濕空氣及其焓濕圖

1、2024年3月9日4時32分,,空　氣　調(diào)　節(jié),,,《空氣調(diào)節(jié)》,盛 偉 工學(xué)博士 副教授電話：15039118299，0391-3987546E-mail: weisean@163.com,第1章,濕空氣的物理性質(zhì)及其焓濕圖,主要內(nèi)容,1.1 空氣的組成與狀態(tài)1.2 空氣的狀態(tài)參數(shù) 1.2.1 空氣的壓力類參數(shù) 1.2.2 空氣的溫度類參數(shù) 1.2.3 空氣的濕度類參數(shù) 1.2.4 空氣的能量參數(shù) 1.2.

2、5 空氣狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系1.3 空氣的焓濕圖及其應(yīng)用 1.3.1 焓濕圖的組成 1.3.2 焓濕圖的應(yīng)用,學(xué)習(xí)目標(biāo),了解空氣的組成與狀態(tài)掌握空氣各狀態(tài)參數(shù)及其計(jì)算重點(diǎn)掌握空氣的焓濕圖及其應(yīng)用,空氣既是需要利用空調(diào)技術(shù)對特定空間空氣環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制的主體，又是空調(diào)工程中需要根據(jù)不同要求進(jìn)行熱濕處理的對象。 因此，全面、深入地了解空氣的特性，熟悉反映空氣狀態(tài)的參數(shù)及相互間關(guān)系的線圖，會熟練運(yùn)用焓濕圖是學(xué)習(xí)

3、和掌握空調(diào)技術(shù)的重要基礎(chǔ)。,1.1 空氣的組成與狀態(tài),空調(diào)技術(shù)所研究的空氣，就是人們口語中所稱呼的、無所不在、且時刻要呼吸的“空氣”，只不過作為一門特殊的學(xué)科，需要從獨(dú)特的角度去研究空氣的組成、性質(zhì)、狀態(tài)、變化規(guī)律等。 地球大氣層從地面到外空可分為好幾層，其中最靠近地面的那一層，就是人類賴以生存的空氣環(huán)境，通常稱為“空氣”，也就是空調(diào)技術(shù)所要研究、處理和調(diào)控的空氣。,1.空氣的組成地球表面不同地點(diǎn)的空氣，雖然都是由多種氣體和水蒸氣組

4、成的混合物，但其成分是不相同的。 平均而言，空氣成分按照體積比大致為 氮?dú)?N2)占78%；氧氣(O2)占21%；其他氣體(如二氧化碳、一氧化碳、惰性氣體等等)占大約1%。,水蒸氣在空氣中如果按體積比，幾乎可以忽略不計(jì)，但按質(zhì)量比，常溫下大約占空氣總質(zhì)量的0.01%～0.4%。在空調(diào)技術(shù)范疇內(nèi)，為研究分析和工程計(jì)算方便，通常將空氣視為僅由干空氣和水蒸氣兩部分組成，即 由于自然界的空氣中均含有水蒸氣，因此在許多教科書中又將

5、空氣稱為“濕空氣”，以區(qū)別于不含水蒸氣的干空氣。,空氣 = 干空氣 + 水蒸氣,1.1 空氣的組成與狀態(tài),2.空氣中的水蒸氣及其影響 水蒸氣亦稱水汽，是氣態(tài)的水。 空氣中水蒸氣的主要來源 江河湖海中水的自然蒸發(fā)；生物(包括人、動物和植物)生理過程產(chǎn)生的水的蒸發(fā)或水蒸氣的直接散發(fā)；生產(chǎn)工藝過程中使用和產(chǎn)生的水的蒸發(fā)或水蒸氣的直接散發(fā)?？諝庵械乃魵夂坎皇嵌ㄖ?，而是在一定范圍內(nèi)變化的。,空氣中的水蒸氣含量不是定值，主要受以下

6、幾個因素的影響 1)自然環(huán)境的影響。 最明顯的是沙漠地區(qū)和熱帶雨林，兩者空氣中的水蒸氣含量就相差很大。 2)氣象條件的影響。 由于風(fēng)霜雪雨，日出日落，季節(jié)的轉(zhuǎn)換，氣候的變化，造成一年甚至一天24小時之內(nèi)，空氣中水蒸氣的含量也會發(fā)生很大變化。 3)濕源的影響。 由于濕源不同或散濕量的變化，空氣中水蒸氣的含量也不同。如同一個俱樂部內(nèi)，中餐廳和西餐廳、舞廳和棋牌室的差異，室內(nèi)人員多少和活動狀況的差異等。,空氣中水蒸氣含量的

7、變化對空氣的干燥和潮濕程度會產(chǎn)生重要影響，從而對人的舒適感及健康、產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、生產(chǎn)工藝過程、設(shè)備狀況、處理空氣的能耗等都有極大的影響。 (1)影響人的舒適感甚至健康濕度的大小影響人體皮膚表面汗液的蒸發(fā)速度，從而影響人的舒適感。關(guān)節(jié)炎病人對過于潮濕的氣候非常敏感，甚至可以“預(yù)報”陰雨天氣；而咽喉炎病人在干燥環(huán)境里病情會加重。,(2)影響某些產(chǎn)品的質(zhì)量和成品率對于食品工業(yè)，過于潮濕的環(huán)境會使食品加速腐敗。對于精密機(jī)械和電子行

8、業(yè)，尤其是集成電路制造和精密電子機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)，空氣的潮濕程度直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量和成品率。倉儲行業(yè)對空氣的濕度更是十分關(guān)注。 (3)影響生產(chǎn)工藝過程如彩色印刷，特別是紡織生產(chǎn)的各個工藝過程，對空氣中水蒸氣的含量情況最敏感。 (4)影響設(shè)備狀況主要是金屬設(shè)備的銹蝕問題。,(5)影響處理空氣的能耗空氣中水蒸氣的多少，直接影響到加熱或冷卻同樣體積的空氣所需要的能量多少。在空調(diào)工程中，經(jīng)常會要求對空氣進(jìn)行加熱和冷卻處理。例如，

