空调负荷计算与送风量讲义

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1、空气热、湿处理,【知识点】空气热、湿处理设备构造和工作原理，热、湿处理设备的功能和实现方法；表面式换热器（加热器和表冷器）安装调节方法。 【学习目标】了解空气热、湿处理设备构造和工作原理，掌握热、湿处理设备的功能和实现方法；掌握表面式换热器（加热器和表冷器）安装调节方法。,目 录,10.1,10.2,10.3,10.4,空气热、湿处理过程,表面式换热器,喷 水 室,其他空气热、湿处理设备,10.1 空气热、湿处理过程,10.1.1 空气热湿处理途径,由 图分析可知，在空气处理过程中，为达到同一状态点，可以有不同的空气处理途径，现以全新风空气处理系统为例，如图10.1所示。一般地说，空调房间在冬

2、夏两季需要的送风状态不同，这里为了说明问题，而作为相同状态点对待。夏、冬季空气的状态点分别为 、 状态，送风状态点为 点。达到要求的送风状态点 ，则可能有图10.1所示的各种不同的空气处理途径，这些空气的处理途径是由一些简单的空气处理过程组合而成的，表10.1列出了空气处理各种途径和设备的方案说明。 至于究竟采用何种途径，须结合各种空气处理设备的特点，经分析比较后确定。空气处理方案应满足经济、有效的原则。,10.1 空气热、湿处理过程,表10.1 空气处理各种途径的方案说明,10.1 空气热、湿处理过程,图10.1 空气热湿处理的各种途径,10.1 空气热、湿处理过程,10.1.2 空气热湿处

3、理设备类型,如前所述， 图上的一条直线代表了一个空气状态变化过程，但是在实际工程中，某一特定的空气状态变化过程要靠外部作用，即空气处理设备来实现。而某一特定的空气处理设备的工作原理和它所能实现的空气处理过程是有限制的。因此，实际的空调过程通常是在几种设备可以实现的处理过程的共同作用下完成的。这些设备总的来说可归结为空气和直接接触式及间接接触式两大类。,10.1 空气热、湿处理过程,直接接触式热湿交换设备是指热湿交换的介质直接和被处理的空气接触进行热湿交换的设备。例如在喷水室中喷入不同温度的水，可以实现空气的加热、冷却、加湿和减湿等过程。用蒸汽加湿器喷蒸汽，可以实现空气的等温加湿过程等；表面式热

4、湿交换设备是指热湿交换的介质不直接和被处理的空气接触，而是通过空气处理设备的金属表面进行热交换的设备。例如在空气加热器中通入热水或蒸汽，可以实现空气的等湿加热过程，在表面式冷却器中通入冷水或制冷剂，可以实现空气的等湿冷却和减湿冷却过程。 在空调工程中，应用最多的热湿处理设备是喷水室和表面式换热器，下面主要对这两种空气处理设备的工作原理和选择计算做些介绍。,10.1 空气热、湿处理过程,10.1.3 喷水室处理过程,10.1.3.1 喷水室处理空气状态变化过程 由湿球温度的形成过程可知，空气与水滴之间是通过水滴表面饱和空气边界层不断地进行着对流热交换和对流质交换，其中显热交换取决于二者间的温差，

5、潜热交换和湿(质) 交换取决于水蒸气分压力差，而总热交换是以焓差为推动力。 当空气流经水面或水滴周围时，就会把边界层中的饱和空气带走一部分，而补充的新空气在与水滴表面进行热湿交换后，又达到饱和状态。这样，当水滴表面的饱和空气层不断地与流过的空气相混合，就使整个空气状态发生变化。因此，空气与水直接接触时的热湿交换过程可以看作是初始状态的空气与水滴边界层中饱和空气的混合过程。,10.1 空气热、湿处理过程,根据两种不同状态空气混合的规律可知，混合后的状态点应当在空气的初始状态点与喷水温度下的饱和空气状态点的连线上。参与混合的饱和空气越多，空气的终状态点（即混合后的状态点）就越靠近饱和线。若满足下列

