空气既是须要利用空调技能对特定空间空气环境进行调节和掌握的主体,又是空调工程中须要根据不同哀求进行热湿处理的工具。
因此,全面、深入地理解空气的特性,熟习反响空气状态的参数及相互间关系的线图,会闇练利用焓湿图是学习和节制中心空调技能的主要根本。
空气的状态参数
我们常说的空气是干空气和水蒸气的稠浊物。
空气中水蒸气含量的变革对空气的干燥和湿润程度会产生主要影响,从而对人的舒适感及康健、产品产量和质量、生产工艺过程、设备状况、处理空气的能耗等都有极大的影响。
基于上述各类缘故原由,平时可以忽略的空气中的水蒸气,在空调范畴里不仅不能忽略而且还要把它放在非常主要的地位来对待。
空气除了组成、性子、状态等定性的描述外,为便于对其进行处理和调控,还须要有对空气进行定量剖析和描述的物理量,欢迎关注微信"大众号:郭鹏学暖通。称为空气的状态参数。
状态参数常日是指识别某一个或某一类客不雅观事物的数值特色或数量特色的度量。可以说每一个客不雅观的物体都有其特定的“状态参数”。
从空调的目的出发,紧张从压力、温度、湿度和能量特性四个方面来描述空气的状态,所涉及的参数即为空气的状态参数。
温度:露点温度tL、干球温度t、湿球温度tS。
湿度:含湿量d、相对湿度φ。
压力:大气压力B、水蒸气分压力Pq、饱和水蒸气分压力Pq,b。
焓:h。
露点温度
任一状态的未饱和空气,在保持所含水蒸宇量不变的条件下,使其温度逐渐降落,当温度低于某一个临界温度时,空气中的水蒸气便开始凝集出来,这个临界温度就称为这个状态空气的露点温度。
露点温度常日用tL表示,单位为。
在含湿量不变时,空气温度低落,由未饱和状态变为饱和状态,此时空气的相对湿度φ=1O0%。在空调技能中,把空气降温至露点温度,达到除湿干燥空气的目的。
湿度
在空调工程中,丈量和调节空气的湿度是仅次于温度掌握的主要任务,尤其是须要知道空气中水蒸气的含量有多少和某一状态空气接管水蒸气的能力有多大时。这两种情形可以分别用含湿量d和相对湿度φ这两个湿度类状态参数来度量。
含湿量定义为每千克干空气中含有的水蒸宇量。
相对湿度定义为空气中的水蒸气分压力与相同温度下饱和空气的水蒸气分压力之比。
含湿量这个参数只能反响空气中水蒸宇量含量的多少,不能直不雅观地反响空气是否饱和,即是否还能容纳水蒸气。
焓
焓表示空气含有的总热量。
在空调工程中,最常见的空气处理过程是冷却或加热空气,常常会碰到诸如将空气从30冷却到20须要多少冷量,或将5的冷空气加热到20须要多少热量之类的问题。
焓是代表空气能量状态的参数,并能进行空气能量变革的计量。
焓严格来说应称为比焓或质量焓,但工程上常简称为焓,用h表示。
空气状态参数之间的关系
常日在进行空调方面的打算时,一样平常都认为大气压力基本不变。在大气压力不变的条件下,理论上知道下面五个(组)参数中的任意两个(组),就可以利用公式求解出别的的几个(组)参数,这两个(组)参数称为独立参数。
1)干球温度或饱和水蒸气分压力(此两者为非独立参数),两者任知其一。
2)湿球温度。
3)含湿量或水蒸气分压力或露点温度(此三者为非独立参数),三者任知其一。
4)相对湿度。
5)焓。
已知温度t和含湿量d,求解焓h的公式:
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从式可看出,空气的焓不仅与温度有关,还与其所含水蒸气的多少有关,因此在空调工程中,空气被处理时焓增加、减少还是不变,要由温度和含湿量二者的变革情形决定。
已知干球温度t(饱和水蒸气分压力Pq,b)和相对湿度φ,求解含湿量d的公式:
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空气的焓湿图
焓湿图最基本的运用是查找参数。此外,焓湿图还可以用于判断空气的状态、表示空气的状态变革和处理过程等。
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焓湿图看上去比较繁芜,实际上只有6种线条:
45°的等焓线;
垂直的等含湿量线;
近似水平的等温线;
弧型的等相对湿度线;
水蒸气分压力线;
热湿比线。