9、同樣是將30℃的空氣降溫到20℃，空氣中水蒸氣的含量不同，所需要的冷量是不同的。 基于上述種種原因，平時可以忽略的空氣中的水蒸氣，在空調(diào)范疇里不僅不能忽略而且還要把它放在非常重要的地位來對待。,1.1 空氣的組成與狀態(tài),3.干空氣是指除去空氣中的水蒸氣后的那部分空氣，即不含水蒸氣的空氣?；咎匦?1)在常溫常壓條件下不發(fā)生相變，即不會液化也不會凝固；2)組成成分及比例不變。主要是指干空氣中各個組成成分如氧氣、氮?dú)?/p>

10、、二氧化碳、各種微量氣體的成分比例基本固定不變；3)不可壓縮。因?yàn)橥ǔ５目諝馓幚磉^程中，空氣的壓力變化范圍不大，在這個范圍內(nèi)，干空氣可近似看作不可壓縮。,空氣 = 干空氣 + 水蒸氣,自然界的空氣都是“濕空氣”，干空氣實(shí)際上是一個抽象概念，在自然界中并不存在。但是，因?yàn)樵诳諝馓幚淼倪^程中，空氣中的水蒸氣含量變化較大，而干空氣的成分和數(shù)量卻保持了相對的穩(wěn)定。因此通常以干空氣為基數(shù)，可以在減化計(jì)算繁瑣程度的同時，使計(jì)算更精確。,1.1 空

11、氣的組成與狀態(tài),4.空氣的狀態(tài)與基本變化規(guī)律由工程熱力學(xué)知識知，水蒸氣的狀態(tài)有三種，當(dāng)分別存在于空氣中時，使空氣也表現(xiàn)出三種狀態(tài) 1)當(dāng)空氣中所含的水蒸氣是干飽和蒸氣(干蒸氣)時，空氣處于飽和狀態(tài)，該空氣稱為飽和空氣，可表示為,空氣=干空氣+干飽和蒸氣(干蒸氣)=飽和空氣,2)當(dāng)空氣中所含的水蒸氣是濕飽和蒸氣(濕蒸氣)時，空氣處于過飽和狀態(tài)，該空氣稱為過飽和空氣，可表示為 3)當(dāng)空氣中所含的水蒸氣是過熱蒸氣時，空氣處于不

12、飽和狀態(tài)，該空氣稱為不飽和空氣或未飽和空氣，可表示為,空氣=干空氣+濕飽和蒸氣(濕蒸氣)=過飽和空氣,空氣=干空氣+過熱蒸氣=不(未)飽和空氣,空氣的上述三種狀態(tài)在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。以霧的形成和消失過程為例 在通常情況下，空氣處于不飽和狀態(tài)，但是由于某種原因如氣溫下降或有濕源將水蒸氣不斷加入空氣中時，空氣就會由不飽和逐漸達(dá)到飽和，繼而過飽和。當(dāng)空氣成為過飽和空氣，即空氣中有微小水滴懸浮時，霧就產(chǎn)生了，如秋冬季節(jié)清晨的空氣和冬季浴

13、室內(nèi)的空氣。當(dāng)溫度上升或濕源停止將水蒸氣加入空氣中時，霧又會慢慢消失。在這個過程中，空氣實(shí)際上發(fā)生了由過飽和狀態(tài)，到飽和狀態(tài)，再到不飽和狀態(tài)的變化過程。,飽和空氣,不飽和空氣,過飽和空氣,,,,,霧的形成,霧的消失,1.2 空氣的狀態(tài)參數(shù),空氣除了組成、性質(zhì)、狀態(tài)等定性的描述外，為便于對其進(jìn)行處理和調(diào)控，還需要有對空氣進(jìn)行定量分析和描述的物理量，稱為空氣的狀態(tài)參數(shù)。狀態(tài)參數(shù)通常是指識別某一個或某一類客觀事物的數(shù)值特征或數(shù)量特征

14、的度量?？梢哉f每一個客觀的物體都有其特定的“狀態(tài)參數(shù)”。從空調(diào)的目的出發(fā)，主要從壓力、溫度、濕度和能量特性四個方面來描述空氣的狀態(tài)，所涉及的參數(shù)即為空氣的狀態(tài)參數(shù)。,,什么是壓力 單位面積上所受到的氣體作用力。宏觀上，壓力是指容器壁面受到的壓力。微觀上，氣體的壓力是由于氣體分子對容器壁面的碰撞產(chǎn)生的，壓力的大小反映了氣體分子碰撞容器壁面的幾率。壓力的單位 N/m2 、Pa 。,1.2.1 空氣的壓力類參數(shù),,,,,,,,,,,

15、,,,,,,,,1.2.1 空氣的壓力類參數(shù),絕對壓力 p大氣壓力 pB水蒸氣分壓力 pq干空氣分壓力 pg,空氣壓力方面的概念在空調(diào)技術(shù)中的應(yīng)用 1)衡量空調(diào)房間與其他房間或室外的空氣壓力大小。2)表示空氣潮濕程度的狀態(tài)參數(shù)“相對濕度”是用水蒸氣分壓力來定義的。3)不同的大氣壓力條件，空氣的性質(zhì)不一樣，需要查閱不同的焓濕圖。4)在設(shè)計(jì)風(fēng)管道的過程中，要用到空氣全壓、靜壓、動壓的概念。此外，所有風(fēng)機(jī)盤管、風(fēng)機(jī)都有一個重要的

