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1、 第三章 空调基础知识31 湿空气性质 空气调节简称空调，研究和处理的对象是湿空气。地球周围存在着一个相当厚的空气层称为大气层。由于地球表面大部分是海洋、江河和湖泊，必然会有大量的水分蒸发成水蒸气进入大气，所以自然界中的空气都是干空气和水蒸气的混合物，称为湿空气，简称为空气。它可近似看成是理想气体。空气中水蒸气含量一般很少，却直接影响日常生活和许多工业生产过程，在某种程度上也决定湿空气的物理性质。由于空气温度往往高于水蒸气分压力下的饱和温度，通常水蒸气处于过热状态。空气性质不仅与其组成部分有关，也取决于它所处的状态。表征湿空气性质的一些物理量称为状态参数。在空气调节中，常用的空气状态参数有：压
2、力、温度、含湿量、相对湿度、比焓、密度等。1 压力P 湿空气由于空气和水蒸气混合而成，其总压p为干空气分压力pg与水蒸气分压力ps之和。 P= pg + ps (3-1) 大气空气压力也就是当地大气压。大气压随各地海拔高度升高而略微降低。在同一地区，因季节、晴雨等气候变化而稍有变化。供空调设计、运行用的我国各主要城市冬、夏季大气压，可从GB/T191987采暖通风与空气调节设计规范查得。水蒸气分压力反映了湿空气中水蒸气的含量。水蒸气含量越多，其分压力越大，反之亦然。未饱和空气中，水蒸气含量和水蒸气分压都没有达到最大值，还具有吸收能力。一般情况下，大气通常属于未饱和空气。然而，在一定温度条件下，
3、一定量的湿空气中能够容纳水蒸气的数量是有限度的。当空气中水蒸气含量超过某一限度时，多余的水分会以水珠形式析出。此时水蒸气处于饱和状态。干空气与饱和水蒸气的混合物称为饱和（湿）空气，对应于饱和状态下的水蒸气分压力，称为该温度时的饱和分压力。 湿空气温度越高，饱和水蒸气压力越大，说明该空气能容纳的水蒸气数量越多，反之亦然。水蒸气分压力是衡量湿空气干燥与潮湿的基本指标，是一个重要参数。2 温度t、湿球温度twb和露点温度tdp 温度是表示物质冷热程度的指标。对于混合气体，湿空气的温度也就是干空气和水蒸气的温度。在工程上一般用摄氏度t()，有时也用热力学温度T(K)表示。 湿球温度twb是在定压绝热条
4、件下，空气与水直接接触达到稳定热湿平衡的绝热饱和温度，也称为热力学湿球温度。通常认为湿球温度计测得的温度就是湿球温度。露点温度tdp是指湿空气在含湿量不变的条件下，湿空气达到饱和时的温度。当湿空气的温度降低到其露点温度时，就将产生结露。湿空气的露点温度也可用露点温度计测得。3含湿量d含湿量d指1kg干空气所含水蒸气质量，是表示湿空气湿度的重要参数之一，表示为 d=ms/mg=622ps/(pb-ps) (3-2)式中ms水蒸气的质量 mg干空气的质量由（3-2）式可知，在一定大气压力（pb =常数）下，空气的含湿量d取决于水蒸气分压力ps。水蒸气分压力越大，含湿量也越大。在空气调节中， 常用含
5、湿量表示空气加湿或减湿的程度。4.相对湿度相对湿度是指空气中水蒸气分压力ps与同温度下饱和水蒸气分压力ps.b之比 = ps / ps.b100% (3-3)它表示空气接近饱和的程度。当=100%时，空气达到饱和。值越小，空气越干燥，吸收水蒸气能力越大。=0，即干空气。值比较确切地表示了空气的干燥和潮湿程度。5.比焓h湿空气的比焓是指1kg干空气的比焓和（d/1000）kg水蒸气比焓的总和，用符号h表示，单位是kJ/kg(干空气)。它可用下式表示； h=1.01t+(2500+1.84t)d/1000 (3-4)式中，1.01是干空气的平均比定压热容；1.84是水蒸气的平均比定压热容；2500
6、是0的水的汽化潜热。在工程上工质的比焓只取相对值。在湿空气中，人为规定0的干空气的比焓和0时水的比焓均为零。由式（3-4）可以看出，（1.01+1.84d/1000）t这两部分热量是随温度而变化，也就是由温度高低显示出来的热量，称为显热。而2500d/1000=2.5d 这一项热量，是随含湿量而变化的，是在温度不变条件下，由液态变为气态所吸收的热量，称为潜热。显热加潜热称为全热，也就是空气的比焓值。比焓值的大小取决于空气温度和含湿量两个因素。温度越高，比焓值不一定增加，还要看含湿量的变化值。在空气调节中，采用比焓这个参数，是为了计算湿空气在定压条件下加热或冷却的热量值，也就是计算该过程中的比焓