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等相对湿度线的绘制要借助等t线和等d线来确定。
例如绘制80%的等相对湿度线,首先选择一个温度,例如10,查附录A得到该温度下的饱和水蒸气分压力Pqb,根据公式打算d。
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这样,由选择的t和打算得的d就确定了一点,再打算下一个温度确定另一点,末了把所有点连接起来就绘制出80%的等相对湿度线了
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关于焓湿图,须要特殊把稳以下几点
1)饱和空气线即相对湿度为100%的等相对湿度线,见上图中最右下方的弧线。
这条弧线常日称为“饱和线”,其上每一点都是空气的饱和状态。
饱和空气的一个特点便是干球温度、湿球温度、露点温度完备相等。
2)大部分焓湿图中没有画出等湿球温度线。
由于等湿球温度线与等焓线基本平行,欢迎关注微信公众年夜众号:郭鹏学暖通。故工程上近似地用等焓线代替等湿球温度线,即过某一点的等湿球温度线便是过该点的等焓线。
3)焓湿图中也没有等露点温度线。
等含湿量线便是等露点温度线。由于露点温度的定义已解释含湿量相同的状态点,露点温度均相同。
空气干球温度、湿球温度和露点温度在焓湿图上的查找方法
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2.热湿比和热湿比线
为相识释空气状态变革的方向和特色,常用空气状态变革前后的焓差Δh和含湿量差Δd的比值来表示。这个比值称为热湿比ε(单位为kJ/kg),也称为角系数,即:
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在空调过程中,空气常常由一个状态(A)变为另一个状态(B)。在全体状态变革过程中,如果空气的热湿变革是同时进行的,那么在焓湿图上,状态A和状态B之间的直线连线便是空气状态变革的过程线,称为热湿比线。
从热湿比的定义式可知,ε实际上是直线的斜率。而直线的斜率与直线的起始位置无关,两条斜率相同的直线一定平行。
根据直线斜率的特性,在焓湿图上以任意点为中央作出一系列不同值的ε标尺线,实际运用时,只需把等值的ε标尺线平移到空气状态点,就可画出该空气状态的变革过程线了。该作法称为平行线法(拜会下图)。
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热湿比线的另一种作法是赞助点法(下图)
在焓湿图上找到空气的初状态点A。
任取一个Δd值,则可打算出Δh=εΔd。
在焓湿图上找到比A点的焓值大Δh的等焓线,和比A点的含湿量值大Δd的等含湿量线,以及这两条线的交点B。
连接A、B两点,这条连线便是所要作的热湿比线。
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焓湿图的运用
对付空调专业职员来说,焓湿图是一个主要的工具,无论是工程设计、系统调试,还是运行管理,都须要用到焓湿图。
焓湿图的运用紧张包括
确定空气所处状态
查找空气状态参数
剖析空气状态变革过程
确定两种不同状态空气稠浊后的状态点
确定空气状态及查找参数
根据任意两个独立的空气状态参数,就可以在焓湿图上找到相应的状态点,并可判断出空气是处于什么状态,还可查找出其他的状态参数。
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【例1-2】
已知某日气候台预报的景象温度是30,相对湿度是60%。
1)在焓湿图中标出相应状态点。
2)查出该状态空气的别的参数。
3)画出过此状态点的等湿球温度线和等露点温度线。
【解】
1)在焓湿图上找到30等温线与60%等相对湿度线的交点A。
2)由过A点的45°斜线查得其焓为71kJ/kg干,过A点的垂直线查得其含湿量为16.15g/kg干,水蒸气分压力为25.50×102Pa。
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3)过A点作等湿球温度线(实在便是等焓线并以虚线表示),与饱和线相交于B点。由于饱和线上的干球温度与湿球温度相同,故B点的干球温度也便是B点的湿球温度,也即A点的湿球温度为23.9。
