空氣的熱濕處理 2

第4章

空氣的熱濕處理 主要內(nèi)容4.1空氣熱濕處理的途徑與方案

4.2熱濕交換介質(zhì)與熱濕處理裝置

4.3空氣與水接觸時的熱濕交換原理與狀態(tài)變化

在確定了空調(diào)房間的冷熱濕負荷、送風狀態(tài)點和送風量后，接下來的工作就是選擇熱濕處理裝置把擬送入空調(diào)房間的空氣處理到送風狀態(tài)。

空氣的熱濕處理裝置名目繁多，構(gòu)造五花八門，功能有異有同，使用的熱濕交換介質(zhì)也多種多樣。為了達到既定的空氣處理目標，必須了解空氣熱濕處理的基本理論，常用熱濕處理裝置的構(gòu)造與工作原理，才能選出合適的空氣處理方案與處理裝置。從圖4－37所示h-d圖可以看出，從不同的狀態(tài)點，經(jīng)過不同的空氣處理途徑，都可以到達同一個送風狀態(tài)點O。4.1空氣熱濕處理的途徑與方案

圖4－37空氣熱濕處理的各種途徑

以完全使用室外新風的空調(diào)系統(tǒng)為例，假設夏季和冬季室外空氣狀態(tài)點分別為W和W

，則在夏季時，有以下三個處理方案方案一用噴水室或表冷器把室外空氣從W點冷卻干燥處理到機器露點L，然后用加熱器等濕加熱到送風狀態(tài)點O，如圖4－37中的W→L→O過程。4.1空氣熱濕處理的途徑與方案

圖4－37空氣熱濕處理的各種途徑

方案二

用固體吸濕劑把室外空氣沿等焓線減濕處理到1點，然后用表冷器等濕冷卻到送風狀態(tài)點O，如圖4－37中的W→1→O過程。方案三

用液體吸濕劑直接把室外空氣從W點處理到送風狀態(tài)點O，如圖4－37中的W→O過程。4.1空氣熱濕處理的途徑與方案

圖4－37空氣熱濕處理的各種途徑

在冬季時，有以下四個處理方案方案一用加熱器把室外空氣從W

點等濕加熱到2點，然后用蒸汽加濕器等溫加濕處理到機器露點L，接著再用加熱器等濕加熱到送風狀態(tài)點O，如圖4－37中的W

→2→L→O過程。4.1空氣熱濕處理的途徑與方案

圖4－37空氣熱濕處理的各種途徑

方案二用加熱器把室外空氣從W

點等濕加熱到3點，然后用噴水室等焓加濕處理到機器露點L，接著用加熱器再等濕加熱到送風狀態(tài)點O，如圖4－37中的W

→3→L→O過程。4.1空氣熱濕處理的途徑與方案

圖4－37空氣熱濕處理的各種途徑

方案三

用加熱器把室外空氣從W

點等濕加熱到4點，然后用蒸汽加濕器等溫加濕處理到送風狀態(tài)點O，如圖4－37中的W

→4→O過程。4.1空氣熱濕處理的途徑與方案

圖4－37空氣熱濕處理的各種途徑

方案四用噴水室把室外空氣從W

點加熱加濕處理到機器露點L，再用加熱器等濕加熱到送風狀態(tài)點O，如圖4－37中的W

→L→O過程。4.1空氣熱濕處理的途徑與方案

圖4－37空氣熱濕處理的各種途徑

確定空氣最佳處理方案時，必須對以下情況進行技術(shù)經(jīng)濟的全面比較1)空氣處理過程實現(xiàn)的難易程度和能耗大小。2)運行管理的難易程度和費用多少。3)設備投資的大小和利用程度。4)設備使用的合適程度與效果。比較時，還需要對具體情況具體分析，不能盲目照搬、照套別人的方案。需要引起注意的是，在一種情況下或一個地區(qū)是最佳的空氣處理方案，換到另一種情況下或另一個地區(qū)可能就不是最好的。4.1空氣熱濕處理的途徑與方案