7、差，所以它是一个重要参数。6.密度空气密度是指单位体积空气的质量，单位为kg/m3。湿空气密度为干空气与水蒸气密度之和，即 =g+s （3-5）湿空气的密度与大气压力、空气的相对湿度、空气的温度和饱和水蒸气分压力有关。工程上简化计算，往往用干空气密度代替湿空气密度。一般空气的密度近似取=1.2 kg/m3。3 2湿空气的焓湿图 在空气调节中，经常需要确定湿空气的状态及其变化过程。求湿空气的状态参数可采用公式计算，或查湿空气的焓湿图。 常用的湿空气性质图是以 h与d为坐标的焓湿图，其结构形式见图3-1。为了尽可能扩大不饱和湿空气区的范围，便于各相关参数间分度清晰，一般在大气压力一定的条件下，取比
8、焓为纵坐标，含湿量为横坐标，且两坐标之间的夹角等于135。在实际使用中，为避免图面过长，常将d坐标改为水平线。图中有一组自左向右上升高、相互近似平行的直线为等温线，另有一组自左向右上方分散的曲线为等相对湿度线，=100%的线称为饱和曲线，该线上的空气达到饱和状态，此线左上方的区域为未饱和空气区。利用空气的焓湿图可以很容易查得空气的状态参数。如在标准大气压下，当空气温度为t=22，相对湿度为=65%，空气的含湿量为d=10.6 kg/kg(干空气)，水蒸气的分压力为ps =1700pa，比焓为h=49.2 kJ/kg(干空气)。 图3-1 空气焓湿图的结构空气的性质与大气压力有关。使用空气的含湿
9、图时应注意，不同的大气压条件下有不同的含湿图。当空气压力偏离标准大气压较大时，应采用相近压力下的空气含湿图或用计算修正。3.3湿空气的状态变化过程湿空气的含湿图不仅能表示空气的状态和各状态参数，同时还能表示湿空气状态的变化过程，并能方便地求得两种或多种湿空气的混合状态。1 湿空气的加热过程利用热水/蒸汽及电能等类热源，通过热表面对湿空气加热，则其温度会增高而含湿量不变。在图3-2的h-d图上这一过程可表示为A B的变化过程，=h/0=+。 图3-2 几种典型的湿空气状态变化过程2 湿空气的冷却过程利用冷水或其它介质通过金属等表面对湿空气冷却，在冷表面温度等于或大于湿空气的露点温度时，空气的水蒸
10、气不会凝结，因此其含湿量也不会变化，只是温度将减低。在h-d 图上这一等湿冷却（或称干冷）过程表示为A C，=-h/0=-。3 等焓加湿过程利用定量的水通过喷洒与一定状态的空气长时间直接接触，则此种水或水滴及其表面的饱和空气层的温度，即等于湿空气的湿球温度twb。因此，此时空气状态的变化过程AE就近似于等焓过程，=4.19，twb0。4 等焓减湿过程利用固体吸湿剂干燥空气时，湿空气中的部分水蒸气在吸湿剂的微孔表面上凝结，湿空气含湿量降低，温度升高，其过程如A-D近似于一个等焓减湿过程。以上四个典型过程由热湿比=及=0两条线，以任意湿空气的状态A为原点，将h-d图分为四个象限。在各象限内实现的湿
11、空气状态变化过程，可统称为多变过程。不同的象限内湿空气状态变化过程的特征列于表3-1。向空气中喷洒蒸汽，其热湿比等于水蒸气的焓值，如蒸汽温度为100，则=2684。该过程近似于沿等温线变化，故常称喷蒸汽可使湿空气实现等温加湿过程（图3-2 A-F）。如使湿空气与低于其露点温度的表面接触，则湿空气不仅降温而且脱水，因而即可实现图3-2中的A-G，既冷却干燥过程。表3-1 h-d图上各象限内空气状态变化的特征象限热湿比状态参数变化趋势过程特征hdt0+增焓、增湿，喷蒸汽可近似实现等湿过程0+-+增焓、减湿、升温0-减焓、减湿0-+-减焓、增湿、降温5 不同状态空气的混合过程空调中常有不同状态空气相
12、互混合，根据质量与能量守恒原理，两种状态空气A与B，其质量为mA与mB，则： （3-6）式中混合状态的比焓值与含湿量。在图3-3上示出A、B状态点。假定C点为混合态， A B与C B具有相同的斜率，因此A、C、B在同一直线上。同时，混合态C将AB分为两段。显然，参与混合的两种空气的质量比，与C点分割两状态连线长度成正比。在h-d图上求混合态时，只需将AB线段分成满足mA/mB比例的两段长度，取C点使其接近空气质量大的一端即可。 图3-3 两种状态空气混合例2-1 某家用中央空调采用新风与室内循环风混合进行处理，然后送至室内。已知大气压力为101325Pa，回风量mA =200Kg/h，状态tA
13、=20、A=60%，新风量mB =200kg/h，状态tB=35、B=80%。求混合空气状态。解 （1）大气压力为10325Pa的h-d上找到状态点A、B，并以直线相连（图3-3）。（2）设混合点为C点，根据式（3-6）得 CB/AC= mA/mB =2000/200=10/1（3）将AB分为十一等分，则C点位于靠近A点处，然后即可查得tC和C。3.4 空气的热、湿处理设备及途径3.4.1 空气的热、湿处理设备 在空气调节系统中，用于对空气进行热、湿处理和净化处理以满足空调房间送风要求的设备，称为空调设备。依其作用不同，常用的有以下一些设备： 1加热：表面式换热器作加热用(称为加热器)，传热介