6、假设条件时：与空气接触的水量无限大；空气与水接触的时间无限长，则全部空气都能达到饱和状态。这时，空气的终状态点将位于饱和线上，空气的终温就是喷水温度。由此，不难推知，当喷水温度（即与空气接触的水温）不同时，空气的状态变化过程也就不同。用喷水室处理空气，采用不同的喷水温度，可以实现如图10.2和表10.2所示的七种空气状态变化过程。下面对其中的A-2、A-4和A-6过程做些分析。,10.1 空气热、湿处理过程,图10.2 空气与水直接接触时的状态变化过程,10.1 空气热、湿处理过程,表10.2 喷水室处理空气状态变化过程的特点,10.1 空气热、湿处理过程,（1）A-2过程 用温度等于空气露点

7、温度的水( )喷淋空气时可以实现这一过程。这时，空气虽然与水接触，但由于 ，过程的湿交换量为零，空气既没加湿也没减湿，只是由于 ，存在显热交换，空气向水传热而使温度下降，空气的状态变化为等湿冷却过程。 （2）A-4过程 用温度等于空气湿球温度的水( )喷淋空气时可以实现这一过程。这时，由于 ，表明空气向水传热，温度下降，显热减少。但由于 ，说明空气被加湿，由于空气得到了在湿球温度 下蒸发的 千克水蒸气所具有的潜热，空气的潜热增加。如果忽略空气得到的原来处于 温度下的液体热 ，则空气的总热交换量为零。空气的状态变化为一等湿球温度过程。由于等湿球温度线与等焓线非常接近，此过程近似为等焓加湿降温过程

8、。,10.1 空气热、湿处理过程,（3）A-6过程 用温度等于空气干球温度的水喷淋空气时可以实现这一过程。这时,因为 ,空气与水之间无显热交换，但由于 ,说明空气被加湿，同时潜热增加。空气状态变化的总效果是一为等温增焓加湿过程。 根据处理上面这三种典型的空气状态变化过程的喷水温度，可判断在某一特定的喷水温度下，可以实现的空气变化过程是加湿还是减湿，是增焓还是减焓，是升温还是降温过程。如表10.2所示。,10.1 空气热、湿处理过程,10.1.3.2 用喷水室处理空气的实际过程 前面介绍用喷水室处理空气，根据喷水温度不同，可以实现七种空气状态变化过程时指出，在满足两个假设条件的基础上，空气的终状

9、态将位于饱和线上，而且空气的终温就是喷水温度。但是，实际用喷水室处理空气时，喷水量总是有限的，空气与水接触的时间也不可能无限长。因此，空气状态和水温都是在不断地发生变化，空气的终状态也很难达到饱和。实践表明，对于双排喷嘴的喷水室空气终状态的相对湿度一般只能达到95%98%，采用双级处理空气时，空气终状态的相对湿度才能达到100%。 实际的喷水室处理空气时，空气状态和水温都在不断变化，因此，喷水室中空气状态变化的实际过程在 图上不是直线，而是一条曲线。该曲线的弯曲程度和空气与水的相对运动方向有关。,10.1 空气热、湿处理过程,在顺喷时，因为空气和水滴的运动方向相同，空气是先与具有初始温度 的水

10、接触，有一小部分空气达到饱和，这部分饱和空气的温度为 ，它们与其余的空气混合，达到混合状态点1，这时水的温度由于吸收了空气中的热量变为 。状态1的空气和温度为 的水滴接触，又有一小部分空气达到饱和，温度为 ，这部分饱和空气和其余的空气混合后，达到混合状态点2，同时水的温度由于吸收了空气中的热量又升高为 。状态2的空气再与温度为 的水滴接触，使一小部分空气达到饱和，温度为 ，这部分饱和空气和其余的空气混合后，达到混合状态点3，同时水的温度由于吸收了空气中的热量又升高为 ，这样一直继续下去，最后可以得到一条表示空气状态变化过程的折线 。当点取的足够多时变为一条曲线，如图10.3（a）所示。,10.

11、1 空气热、湿处理过程,在逆喷时，空气状态的变化过程的分析和顺喷时一样，只是这时空气和水滴的运动方向相反，状态A的空气与具有终态温度 的水先接触，空气的状态变化过程是 ，如图10.3（b）所示。 从上面的分析可知，无论是顺喷，还是逆喷，喷水室中的空气状态变化过程在 图上都不是直线，而是一条曲线。如果接触时间充分,顺喷时,空气的终态温度等于水的终温 ，逆喷时，空气的终状态等于水的初温 。,10.1 空气热、湿处理过程,图10.3 喷水室处理空气状态变化的实际过程 （a） 顺喷； （b）逆喷,10.1 空气热、湿处理过程,在实际的喷水室中，空气与水滴的相对运动情况既不是顺流，也不是逆流，而是复杂的