4.2

熱濕交換介質(zhì)與熱濕處理裝置

對空氣進行熱濕處理，即對空氣進行加熱、冷卻或加濕、除濕。根據(jù)能量守恒和質(zhì)量守恒的基本原理，要達到對空氣加熱、冷卻、加濕、除濕的目的，就要借助某些能對空氣放熱、吸熱或加入水蒸氣、除去水蒸氣的介質(zhì)和裝置來實現(xiàn)。

加熱冷卻加濕除濕空氣的熱濕處理4.2.1與空氣進行熱濕交換的介質(zhì)在空調(diào)工程中，主要使用水、水蒸氣、制冷劑作為與空氣進行熱濕交換的介質(zhì)。水

是使用最多、最廣的介質(zhì)

★最容易獲得

★

價格低廉

★調(diào)節(jié)方便

★既能直接與空氣進行熱濕交換，又能

間接

與空氣進行熱濕交換水蒸氣

如果直接噴入空氣中，能起到加濕作用；如果通過換熱器間接與空氣接觸則只能起加熱作用。4.2.1與空氣進行熱濕交換的介質(zhì)制冷劑

通常借助換熱器與空氣進行熱濕交換

★空氣發(fā)生何種狀態(tài)變化與制冷劑的狀態(tài)變化有關

﹡如果制冷劑由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，則空氣將發(fā)生降溫或降溫減濕變化

﹡

如果制冷劑由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，則空氣將會被加熱在某些特殊場合，還可以利用某些固體或液體吸濕劑(如硅膠、氯化鋰、三甘醇等)與空氣進行熱濕交換。4.2.2空氣熱濕處理裝置作用將水、水蒸氣或制冷劑等介質(zhì)與空氣進行充分地熱濕交換，使空氣的狀態(tài)發(fā)生所需要的變化。類別(按熱濕交換介質(zhì)與空氣的接觸方式分)﹡直接接觸式熱濕處理裝置

﹡間接接觸式熱濕處理裝置4.2.2空氣熱濕處理裝置

(1)直接接觸式熱濕處理裝置特征把水、水蒸氣等介質(zhì)直接噴入空氣中，或讓熱濕交換介質(zhì)與空氣直接接觸，使空氣狀態(tài)發(fā)生變化。常用的這類裝置噴水室蒸汽加濕器冷卻塔4.2.2空氣熱濕處理裝置

(2)間接接觸式熱濕處理裝置又稱為表面式或間壁式熱濕處理裝置，表面式換熱器。特征將水、水蒸氣、制冷劑等介質(zhì)通過金屬分隔面與空氣進行熱濕交換，從而使空氣狀態(tài)發(fā)生變化。常用的這類裝置

表面式冷卻器(表冷器)、空氣加熱器、盤管、蒸發(fā)器和冷凝器4.2.2空氣熱濕處理裝置電加熱器是利用電熱元件來加熱空氣，其作用原理與上述兩類熱濕處理裝置有所不同。噴水式表冷器則兼有直接接觸式和間接接觸式兩類熱濕處理裝置的特點。4.3.1空氣與水直接接觸時的熱濕交換原理空氣與水接觸后為什么會發(fā)生狀態(tài)變化？懸浮在未飽和空氣中的水滴由于水的自然蒸發(fā)作用，會有一部分水由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，從而在水滴的表面形成一個溫度等于水滴表面溫度的飽和空氣薄層，稱為邊界層。4.3.1空氣與水直接接觸時的熱濕交換原理由于未飽和空氣與水滴之間存在一個飽和空氣邊界層，因此空氣與水滴直接接觸時的熱濕交換實質(zhì)上是空氣與水滴表面飽和空氣邊界層的熱濕交換。如果邊界層的溫度高于周圍空氣的溫度，則邊界層向周圍空氣傳熱；反之則周圍空氣向邊界層傳熱。圖4－10空氣與水直接接觸時的熱濕交換4.3.1空氣與水直接接觸時的熱濕交換原理如果邊界層的水蒸氣分壓力大于周圍空氣的水蒸氣分壓力，則水蒸氣分子將由邊界層向周圍空氣遷移，此時空氣中的水蒸氣含量增加，即得到加濕，同時邊界層中減少了的水蒸氣分子由水滴表面躍出的水分子補充，水滴為蒸發(fā)狀態(tài)。圖4－10空氣與水直接接觸時的熱濕交換4.3.1空氣與水直接接觸時的熱濕交換原理反之，水蒸氣分子由周圍空氣向邊界層遷移，空氣中的水蒸氣含量減少被除濕，此時邊界層容納不了的過多水蒸氣分子會回到水滴中，這個遷移過程實質(zhì)上是空氣中水蒸氣的凝結(jié)過程。圖4－10空氣與水直接接觸時的熱濕交換由于不論是蒸發(fā)還是凝結(jié)都有潛熱的轉(zhuǎn)移，因此當空氣與邊界層之間存在水蒸氣分壓力差時，既有濕交換，也有熱交換?？諝馀c水滴之間的熱交換是可能包括顯熱交換和潛熱交換的全熱交換。為了全面反映空氣與水滴之間的熱交換情況，通常用空氣初終態(tài)的焓差值來表示其熱量的變化情況。由于未飽和空氣流經(jīng)水滴周圍時，會把邊界層中的飽和空氣帶走一部分，而補充的未飽和空氣在水的蒸發(fā)或水蒸氣凝結(jié)的自然作用下很快又會達到飽和。因此，邊界層的飽和空氣將不斷地與流過水滴周圍的那部分未飽和空氣相混合，從而使空氣狀態(tài)發(fā)生變化。這種現(xiàn)象實際上就是兩種空氣的混合過程。1、空氣與水直接接觸時的熱交換量計算公式（１）顯熱交換量