16、選型參數(shù)——出口全壓。,1.2.1 空氣的壓力類參數(shù),1.大氣壓力與空氣的絕對壓力地球表面單位面積上所受大氣的壓力稱為大氣壓力或大氣壓，通常用pB表示，單位為Pa。大氣壓力不是一個定值，它與海拔高度成反比。大氣壓力不僅與海拔高度有關(guān)，還隨季節(jié)、氣候以及空氣中水蒸氣含量的變化而變化。由于大氣壓力不同，空氣的物理性質(zhì)也會不同，反映空氣物理性質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)也會有差別，所以在空調(diào)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，如果不考慮當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ那闆r，就會造成一定的

17、誤差。當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ闹悼梢杂谩按髿鈮毫τ?jì)”測得。,1.2.1 空氣的壓力類參數(shù),絕對壓力是空氣的實(shí)際壓力。在工程實(shí)際中，采用彈簧壓力表等儀表測得的空氣壓力值稱為工作壓力(或表壓力、真空度)，是空氣的“相對壓力”，即相對于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ摹皦毫Α?。工作壓力不是空氣的絕對壓力。只有絕對壓力才是空氣的狀態(tài)參數(shù)。,,,,絕對壓力,表壓力（工作壓力）,當(dāng)?shù)卮髿鈮?,,真空度（工作壓力）,絕對壓力,,絕對真空,,絕對壓力=當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γぷ?/p>

18、壓力,2.水蒸氣分壓力 是指空氣中的水蒸氣單獨(dú)占有空氣的體積，并具有與空氣相同的溫度時所具有的壓力，通常用pq表示，單位為Pa。根據(jù)分子運(yùn)動論的學(xué)說，氣體分子越多，撞擊容器壁面的機(jī)會越多，表現(xiàn)出的壓力也就越大，因而水蒸氣分壓力的大小可以反映空氣中水蒸氣含量的情況。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1.2.1 空氣的壓力類參數(shù),干空氣分壓力是指空氣中的干空氣單獨(dú)占有空氣的體積，并具有與空氣相同的溫度時所具有的壓力，通常用

19、pg表示，單位為Pa。由于在空調(diào)技術(shù)范疇視空氣為干空氣與水蒸氣的混合氣體，因此根據(jù)道爾頓分壓定律 混合氣體的總壓力等于各組成氣體的分壓力之和，而空氣的總壓力即大氣壓力 ，于是有,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,pB = pg ＋ pq,干球溫度 t 或 tg濕球溫度 ts露點(diǎn)溫度 tL,1.2.2 空氣的溫度類參數(shù),1.干球溫度就是通常口語中所說的溫度，用t或tg表示，單位為℃。在空調(diào)技術(shù)中，為了區(qū)別于濕球溫度，

20、才特別稱之為干球溫度。干球溫度代表了空氣的冷熱程度。,,,,感溫飽,圖1－1 干濕球溫度計(jì),1.2.2 空氣的溫度類參數(shù),2.濕球溫度 圖1－1為兩支普通水銀玻璃棒溫度計(jì)，右邊一支溫度計(jì)的感溫包上裹有一小塊紗布，紗布的下端浸在盛有常溫蒸餾水的容器中。由于毛細(xì)現(xiàn)象使得紗布處于濕潤狀態(tài)，感溫包上裹有紗布的溫度計(jì)就變成了“濕球溫度計(jì)”。濕球溫度計(jì)顯示的溫度值就是濕球溫度，用ts表示，單位為℃,,,,圖1－1 干濕球溫度計(jì),,,,,感溫

21、飽,由于水向空氣中蒸發(fā)的速度與空氣的潮濕程度有關(guān)，同樣的干球溫度條件下，空氣越干燥，水的蒸發(fā)速度就越快，需要的汽化潛熱就越多，濕紗布上的水溫也相應(yīng)越低，以便從空氣中得到更多的顯熱，因此達(dá)到動態(tài)平衡時濕球溫度與干球溫度的溫差就越大。干濕球溫度差的大小可以反映空氣的潮濕程度。,,,,圖1－1 干濕球溫度計(jì),,,,,感溫飽,由于濕球溫度實(shí)際上是濕球感溫包紗布上水與空氣之間，蒸發(fā)散熱與溫差得熱這兩個相反的傳熱過程達(dá)到動態(tài)平衡時的溫度，而空氣的

22、流動速度對上述兩個熱交換過程有極大的影響。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)流經(jīng)濕球溫度計(jì)感溫包紗布的空氣流速較小時，由于熱濕交換不夠充分，測得的濕球溫度誤差較大；而在空氣流速≥2.5m/s時，流速對濕球溫度的讀數(shù)影響較小。因此使用濕球溫度計(jì)測量濕球溫度時，要注意 1)使?jié)袂驕囟扔?jì)感溫包附近的空氣流速達(dá)到2.5m/s以上，必要時使用通風(fēng)干濕球溫度計(jì)。 2)達(dá)到熱濕交換的平衡需要一定時間，所以讀數(shù)時要使?jié)袂驕囟扔?jì)放置在測量地點(diǎn)至少1～2min，等到

23、讀數(shù)穩(wěn)定后，再讀取其數(shù)值。,3.露點(diǎn)溫度 任一狀態(tài)的未飽和空氣，在保持所含水蒸氣量不變的條件下，使其溫度逐漸降低，當(dāng)溫度低于某一個臨界溫度時，空氣中的水蒸氣便開始凝結(jié)出來，這個臨界溫度就稱為這個狀態(tài)空氣的露點(diǎn)溫度。露點(diǎn)溫度通常用tL表示，單位為℃。,1.2.2 空氣的溫度類參數(shù),1.2.3 空氣的濕度類參數(shù),在空調(diào)工程中，測量和調(diào)節(jié)空氣的濕度是僅次于溫度控制的重要任務(wù)，尤其是需要知道空氣中水蒸氣的含量有多少和某一狀態(tài)空氣吸收水蒸氣的

24、能力有多大時。這兩種情況可以分別用含濕量d和相對濕度φ這兩個濕度類狀態(tài)參數(shù)來度量。,1.含濕量 空氣的含濕量定義為 每千克干空氣中含有的水蒸氣量，即 （1-2）式中 ——含濕量，單位為g/kg干； ——空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量，單位 為g； ——空氣中所含干空氣的質(zhì)量，單位為 kg干。,1.2.3 空

