ändert.


Berechnungen mit dem h,x-Diagramm


Erwärmung bei konstanter absoluter Feuchte
Das nebstehende fünfte Bild zeigt den Erwärmungsvorgang einer Luftmasse ohne Änderung ihres Wasserdampfgehalts. Was lässt sich aus diesem Vorgang ersehen?
Die Aufheizung beginnt bei 11°C (Punkt 1) und endet bei 25°C (Punkt 2). Die absolute Feuchte x bleibt bei diesem Vorgang konstant bei 4 g/kg. Hingegen ändert sich die relative Feuchte von 50% bei 11°C auf 20% bei 25°C. Außerdem ändert sich die Enthalpie h (1+x) von 21,4 kJ/kg auf 35 kJ/kg und schließlich ändert sich auch noch die Dichte von 1,24kg/m3 auf 1,17 kg/m3.

Zerstäuben oder Verdunsten von Wasser (Adiabate Luftbefeuchtung)
Wird Wasser zerstäubt oder verdunstet, ohne dass man gleichzeitig Wärme hinzuführt, so wird die zur Verdunstung notwendige Energie der Umgebungsluft entzogen. Die Luft kühlt sich also ab. Da der Abkühlungsvorgang parallel zu den Adiabaten verläuft, nennt man ihn adiabate Kühlung. Im h,x-Diagramm kann die genaue Richtung des Abkühlungsverlaufs während der Befeuchtung aus dem Randmaßstab ∆h/∆x entnommen werden.

Berechnung von ∆h/∆x:

∆h = kJ/kg
∆x kg H2O / kg trockene Luft


Befeuchtung mittels Dampf (Isotherme Luftbefeuchtung)
Bei der Luftbefeuchtung mit Dampf bleibt die Temperatur im wesentlichen konstant, da sich der Wasserdampf auf dem gleichem Energie-Niveau wie die Luft befindet.

Berechnung von ∆h/∆x:

∆h = kJ/kg
∆x kg trockene Luft