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4)过A点作等露点温度线(实在便是等含湿量线并以点划线表示),与饱和线相交于C点。由于饱和线上的干球温度与露点温度相同,故C点的干球温度也便是C点的露点温度,也是A点的露点温度,为21.8。
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5)找到30等温线与饱和线的交点D,D点的水蒸气分压力即为A点的饱和水蒸气分压力,其值为42.2×102Pa。
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【例1-3】
为了知道某房间内空气的状态,利用一个干湿球温度计进行实测,测得干球温度为30,湿球温度为20。求该房间内空气的其他参数。
【解】
1)先在饱和线上找到干球温度为20的状态点B,由于B点在饱和线上,此点的干球温度与湿球温度相等,故B点的湿球温度也为20。
2)过B点,作等湿球温度线(近似以等焓线代替),与30的等温线相交于A点,此点便是房间内空气的状态点。由于A点在饱和线的上部区域,故房间空气为未饱和空气。
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3)别的参数的查找方法拜会例1-2。
表示空气的状态变革过程
空调的一个基本任务便是对空气进行这样和那样的“加工”,例如将冬季的室外冷空气加热;将夏季的室外热空气冷却;对空气进行除湿或加湿等,这些对空气的加工过程统称为“热湿处理”。
热湿处理过程中空气的状态要发生变革,由于空气的每个状态在焓湿图上都可以用一个点来表示,而连续的点便是线,因此空气状态变革的情形可以在焓湿图上用线条表示出来。
(1)加热过程
是等湿加热过程或等含湿量加热过程的简称。
特点 空气的含湿量保持不变(dB=dA,即Δd=0),但温度升高,焓增加(hB>hA,即Δh>0)。
在焓湿图上用垂直向上的直线A-B表示。
空气状态变革的热湿比值为
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空气通过电加热器和热水或蒸汽加热器时所发生的状态变革过程即为加热过程。
加热器的加热量为:
Q = qm(hB– hA) kw
式中 qm——空气的质量流量,单位为kg/s。
(2)冷却过程
凡是空气在状态变革过程中温度要降落的过程统称为冷却过程,按冷却过程是否有结露征象发生,冷却过程又可分为干冷过程和湿冷过程两种。
1)干冷过程
即等湿冷却过程或称等含湿量冷却过程。
特点 空气的含湿量保持不变(dc=dA,即Δd=0),但温度降落(不低于露点温度),焓减小(hc<hA,即Δh<0)。
在焓湿图上用垂直向下的直线A-C表示。
空气状态变革的热湿比值为:
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空气通过制冷装置的蒸发器或空调设备的表冷器、冷却盘管时无结露征象发生,以及与温度为tl的水进行热湿交流时的状态变革过程均为干冷过程。
在干冷过程中空气放出的热量也即处理空气所须要的冷量为:
Q = qm(hC- hA) kw
2)湿冷过程
又称为减焓减湿过程。
特点:空气的温度要降落到其露点温度以下,因此会有结露征象发生,这就意味着空气的含湿量要减少(dc<dA,即Δd<0)。
湿冷过程在焓湿图上一样平常用直线A-C''表示。(空气状态的实际变革过程是先由A点到饱和线上的C''点,再保持饱和状态由C''点减含湿量变革到C''点)。
由于湿冷过程不仅空气的焓要减小(Δh <0),含湿量也要减少(Δd <0),因此其热湿比值为:
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空气通过制冷装置的蒸发器或空调设备的表冷器、冷却盘管时,有结露征象发生以及与温度低于tl的水进行热湿交流时的状态变革过程均为湿冷过程。