25、氣的濕度類參數(shù),在含濕量的定義式中，使用干空氣的質(zhì)量而不是使用空氣的質(zhì)量作為分母的原因 在對空氣進(jìn)行熱濕處理的過程中，經(jīng)常會有水蒸氣的加入或析出，因此空氣的質(zhì)量會因水蒸氣的變化而變化，而干空氣的質(zhì)量則基本維持不變。 與水溶解糖或鹽的道理相同，每千克干空氣所能容納的最大水蒸氣量與其干球溫度惟一相關(guān)，溫度越高，每千克干空氣所能容納的水蒸氣就越多，反之就越少。某一溫度下，每千克干空氣所能容納的最大水蒸氣量，即為該溫度下空氣的最大含濕

26、量，稱為飽和空氣含濕量，簡稱飽和含濕量，用db表示，單位為g/kg干。達(dá)到最大含濕量的空氣就是飽和空氣。,表1-1 空氣溫度與對應(yīng)飽和狀態(tài)參數(shù)值 (pB = 1013×102 Pa),有一個溫度就有一個對應(yīng)的飽和含濕量,含濕量可以準(zhǔn)確地反映出每千克干空氣中含水蒸氣量的絕對值。但是，從表1-1中可以看出，同樣是含濕量為10.6g/kg干的空氣，在15℃時是飽和空氣，在30℃時卻只能算是未飽和空氣，因?yàn)?0℃的空氣最大含濕量為2

27、7.2g/kg干。含濕量這個參數(shù)只能反映空氣中水蒸氣量含量的多少，不能直觀地反映空氣是否飽和，即是否還能容納水蒸氣。,1.2.3 空氣的濕度類參數(shù),2.相對濕度 相對濕度的定義式為 （1-3） 式中 ——相對濕度，用%表示； ——空氣中的水蒸氣分壓力，單位為Pa； ——相同溫度下飽和空氣的水蒸氣分 壓力，單位為P

28、a，其值查。,φ,相對濕度直觀地反映出了空氣中水蒸氣含量接近其飽和含量的程度，也就是反映出了空氣吸收水蒸氣的能力(又稱為吸濕能力)和空氣的潮濕程度。相對濕度為100%的空氣就是飽和空氣，當(dāng)空氣達(dá)到飽和后就再也不能吸收水蒸氣了，此時，濕球溫度計(jì)的讀數(shù)與干球溫度計(jì)的讀數(shù)相等?？諝膺_(dá)到飽和后，如果溫度下降，就會有水蒸氣凝結(jié)出來，因此根據(jù)露點(diǎn)溫度的定義，飽和空氣的干球溫度就是其露點(diǎn)溫度。當(dāng)空氣飽和時，其相對濕度為100%，并且干球溫度、濕

29、球溫度、露點(diǎn)溫度完全相等。,,1.2.4 空氣的能量參數(shù),在空調(diào)工程中，最常見的空氣處理過程是冷卻或加熱空氣，經(jīng)常會碰到諸如將空氣從30℃冷卻到20℃需要多少冷量，或?qū)?℃的冷空氣加熱到20℃需要多少熱量之類的問題。焓是代表空氣能量狀態(tài)的參數(shù),并能進(jìn)行空氣能量變化的計(jì)量。焓嚴(yán)格來說應(yīng)稱為比焓或質(zhì)量焓，但工程上常簡稱為焓，用h表示。,工程熱力學(xué)中焓的定義為 “焓是物質(zhì)本身所包含的內(nèi)部能量”，這個定義當(dāng)然也適用于空氣。能量有多種形式，

30、在空調(diào)技術(shù)中，空氣焓所指的“內(nèi)部能量”通常僅限于熱能和壓力能，而不是其他能(如核能或化學(xué)能)。盡管在一定條件下，其他能可以轉(zhuǎn)化為熱能和壓力能或熱能和壓力能也在相互轉(zhuǎn)化。在空調(diào)工程中，由于空氣處理過程壓力的變化非常小，可以近似看成定壓過程，因此空氣焓的變化就可以忽略壓力的變化，而看成是熱能變化造成的。,1.2.4 空氣的能量參數(shù),空氣的焓是以1kg干空氣為基數(shù)進(jìn)行計(jì)算的，即1kg干空氣加上dg水蒸氣的焓的總和，加起來就是(1+0.0

31、01d)kg空氣的焓?？諝獾撵适且?℃為基準(zhǔn)計(jì)算的，取0℃的干空氣和0℃的水的焓為零，則空氣的焓為 (1-4) 式中 h ——含有1kg干空氣的空氣的焓，單位 為kJ/kg干； hg ——1kg干空氣的焓，單位為kJ/kg干； d ——含濕量，單位為g/kg干； hq ——1kg水蒸氣的焓，單位為kJ/kg汽。,,干空氣的焓hg

32、可以用下式計(jì)算 式中 Cp,g——干空氣的比定壓熱容， Cp,g=1.01kJ/(kg?K)； t——空氣的溫度，單位為 ℃ 。水蒸氣的焓hq則可以用下式進(jìn)行計(jì)算 式中 r——0℃時水的汽化潛熱,r=2500kJ/kg水； CP,q——水蒸氣的比定壓熱容, CP,q=1.84kJ/(kg?K)。,,,空氣的焓就是將空氣所含有的成份(1kg干

33、空氣和dg水蒸氣)，分別從0℃加熱到t℃時所需要的熱量。將hg和hq的表達(dá)式代入式(1-4)中可得 （1-5）從式(1-5)可看出，空氣的焓不僅與溫度有關(guān)，還與其所含水蒸氣的多少有關(guān)，因此在空調(diào)工程中，空氣被處理時焓增加、減少還是不變，要由溫度和含濕量二者的變化情況決定。,,1)含濕量d與水蒸氣分壓力pq之間的關(guān)系式 （1-6） 從上式中可以看出含