――空氣與水間顯熱交換系數(shù)

――主體空氣和邊界層空氣的溫度（２）潛熱交換量先求濕交換量

――空氣與水間按水蒸氣份壓力差計算時的濕交換系數(shù)

――主體空氣和邊界層空氣的水蒸氣分壓力水蒸氣分壓力差可以用含濕量差代替，所以：

――按含濕量差計算的濕交換系數(shù)（３）總熱交換量（4）熱擴大系數(shù)2、劉伊斯關系式是從絕熱加濕過程中推導出來的，在dF接觸面積上，空氣失去的顯熱正好等于水蒸發(fā)所需要的潛熱。

也就是說：對于Gkg/s的空氣還可以列出以下公式：即：于是得到：對流換熱系數(shù)與對流質(zhì)交換系數(shù)之比等于濕空氣的比熱，為常數(shù)。不是所有的空氣處理過程都滿足劉伊斯關系式，滿足的有用水處理空氣的絕熱加濕過程、冷卻干燥過程、等溫加濕過程、加熱加濕過程、以及表面冷卻器處理空氣的過程3、麥凱爾（Merkel）方程總熱交換量dQz

dQz=dQx+dQq=[α（t-tb）+rσ(d-db)]dFW（1）代入劉伊斯關系式，dQz=σ[Cp（t-tb）+r(d-db)]dFW（2）

式（2）中汽化潛熱r用水蒸汽的焓iq代替，

r→iq=r|t=0+1.84tb=2500+1.84tb濕空氣的比熱Cp，Cp→（1.01+1.84d）得麥凱爾方程dQz=σ（i-ib

）dFW（3）麥凱爾方程表明，在熱質(zhì)交換同時進行時，如果劉伊斯關系式成立，推動總熱交換的動力是空氣的焓差。即，總熱交換與濕空氣的焓差有關，與主體空氣和邊界層空氣的濕球溫度差有關。4.3.2空氣與水直接接觸時的狀態(tài)變化

1.空氣與溫度不變的水直接接觸時的狀態(tài)變化空氣與水的熱濕交換過程可以按兩種空氣的混合過程來對待。根據(jù)兩種不同狀態(tài)空氣的混合規(guī)律，混合點C

應位于連接空氣初狀態(tài)點A和

=100%飽和線上

由水溫tw決定的飽和狀

態(tài)點B的直線上。AB100%CtW4.3.2空氣與水直接接觸時的熱濕交換原理C點的具體位置取決于與空氣接觸的水量或水滴數(shù)量以及空氣與水接觸的時間長短。如果參與混合的飽和空氣越多，空氣的終狀態(tài)點(即混合后的狀態(tài)點C)就越接近飽和線。AB100%CtW4.3.2空氣與水直接接觸時的熱濕交換原理從上面的分析可知