湿冷过程是夏季空调中最常用的空气热湿处理过程。在此过程中,空气放出的热量也即处理空气所须要的冷量(又称为制冷量)为:
Q = qm ( hB''-hA) kW
湿冷过程凝集出的水蒸宇量为:
W = qm(dB''-dA) g/s
(3)等焓过程
凡是空气在状态变革过程中焓保持不变的过程统称为等焓过程或绝热过程。
按空气在等焓变革过程中含湿量是增加还是减少,等焓过程又分为等焓加湿过程和等焓减湿过程两种。
1)等焓加湿过程
特点 焓不变(Δh=0),含湿量增加(Δd>0)。
又称为绝热加湿过程。
在焓湿图上 用45°的直线A-D表示。
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在等焓加湿过程中,空气状态变革的焓湿比值为
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当往空气中喷雾(眇小水点)加湿时,工程上把此过程当作等焓加湿过程对待。同理,水在空气中的自然蒸发,工程上也当作等焓加湿过程对待。
空气经雾化式或自然蒸发式加湿装置处理,或与温度为tS的水进行热湿交流时的状态变革过程均按等焓加湿过程对待。
等焓加湿过程对空气的加湿量为
W = qm(dD– dA) g/s
2)等焓减湿过程
特点 空气的焓不变(Δh=0),含湿量减少(Δd<0),
在焓湿图上用45°直线A-E表示。
空气状态变革的焓湿比值为:
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用固体吸湿剂(如硅胶)处理空气时,工程上近似按等焓减湿过程对待。
该过程从空气中撤除的湿量为:W= qm(dE– dA) g/s
(4)等温加湿过程,简称等温过程
特点 空气的温度不变,含湿量增加,在焓湿图上用靠近水平的直线A-F表示。
工程上把对空气进行喷蒸汽加湿处理的过程视为等温加湿过程。
该过程的加热量为:Q = qm(hF-hA)kW
该过程的加湿量为:W = qm(dF-dA)g/s
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加热过程 A→B
冷却过程 A→C
干冷过程 A→C
湿冷过程 A→C″
等焓过程
等焓加湿过程 A→D
等焓减湿过程 A→E
等温过程 A→F
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例:稽核一个等湿降温过程,设空气初状态的干球温度为33,含湿量为14g/kg干。查焓湿图,求当空气终状态的干球温度分别为33、28、21和19.4时,相应的湿球温度、露点温度、相对湿度和焓。
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暖通设计中焓湿图利用
通过焓湿图,可以确定湿空气的状态参数点,而且可以非常直不雅观地表示出湿空气的状态变革过程,这样便于剖析打算湿空气的处理过程。
1、通过已知两个空气状态参数,查询其余其它参数。前面我们已经讲过。举例:试标出27,60%在焓湿图上的点,并查询其他参数。
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空气处理机组中各功能在焓湿图中的表示
工程实例(夏季工况)
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2、一次回风系统中计算送风量
通过焓湿图,焓湿图可以帮助工程、设备设计职员、清楚准确的描述空气处理过程,标定送风温度、打算送风量、打算焓差、打算冷量、加湿量,验算设计的准确性。举例如下:
例:某机房总余热Q=3314W,总余湿W=0.264g/s,哀求室内参数坚持在tN=22±1 ,φN=55±5%;求送风状态和送风量。
(1) 求热湿比ξ=Q/W=3314/0.265=12600
(2) 在I-d图上,标定房间回风温度点N,画热湿比线,取送风温差8,就可以得到送风温度点O,送风露点L。I-d图如下
(夏季工况)
送风量G=Q/(IN- I0 )=3314/(46-36)=0.33kg/s=1426CMH
表冷器冷量:=G(IN-IL)
加热量=G (IO-IL)