34、濕量與水蒸氣分壓力這兩個參數(shù)是“非獨(dú)立的”關(guān)聯(lián)參數(shù)，僅知道這兩個參數(shù)是不能推算出其他參數(shù)的。,1.2.5 空氣狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系,,2)已知水蒸氣分壓力pq和干球溫度t(飽和水蒸氣分壓力 )，求解相對濕度φ的公式 式中 ——干球溫度t所對應(yīng)的飽和水蒸氣 分壓力，可由附錄A查得，單位 為Pa。3)已知

35、溫度t和含濕量d，求解焓h的公式 （1-7）,,,,4)已知干球溫度t(飽和水蒸氣分壓力 )和相對濕度φ，求解含濕量d的公式（1-7）5)已知干球溫度t和濕球溫度ts，求解相對濕度φ的公式 （1-8）式中 ——濕球溫度ts所對應(yīng)的飽和水蒸氣分 壓力，可由附錄A查得，單位為Pa。,,,,通常在進(jìn)行空調(diào)方面的計(jì)算時，一般都

36、認(rèn)為大氣壓力基本不變。在大氣壓力不變的條件下，理論上知道下面五個(組)參數(shù)中的任意兩個(組)，就可以利用上述公式求解出其余的幾個(組)參數(shù)，這兩個(組)參數(shù)稱為獨(dú)立參數(shù)。1)干球溫度或飽和水蒸氣分壓力(此兩者為非獨(dú)立參數(shù))，兩者任知其一。2)濕球溫度3)含濕量或水蒸氣分壓力或露點(diǎn)溫度(此三者為非獨(dú)立參數(shù))，三者任知其一。4)相對濕度5)焓,1.2.5 空氣狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系,【例1-1】測得某空調(diào)房間空氣的干球溫度t=25℃

37、，濕球溫度ts=20℃。 試求該房間空氣的相對濕度、含濕量和焓(大氣壓力pB=1013×102Pa）。 【解】1)按已知條件，由式(1-8)可計(jì)算出相對濕度，但要先查出干、濕球溫度所對應(yīng)的飽和空氣水蒸氣分壓力。從附錄A中可查得對應(yīng)于t=25℃,ts=20℃的飽和空氣水蒸氣分壓力分別為 ＝31.6×102Pa, =23.31×102Pa,代入式(1－8)中可計(jì)算出相對濕度。,=63.35%

38、2)由式(1-7)可求得含濕量 g/kg干=12.5 g/kg干3)由式(1-5)可求得焓 h = 1.01t + (2500 + 1.84t)0.001d= [1.01×25 + (2500 + 1.84×25)×0.001×12.5] kJ/kg干 = 57.08 kJ/kg干,,,,,

39、1.3 空氣的焓濕圖及其應(yīng)用,在實(shí)際工作中，很少直接使用公式來計(jì)算空氣狀態(tài)參數(shù)，公式所代表的空氣各個參數(shù)的內(nèi)在關(guān)系，通常是以二維線算圖(簡稱線算圖)的形式來表示，將計(jì)算工作轉(zhuǎn)化為查圖工作，以方便工程應(yīng)用。線算圖有多種形式，我國普遍采用的是以焓為縱坐標(biāo)、含濕量為橫坐標(biāo)的焓濕圖，也叫h-d圖。焓濕圖最基本的應(yīng)用是查找參數(shù)。此外，焓濕圖還可以用于判斷空氣的狀態(tài)、表示空氣的狀態(tài)變化和處理過程等。,1.3.1 焓濕圖的組成,焓濕圖看上去比較復(fù)

40、雜，實(shí)際上只有5種線條 45°的等焓線垂直的等含濕量線近似水平的等溫線弧型的等相對濕度線與等焓線幾乎是平行 的等濕球溫度線(圖 1－2中未顯示),,圖1－2 焓濕圖簡要說明圖,1.焓濕圖的繪制作出縱坐標(biāo)軸和45°的斜橫坐標(biāo)軸，兩軸間的夾角為135°(為了使圖面開闊、線條清晰)。按一定間隔畫出相應(yīng)的垂直等含濕量線和45°傾斜的等焓線。根據(jù)式(1-5)畫出等溫線。在大氣

41、壓力不變的前提下，根據(jù)附錄A和式(1-7)畫出等相對濕度線。在大氣壓力不變的前提下，由式(1-6)可知含濕量和水蒸氣分壓力一一對應(yīng)，即含濕量和水蒸氣分壓力在焓濕圖中是共用一組等值線，只是代表的數(shù)值各不相同。根據(jù)式(1-8)推導(dǎo)出等濕球溫度線。,,,,,,,,等d線,,,,,,,等h線,,,d,h,135°,,,0,,,,,等t線,等溫線的繪制根據(jù)公式 h=1.01t+(2.5+0.00184t)d例如繪制t=10℃的等

42、溫線公式則變成h=10.1+2.5184d即10℃等溫線是一條以10.1為截距，2.5184為斜率的直線。由于0.00184項(xiàng)很小，所以基本上可以把等溫線看作是截距不同，斜率相等的平行線。,0,h,,,d,,,,,,,,等 線,等相對濕度線的繪制要借助等t線和等d線來確定。 例如繪制80%的等相對濕度線，首先選擇一個溫度，例如10℃，查附錄A得到該溫度下的飽和水蒸氣分壓力pqb，根據(jù)公式計(jì)算d

43、 這樣，由選擇的t和計(jì)算得的d就確定了一點(diǎn)，再計(jì)算下一個溫度確定另一點(diǎn)，最后把所有點(diǎn)連接起來就繪制出80%的等相對濕度線了。,,,,100%等相對濕度線(飽和線),,0,h,,,,,,,,,d,φ,,,,,,,,,,,,,完整的焓濕圖,,,,,,,,,,,等d線,,等φ線,,等t線,,,,等h線,,,0,h,,d,關(guān)于焓濕圖，需要特別注意以下幾點(diǎn) 1)飽和空氣線即相對濕度為100%的等相對濕度線，見圖1-2中最右下方的弧線。這條弧