“水”的狀態(tài)點只能在

=100%的飽和線上，空氣與水直接接觸時的狀態(tài)變化方向又受制于這一“點”，由此而決定了空氣與水直接接觸時的狀態(tài)變化范圍，是由空氣初狀態(tài)點A與飽和線的兩條切線AB和AC，以及飽和線所圍成的曲線三角形ABC。

2.空氣與不同溫度的水直接接觸時的狀態(tài)變化

CA100%空氣與水直接接觸時的狀態(tài)變化范圍還可以用A→1至A→7七種典型空氣狀態(tài)變化過程來代表。注意dA(pqA)是空氣增濕和減濕的分界線hA是空氣增焓和減焓的分界線tA是空氣升溫和降溫的分界線。圖4－12空氣與水直接接觸時的狀態(tài)變化范圍及典型過程pqA＝pq21)當水溫tW低于空氣露點溫度tL時，發(fā)生A→1過程。此時由于tW﹤tL﹤tA

和dL﹤dA

(Pq1﹤PqA)，所以空氣被冷卻和干燥。2)當水溫tW等于空氣露點溫度tL時，發(fā)生A→2過程。此時由于tW＝tL﹤tA

和d2＝dA

(Pq2=PqA)，所以空氣被冷卻但含濕量不變，即沒有濕交換和潛熱交換。圖4－12空氣與水直接接觸時的狀態(tài)變化范圍及典型過程pqA＝pq23)當水溫tW高于空氣露點溫度tL,且低于空氣濕球溫度tS時，發(fā)生A→3過程。此時由于tW﹤tS﹤tA和d3＞dA(Pq3＞PqA)，空氣被冷卻和加濕。

圖4－12空氣與水直接接觸時的狀態(tài)變化范圍及典型過程pqA＝pq24)當水溫tW等于空氣濕球溫度tS時，發(fā)生A→4過程。此時由于等濕球溫度線與等焓線相近，可以認為空氣狀態(tài)沿等焓線變化而被加濕。在該過程中，由于總熱交換量近似為零，而且tw=tS

和d4＞dA(Pq4＞PqA)，說明空氣的顯熱量減少、潛熱量增加，二者近似相等。圖4－12空氣與水直接接觸時的狀態(tài)變化范圍及典型過程pqA＝pq25)當水溫tW高于空氣濕球溫度tS而低于空氣干球溫度tA時，發(fā)生A→5過程。此時由于tW﹤tA和d5＞dA(Pq5＞

PqA)，空氣被冷卻和加濕。6)當水溫tW等于空氣干球溫度tA時，發(fā)生A→6過程。此時由于tW=tA

和d6＞dA(Pq6＞

PqA)，說明空氣溫度不變，不發(fā)生顯熱交換，但空氣被加濕。圖4－12空氣與水直接接觸時的狀態(tài)變化范圍及典型過程pqA＝pq27)當水溫tW高于空氣干球溫度tA時，發(fā)生A→7過程。此時由于tW＞tA和d7＞dA(Pq7＞PqA)，空氣被加熱和加濕。掌握上述分析要點，根據(jù)噴水室處理空氣的噴水溫度，借助h-d圖就可以很容易地判斷出空氣狀態(tài)的變化過程，以及狀態(tài)參數(shù)的變化情況。

圖4－12空氣與水直接接觸時的狀態(tài)變化范圍及典型過程pqA＝pq2表4

－1空氣與不同溫度的水直接接觸熱濕交換過程的特點

溫度高于被處理空氣初態(tài)濕球溫度的水一般稱為熱水，反之稱為冷水，等于該濕球溫度的水則稱為循環(huán)水。七種典型空氣狀態(tài)變化過程中，要實現(xiàn)前三種過程需噴冷水，實現(xiàn)后三種過程要噴熱水，而中間的第四種過程則要噴循環(huán)水才能實現(xiàn)。4.3.2空氣與水直接接觸時的熱濕交換原理

3.用噴水室處理空氣的實際過程前面介紹的用噴水室處理空氣可以實現(xiàn)的七種典型過程，是基于以下兩個假設條件

1)與空氣接觸的水量無限大(因而水溫可始終保持不