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以上的例子是通过温差法打算送风量,但在清洁室的设计时一样平常是采取担保换气次数的条件下,先得出风量再推算焓差,末了得出送风温度点。以上只是焓湿图运用的一点,在二次回风系统,全新风空调系统都可以运用,基本上所有的空气处理过程都可以通过焓湿表现出来。
空气的热湿特性
1、湿空气的组成
干空气及一定量的水蒸气的稠浊物称为湿空气。由于湿空气中水蒸气的含量很少,且一样平常处于过热状态。
湿空气中的水蒸气含量虽然较少,但其变革对环境产生主要影响。大气中发生的雨、雪、霜、雹、雾、露等自然征象均由湿空气中的水蒸气的相变所致。因此研究湿空气中水蒸气含量的调节在空气调节中霸占主要地位。
2、湿空气的紧张参数及确定法—密度ρ
(1)湿空气的密度ρ
密度ρ=干空气密度与水蒸气密度之和,即
ρ= ρg+ρq=Pg/RgT+Pq/RqT(热力学第一定律)=0.002484B/T-0.00134Pq/T
B—大气压力,T—湿空气热力学温度,Pq—水蒸气压力
在实际打算时,在标准条件下(压力101325Pa,温度20)取值ρ=1.2kg/m3
(2)湿空气的压力
在透风空调及干燥工程中,一样平常采取大气作为工质,此时的湿空气的总压力即为当地的大气压力:B=Pa+Pv(道尔顿定理)
Pa=干空气压力
Pv=水蒸气气压力
标准大气压力= 101325Pa。
(2)湿空气的压力特性
水蒸气分压力的大小反响了湿空气中水蒸气含量的多少,水蒸气含量越多,其分压力也越大。在一定的温度条件下,一定量的湿空气中能够容纳水蒸气的数量是有限的。湿空气的温度越高,它许可的最大含水蒸宇量也越大。当空气中水蒸气含量超过最大许可值时,多余的水汽会以水珠的形式析出,即涌现结露征象。此时,水蒸气达到饱和状态。由此可知,未饱和的空气中,水蒸气的含量没有达到最大许可值,它还具有接管水蒸气的能力。我们周围的空气常日是未饱和空气。
考虑到湿空气体积会温度变革,因此采打水蒸气密度作为衡量湿空气很未便利,因此可以科学家们发明了含湿量
d = 对应于1kg干空气的湿空气所含有的水蒸气的质量。
d= ρ q/ ρ g=0.622P q /(B-P q )单位:g/kg
B—大气压力,Pq—水蒸气压力
含湿量可以确切的表示湿空气中实际含有的水蒸宇量的多少。以是在空气调节中常用含湿量的变革来表示被加湿或减湿的过程。并用此参数来打算加湿量。
(4)湿空气的绝对湿度与相对湿度
每立方米湿空气所含有的水蒸气质量,称为湿空气的绝对湿度。也即为其水蒸气密度:
相对湿度是另一种度量湿空气水蒸气含量的间接指标。它的定义为空气中的水蒸气分压力与同温度下饱和水蒸气分压力之比。它表示空气靠近饱和的程度。相对湿度大,解释空气湿润,靠近饱和状态,接管水蒸气的能力弱,相对湿度小,解释空气干燥,阔别饱和状态,接管水蒸气的能力强。
可以近似表示为φ=d/d b100%
d—含湿量,d b —饱和含湿量
3、含湿量、绝对湿度、相对湿度差异
(1)定义
含湿量—1kg干空气的湿空气所含有的水蒸气的质量
绝对湿度—每立方米湿空气所含有的水蒸气质量
相对湿度—水蒸气分压力与同饱和水蒸气分压力之比
(2)利用
含湿量—常常利用,大多用于打算加湿量,单位g/kg 。
绝对湿度—不常常利用,单位g/m3。
相对湿度—常常利用,大多用于湿负荷打算,无单位。
(3)湿空气的湿球温度是在定压绝热的条件下,空气与水的直接打仗达到稳定的热湿平衡时的绝热饱和温度,也称热力学湿球温度。由于在工程运用中丈量不可能实现,常用干湿球温度计的湿球温度代替。只须测试方法精确,采集风速大于4m/s即可。
露点温度在含湿量不变的条件下,湿空气达到饱和时的温度。
(4)湿空气焓值——用于度量空气热量变革,表示物质内能。
在等压过程中,焓的改变即是系统热的转换。一样平常发生相变革时(PhaseTransition),压力保持一定的情形下,焓的变革量就即是相变过程中的潜热。
湿空气的焓即是1公斤干空气的焓加上与其同时存在的0.001d公斤水蒸气的总和:
i= 1.01t +0.001d(2501+1.85t )(kj/kg)
t—湿空气温度、d—湿空气含湿量