44、線通常稱為“飽和線”，其上每一點(diǎn)都是空氣的飽和狀態(tài)。飽和空氣的一個特點(diǎn)就是干球溫度、濕球溫度、露點(diǎn)溫度完全相等。2)大部分焓濕圖中沒有畫出等濕球溫度線。因?yàn)榈葷袂驕囟染€與等焓線基本平行，故工程上近似地用等焓線代替等濕球溫度線，即過某一點(diǎn)的等濕球溫度線就是過該點(diǎn)的等焓線。 3)焓濕圖中也沒有等露點(diǎn)溫度線。等含濕量線就是等露點(diǎn)溫度線。因?yàn)槁饵c(diǎn)溫度的定義已說明含濕量相同的狀態(tài)點(diǎn)，露點(diǎn)溫度均相同。,空氣干球溫度、濕球溫度和露點(diǎn)溫度在焓

45、濕圖上的查找方法,,,,,,,干球溫度tg,濕球溫度ts,露點(diǎn)溫度tL,tg≥ts≥tL,等焓線,等含濕量線,4)由于繪制焓濕圖所依據(jù)的部分公式如式(1-6)和式(1-7)中，含有大氣壓力pB的常數(shù)因子，故而每張焓濕圖都是在某一大氣壓力值條件下繪制的。在使用焓濕圖時，須先看一下該圖的大氣壓力值是多少，與設(shè)計(jì)采用的大氣壓力值差多少。如果差別不大，工程計(jì)算時可近似使用；如果差別較大，則需直接套用公式計(jì)算或借助相關(guān)軟件計(jì)算。在實(shí)際工作中，

46、認(rèn)為一般情況下，直接使用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力的焓濕圖精度是足夠的。,5)我國以及前蘇聯(lián)和東歐國家所采用的線算圖，是以含濕量為橫坐標(biāo)，焓為45°斜坐標(biāo)的焓濕圖，而美、英、日等國家采用的則是溫濕圖。溫濕圖的基礎(chǔ)坐標(biāo)系是以溫度為橫坐標(biāo)，含濕量為縱坐標(biāo)的直角坐標(biāo)系(見圖2-1)。雖然焓濕圖和溫濕圖的形式不同，但實(shí)質(zhì)內(nèi)容是一樣的。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,溫度 t,,含濕量d,相對濕度φ,,,,,,,焓 h,溫濕圖示意圖,

47、2.熱濕比和熱濕比線為了說明空氣狀態(tài)變化的方向和特征，常用空氣狀態(tài)變化前后的焓差Δh和含濕量差Δd的比值來表示。這個比值稱為熱濕比ε(單位為kJ/kg) ，也稱為角系數(shù)，即 (1-9)在空調(diào)過程中，空氣常常由一個狀態(tài)(A)變?yōu)榱硪粋€狀態(tài)(B)。在整個狀態(tài)變化過程中，如果空氣的熱濕變化是同時進(jìn)行的，那么在焓濕圖上，狀態(tài)A和狀態(tài)B之間的直線連線就是空氣狀態(tài)變化的過程線，稱為熱濕比線。,,從熱濕比

48、的定義式可知，ε實(shí)際上是直線的斜率。而直線的斜率與直線的起始位置無關(guān)，兩條斜率相同的直線必然平行。根據(jù)直線斜率的特性，在焓濕圖上以任意點(diǎn)為中心作出一系列不同值的ε標(biāo)尺線，實(shí)際應(yīng)用時，只需把等值的ε標(biāo)尺線平移到空氣狀態(tài)點(diǎn)，就可畫出該空氣狀態(tài)的變化過程線了。該作法稱為平行線法(參見圖1-3)。,,圖1-3 平行線法繪制熱濕比線,熱濕比線的另一種作法是輔助點(diǎn)法(圖1-4) 在焓濕圖上找到空氣的初狀態(tài)點(diǎn)A。任取一個Δd值，則可計(jì)算出Δh＝

49、εΔd。在焓濕圖上找到比A點(diǎn)的焓值大Δh的等焓線，和比A點(diǎn)的含濕量值大Δd的等含濕量線，以及這兩條線的交點(diǎn)B。連接A、B兩點(diǎn)，這條連線就是所要作的熱濕比線。,,圖1-4 輔助點(diǎn)法繪制熱濕比線,如果忽略空氣與所含干空氣兩者質(zhì)量的微小差異，將式(1-9)分子、分母同乘qmkg的空氣量，將得到 (1-10)可見，質(zhì)量為qmkg的空氣量在被處理過程中所得到(或失去)的熱量Q和濕量W的比值，與相應(yīng)1kg

50、(干)空氣的比值是完全一致的。,,,對于空調(diào)專業(yè)人員來說，焓濕圖是一個重要的工具，無論是工程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試，還是運(yùn)行管理，都需要用到焓濕圖。 焓濕圖的應(yīng)用主要包括 確定空氣所處狀態(tài)查找空氣狀態(tài)參數(shù)分析空氣狀態(tài)變化過程確定兩種不同狀態(tài)空氣混合后的狀態(tài)點(diǎn),1.3.2 焓濕圖的應(yīng)用,1.確定空氣狀態(tài)及查找參數(shù)根據(jù)任意兩個獨(dú)立的空氣狀態(tài)參數(shù)，就可以在焓濕圖上找到相應(yīng)的狀態(tài)點(diǎn)，并可判斷出空氣是處于什么狀態(tài)，還可查找出其他的狀態(tài)參數(shù)