12、交叉流。由于在实际工程中，所关心的只是喷水室处理后的空气状态，而不是空气状态变化的轨迹，所以，在分析计算中采用连接空气初终状态的直线来表示实际的空气状态变化过程。,10.2 表面式换热器,在空气的热湿交换中，另一类广泛使用的热湿交换设备是表面式换热器，它包括空气加热器和表面式冷却器两种。,10.2.1 表面式换热器的构造、安装和运行调节,10.2.1.1 表面式换热器的构造 表面式换热器是一些金属管的组合体。管中通有与空气进行热湿交换的热媒或冷媒，通过金属的外表面与空气进行热湿交换。由于空气侧的表面传热系数大大地小于管内的热媒或冷媒的表面传热系数，为了增强表面式换热器的换热效果，降低金属耗量和

13、减小换热器的尺寸，通常采用肋片管来增大空气一侧的传热面积，达到增强传热的目的，其构造如图10.4所示。,10.2 表面式换热器,图10.4 肋片管式换热器,10.2 表面式换热器,根据加工方法不同肋片管又可分为绕片管、串片管和轧片管等，如图10.5所示。皱褶式肋片管是用绕片机把铜带或钢带紧紧地缠绕在管子上制成，如图10.5（a） 。皱褶绕片既增加了肋片与管子之间的接触面积，又可使空气流过时的扰动增加，从而提高了肋片管的传热系数。但是，皱褶会使空气流过肋片管的阻力增加，而且容易积灰，不易清理。为了消除肋片管与管子接触处的间隙，可将这种换热器浸镀锌、锡。浸镀锌、锡还能防止金属生锈。如图10.5(b

14、)的绕片没有皱褶，它们是用延展性好的铝带缠绕在钢管上制成。串片管是把事先冲好管孔的肋片与管束在一起，通过胀管处理使管壁与肋片紧密地结合在一起，如图10.5（c） 。轧片管是用轧片机在光滑的铜管或铝管表面轧制出肋片制成，如图10.5（d） ，由于轧片和管子是一个整体，没有缝隙产生接触热阻，轧片管的传热性能很好。但是，轧片管的肋不能太高，管壁也不能太薄。,10.2 表面式换热器,如图10.5（e）的二次翻边片（即在管孔处翻两次边）可进一步强化外侧的热交换系数，并可提高胀管的质量。 为尽量提高肋管式换热器的传热性能，除肋式管加工中尽量保证接触紧密设计中优化各种结构参数，应用亲水性表面处理技术外，还应

15、着力提高管内、外侧的热交换系数。强化管外侧换热的主要措施包括用二次翻边片代替一次翻边片，用波纹片、条缝片和波形冲缝片等新型肋片代替平片。强化管内侧换热最简单的措施则是采用内螺纹管。研究表明，采用上述措施后可使表面式换热器的传热系数提高10%70%。,10.2 表面式换热器,(a)皱褶绕片 图10.5 各种肋片管式换热器的构造,10.2 表面式换热器,（b）光滑绕片图 10.5 各种肋片管式换热器的构造,10.2 表面式换热器,（c）串片 图10.5 各种肋片管式换热器的构造,10.2 表面式换热器,（d）轧片 图10.5 各种肋片管式换热器的构造,10.2 表面式换热器,（e）二次翻边片图 1

16、0.5 各种肋片管式换热器的构造,10.2 表面式换热器,10.2.1.2 表面式换热器的安装 表面式换热器可以垂直、水平和倾斜安装。对于用蒸汽作热媒的空气加热器，水平安装时，为了排除凝结水，应当考虑有 i=0.01的坡度。对于表冷器，在垂直安装时必须使肋片处于垂直位置，以免肋片积水增加空气的阻力和降低传热系数。为了接纳凝结水并及时将凝结水排走，表冷器的下部应当设置滴水盘和排水管，如图10.6所示。 表面式换热器在空气流动方向上可以并联、串联或既有并联又有串联。多个表面式换热器组合时，空气量大时采用并联；要求空气的温升或温降大时采用串联。表面式换热器冷、热媒管路也有并联与串联之分。对于使用蒸汽作热媒的表面式换热器，因为进口余压一定，蒸汽管路与各台换热器之间只能并联。一般相对于空气来说，并联的冷却器其冷水管路也必须并联，串联的冷却器其冷水管路也必须串联，如图10.7示。,