51、。 【例1-2】已知某日氣象臺預(yù)報的天氣溫度是30℃，相對濕度是60%。 1）在焓濕圖中標(biāo)出相應(yīng)狀態(tài)點(diǎn)。 2）查出該狀態(tài)空氣的其余參數(shù)。 3）畫出過此狀態(tài)點(diǎn)的等濕球溫度線和等露點(diǎn)溫度線。,1.3.2 焓濕圖的應(yīng)用,【解】1)在焓濕圖上找到30℃等溫線與60%等相對濕度線的交點(diǎn)A。2)由過A點(diǎn)的45°斜線查得其焓為71kJ/kg干，過A點(diǎn)的垂直線查得其含濕量為16.15g/kg干，水

52、蒸氣分壓力為25.50×102Pa。,30℃,,圖1－5 已知干球溫度和相對濕度 求其他參數(shù),,,,16.15g/kg干,,,25.50×102Pa,,71kJ/kgg,3)過A點(diǎn)作等濕球溫度線(其實(shí)就是等焓線并以虛線表示)，與飽和線相交于B點(diǎn)。由于飽和線上的干球溫度與濕球溫度相同，故B點(diǎn)的干球溫度也就是B點(diǎn)的濕球溫度,也即A點(diǎn)的濕球溫度為23.9℃。,30℃,,圖1-5 已知干球溫

53、度和相對濕度 求其他參數(shù),,,16.15g/kg干,25.50×102Pa,,,23.9℃,,71kJ/kg干,,4)過A點(diǎn)作等露點(diǎn)溫度線(其實(shí)就是等含濕量線并以點(diǎn)劃線表示)，與飽和線相交于C點(diǎn)。由于飽和線上的干球溫度與露點(diǎn)溫度相同，故C點(diǎn)的干球溫度也就是C點(diǎn)的露點(diǎn)溫度，也是A點(diǎn)的露點(diǎn)溫度，為21.8℃。,30℃,,圖1－5 已知干球溫度和相對濕度 求其他參數(shù),,,1

54、6.15g/kg干,25.50×102Pa,,,23.9℃,21.8℃,,71kJ/kgg,,5)找到30℃等溫線與飽和線的交點(diǎn)D，D點(diǎn)的水蒸氣分壓力即為A點(diǎn)的飽和水蒸氣分壓力，其值為42.2×102Pa。,30℃,,圖1－5 已知干球溫度和相對濕度 求其他參數(shù),,,16.15g/kg干,25.50×102Pa,,,23.9℃,21.8℃,42.2×102Pa,,71

55、kJ/kgg,,【例1-3】為了知道某房間內(nèi)空氣的狀態(tài)，使用一個干濕球溫度計(jì)進(jìn)行實(shí)測，測得干球溫度為30℃，濕球溫度為20℃。 求該房間內(nèi)空氣的其他參數(shù)。 【解】 1)先在飽和線上找到 干球溫度為20℃的狀 態(tài)點(diǎn)B，由于B點(diǎn)在飽 和線上，此點(diǎn)的干球 溫度與濕球溫度相等， 故B點(diǎn)的濕球溫度也 為20℃。,,,2)過B點(diǎn)，作等濕球溫度線(近似以等焓線代替)，與30℃的等溫線相交于A點(diǎn)，此點(diǎn)就是房間內(nèi)空氣

56、的狀態(tài)點(diǎn)。由于A點(diǎn)在飽和線的上部區(qū)域，故房間空氣為未飽和空氣。3)其余參數(shù)的查找方法參見例1-2。,圖1－6 已知干、濕球溫度 求其他參數(shù),,,【例1-4】已知 大氣壓力pB=101325Pa，空氣初狀態(tài)A的溫度tA=20℃，相對濕度φA＝60%。當(dāng)空氣吸收Q=10000kJ/h的熱量和W=2kg/h的濕量后，空氣狀態(tài)發(fā)生變化，變化后的焓hB= 59kJ/kg干。 求空氣終狀態(tài)B ?！窘狻?1)平

57、行線法求終狀態(tài)B 1)在焓濕圖上根據(jù)tA=20℃， φA＝60％確定出空氣的 初狀態(tài)點(diǎn)A。,,,,,60％,20℃,100％,A,2)求熱濕比值 3)根據(jù)ε值在焓濕 圖的標(biāo)尺上找到 ε＝5000kJ/kg的 參照線，過A點(diǎn)作 與ε＝5000kJ/kg 平行的線。,,,,4)過程線與hB=59kJ/kg干的等焓線的交點(diǎn)B，就是所求的終點(diǎn)狀態(tài)B。5)查焓濕圖得B點(diǎn)的空氣其他狀態(tài)參數(shù)為 　 tB

58、 = 28℃ φB = 51%　　 dB = 12g/kg干,,hB=59kJ/kg干,,(2)輔助點(diǎn)法求終狀態(tài)B 1)計(jì)算熱濕比 2)因?yàn)棣胚€可以用Δh/Δd×10－3表示，故任取Δd＝4g/kg干，則由 ε＝Δh/Δd×10－3 得 Δh =εΔd×10－3 = 5000×4&#

59、215;10－3 kJ/kg干 = 20 kJ/kg干,3)由于空氣狀態(tài)是在吸熱、吸濕后由A變到B，因此空氣的焓和含濕量均要增大，于是分別在初狀態(tài)點(diǎn)A的右邊作與其相差Δd＝4g/kg干的等含濕量線和相差Δh ＝20kJ/kg干的等焓線，設(shè)兩線的交點(diǎn)為B′，則AB′的連線就是ε＝ 5000kJ/kg的空氣狀態(tài)變化過程線。4)過程線與h=59kJ/kg干的等焓線的交點(diǎn)B就是所求的終點(diǎn)狀態(tài)點(diǎn)B。,,,h=59k

60、J/kg干,59kJ/kg干,B′,,2.表示空氣的狀態(tài)變化過程空調(diào)的一個基本任務(wù)就是對空氣進(jìn)行這樣和那樣的“加工”，例如將冬季的室外冷空氣加熱；將夏季的室外熱空氣冷卻；對空氣進(jìn)行除濕或加濕等，這些對空氣的加工過程統(tǒng)稱為“熱濕處理”。熱濕處理過程中空氣的狀態(tài)要發(fā)生變化，因?yàn)榭諝獾拿總€狀態(tài)在焓濕圖上都可以用一個點(diǎn)來表示，而連續(xù)的點(diǎn)就是線，因此空氣狀態(tài)變化的情況可以在焓濕圖上用線條表示出來。,1.3.2 焓濕圖的應(yīng)用,(1)加熱過程是

61、等濕加熱過程或等含濕量加熱過程的簡稱。特點(diǎn) 空氣的含濕量保持不變(dB=dA，即Δd＝0)，但溫度升高，焓增加(hB＞hA，即Δh＞0)。在焓濕圖上用垂直向上的直線A－B表示。空氣狀態(tài)變化的熱濕比值為,,,,A,B,,,,100%,d,空氣通過電加熱器和熱水或蒸汽加熱器時所發(fā)生的狀態(tài)變化過程即為加熱過程。加熱器的加熱量為Q = qm(hB – hA) kw 式中 qm——空氣的質(zhì)量流量，單位為kg/s。 (2)冷

62、卻過程凡是空氣在狀態(tài)變化過程中溫度要降低的過程統(tǒng)稱為冷卻過程，按冷卻過程是否有結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生，冷卻過程又可分為干冷過程和濕冷過程兩種。,,1)干冷過程即等濕冷卻過程或稱等含濕量冷卻過程。特點(diǎn) 空氣的含濕量保持不變(dc=dA，即Δd＝0)，但溫度降低(不低于露點(diǎn)溫度)，焓減小(hc＜hA，即Δh＜0)。在焓濕圖上用垂直向下的直線A－C表示。空氣狀態(tài)變化的熱濕比值為,,,,A,B,,,,100%,,,C,d,空氣通過制冷裝置的蒸發(fā)

63、器或空調(diào)設(shè)備的表冷器、冷卻盤管時無結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生，以及與溫度為tl的水進(jìn)行熱濕交換時的狀態(tài)變化過程均為干冷過程。在干冷過程中空氣放出的熱量也即處理空氣所需要的冷量為Q = qm( hC - hA) kw2)濕冷過程又稱為減焓減濕過程。特點(diǎn) 空氣的溫度要降低到其露點(diǎn)溫度以下，因此會有結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生，這就意味著空氣的含濕量要減少(dc?? ＜dA，即Δd＜0)。,,濕冷過程在焓濕圖上一般用直線A－C??表示。(空氣狀態(tài)的實(shí)際變化

64、過程是先由A點(diǎn)到飽和線上的C?點(diǎn)，再保持飽和狀態(tài)由C?點(diǎn)減含濕量變化到C??點(diǎn))。由于濕冷過程不僅空氣的焓要減小(Δh ＜0)，含濕量也要減少(Δd ＜0),因此其熱濕比值為,,,,A,B,,,,100%,,,C,,,C??,C?,,d,空氣通過制冷裝置的蒸發(fā)器或空調(diào)設(shè)備的表冷器、冷卻盤管時，有結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生以及與溫度低于tl的水進(jìn)行熱濕交換時的狀態(tài)變化過程均為濕冷過程。濕冷過程是夏季空調(diào)中最常用的空氣熱濕處理過程。在此過程中，空氣放

65、出的熱量也即處理空氣所需要的冷量(又稱為制冷量)為Q = qm (hA -hC??) kW濕冷過程凝結(jié)出的水蒸氣量為W = qm(dA- dC??) g/s,,,(3)等焓過程凡是空氣在狀態(tài)變化過程中焓保持不變的過程統(tǒng)稱為等焓過程或絕熱過程。按空氣在等焓變化過程中含濕量是增加還是減少，等焓過程又分為等焓加濕過程和等焓減濕過程兩種。1)等焓加濕過程特點(diǎn) 焓不變(Δh＝0)， 含濕量增加(Δd＞0)。又

66、稱為絕熱加濕過程。在焓濕圖上 用45°的直線A－D表示。,,,,A,B,,,,100%,,,C,,,,,,,D,d,h,C??,C?,在等焓加濕過程中，空氣狀態(tài)變化的焓濕比值為 當(dāng)往空氣中噴霧(微小水滴)加濕時，工程上把此過程當(dāng)作等焓加濕過程對待。同理，水在空氣中的自然蒸發(fā)，工程上也當(dāng)作等焓加濕過程對待。空氣經(jīng)霧化式或自然蒸發(fā)式加濕裝置處理，或與溫度為tS的水進(jìn)行熱濕交換時的狀態(tài)變化過程均按等焓加濕過程對待。

67、等焓加濕過程對空氣的加濕量為W = qm(dD – dA) g/s,,,2)等焓減濕過程特點(diǎn) 空氣的焓不變(Δh＝0)，含濕量減少(Δd＜0)，在焓濕圖上用45°直線A－E表示?？諝鉅顟B(tài)變化的焓濕比值為用固體吸濕劑(如硅膠) 處理空氣時，工程上近 似按等焓減濕過程對待。該過程從空氣中除去的濕量為 W = qm(dE – dA) g/s,,,,A,B,,,,100%,,,C,,,,,,,D,

68、,,E,d,h,C??,C?,(4)等溫加濕過程簡稱等溫過程特點(diǎn) 空氣的溫度不變，含濕量增加，在焓濕圖上用接近水平的直線A-F表示。工程上把對空氣進(jìn)行噴蒸汽加濕處理的過程視為等溫加濕過程。該過程的加熱量為 Q = qm(hF － hA) kW該過程的加濕量為 W = qm(dF － dA) g/s,,,,A,B,,,,100%,,,C,,,,,,,D,,,E,,,,F,d,h,t,C??,C?,加熱過程 A