湿空气及其焓湿图.ppt

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1、2023年10月2日2时21分,空气调节,空气调节,盛 伟 工学博士 副教授电话：，,第1章,湿空气的物理性质及其焓湿图,主要内容,1.1 空气的组成与状态1.2 空气的状态参数 1.2.1 空气的压力类参数 1.2.2 空气的温度类参数 1.2.3 空气的湿度类参数 1.2.4 空气的能量参数 1.2.5 空气状态参数之间的关系1.3 空气的焓湿图及其应用 1.3.1 焓湿图的组成 1.3.2 焓湿图的应用,学习目标,了解空气的组成与状态掌握空气各状态参数及其计算重点掌握空气的焓湿图及其应用,空气既是需要利用空调技术对特定空间空气环境进行调节和控制的主体，又是空调工程中需要根据不同要求进行热

2、湿处理的对象。因此，全面、深入地了解空气的特性，熟悉反映空气状态的参数及相互间关系的线图，会熟练运用焓湿图是学习和掌握空调技术的重要基础。,1.1 空气的组成与状态,空调技术所研究的空气，就是人们口语中所称呼的、无所不在、且时刻要呼吸的“空气”，只不过作为一门特殊的学科，需要从独特的角度去研究空气的组成、性质、状态、变化规律等。地球大气层从地面到外空可分为好几层，其中最靠近地面的那一层，就是人类赖以生存的空气环境，通常称为“空气”，也就是空调技术所要研究、处理和调控的空气。,1.空气的组成地球表面不同地点的空气，虽然都是由多种气体和水蒸气组成的混合物，但其成分是不相同的。平均而言，空气成分按照

3、体积比大致为 氮气(N2)占78%；氧气(O2)占21%；其他气体(如二氧化碳、一氧化碳、惰性气体等等)占大约1%。,水蒸气在空气中如果按体积比，几乎可以忽略不计，但按质量比，常温下大约占空气总质量的0.01%0.4%。在空调技术范畴内，为研究分析和工程计算方便，通常将空气视为仅由干空气和水蒸气两部分组成，即 由于自然界的空气中均含有水蒸气，因此在许多教科书中又将空气称为“湿空气”，以区别于不含水蒸气的干空气。,空气=干空气+水蒸气,1.1 空气的组成与状态,2.空气中的水蒸气及其影响 水蒸气亦称水汽，是气态的水。空气中水蒸气的主要来源 江河湖海中水的自然蒸发；生物(包括人、动物和植物)生理过

4、程产生的水的蒸发或水蒸气的直接散发；生产工艺过程中使用和产生的水的蒸发或水蒸气的直接散发。空气中的水蒸气含量不是定值，而是在一定范围内变化的。,空气中的水蒸气含量不是定值，主要受以下几个因素的影响 1)自然环境的影响。最明显的是沙漠地区和热带雨林，两者空气中的水蒸气含量就相差很大。2)气象条件的影响。由于风霜雪雨，日出日落，季节的转换，气候的变化，造成一年甚至一天24小时之内，空气中水蒸气的含量也会发生很大变化。3)湿源的影响。由于湿源不同或散湿量的变化，空气中水蒸气的含量也不同。如同一个俱乐部内，中餐厅和西餐厅、舞厅和棋牌室的差异，室内人员多少和活动状况的差异等。,空气中水蒸气含量的变化对空

5、气的干燥和潮湿程度会产生重要影响，从而对人的舒适感及健康、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。(1)影响人的舒适感甚至健康湿度的大小影响人体皮肤表面汗液的蒸发速度，从而影响人的舒适感。关节炎病人对过于潮湿的气候非常敏感，甚至可以“预报”阴雨天气；而咽喉炎病人在干燥环境里病情会加重。,(2)影响某些产品的质量和成品率对于食品工业，过于潮湿的环境会使食品加速腐败。对于精密机械和电子行业，尤其是集成电路制造和精密电子机械产品的生产，空气的潮湿程度直接影响到产品质量和成品率。仓储行业对空气的湿度更是十分关注。(3)影响生产工艺过程如彩色印刷，特别是纺织生产的各个工艺

6、过程，对空气中水蒸气的含量情况最敏感。(4)影响设备状况主要是金属设备的锈蚀问题。,(5)影响处理空气的能耗空气中水蒸气的多少，直接影响到加热或冷却同样体积的空气所需要的能量多少。在空调工程中，经常会要求对空气进行加热和冷却处理。例如，同样是将30的空气降温到20，空气中水蒸气的含量不同，所需要的冷量是不同的。基于上述种种原因，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重要的地位来对待。,1.1 空气的组成与状态,3.干空气是指除去空气中的水蒸气后的那部分空气，即不含水蒸气的空气。基本特性 1)在常温常压条件下不发生相变，即不会液化也不会凝固；2)组成成分及比例

7、不变。主要是指干空气中各个组成成分如氧气、氮气、二氧化碳、各种微量气体的成分比例基本固定不变；3)不可压缩。因为通常的空气处理过程中，空气的压力变化范围不大，在这个范围内，干空气可近似看作不可压缩。,空气=干空气+水蒸气,自然界的空气都是“湿空气”，干空气实际上是一个抽象概念，在自然界中并不存在。但是，因为在空气处理的过程中，空气中的水蒸气含量变化较大，而干空气的成分和数量却保持了相对的稳定。因此通常以干空气为基数，可以在减化计算繁琐程度的同时，使计算更精确。,1.1 空气的组成与状态,4.空气的状态与基本变化规律由工程热力学知识知，水蒸气的状态有三种，当分别存在于空气中时，使空气也表现出三种

8、状态 1)当空气中所含的水蒸气是干饱和蒸气(干蒸气)时，空气处于饱和状态，该空气称为饱和空气，可表示为,空气=干空气+干饱和蒸气(干蒸气)=饱和空气,2)当空气中所含的水蒸气是湿饱和蒸气(湿蒸气)时，空气处于过饱和状态，该空气称为过饱和空气，可表示为 3)当空气中所含的水蒸气是过热蒸气时，空气处于不饱和状态，该空气称为不饱和空气或未饱和空气，可表示为,空气=干空气+湿饱和蒸气(湿蒸气)=过饱和空气,空气=干空气+过热蒸气=不(未)饱和空气,空气的上述三种状态在一定条件下可以相互转化。以雾的形成和消失过程为例 在通常情况下，空气处于不饱和状态，但是由于某种原因如气温下降或有湿源将水蒸气不断加入空

9、气中时，空气就会由不饱和逐渐达到饱和，继而过饱和。当空气成为过饱和空气，即空气中有微小水滴悬浮时，雾就产生了，如秋冬季节清晨的空气和冬季浴室内的空气。当温度上升或湿源停止将水蒸气加入空气中时，雾又会慢慢消失。在这个过程中，空气实际上发生了由过饱和状态，到饱和状态，再到不饱和状态的变化过程。,饱和空气,不饱和空气,过饱和空气,雾的形成,雾的消失,1.2 空气的状态参数,空气除了组成、性质、状态等定性的描述外，为便于对其进行处理和调控，还需要有对空气进行定量分析和描述的物理量，称为空气的状态参数。状态参数通常是指识别某一个或某一类客观事物的数值特征或数量特征的度量。可以说每一个客观的物体都有其特定

10、的“状态参数”。从空调的目的出发，主要从压力、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。,什么是压力 单位面积上所受到的气体作用力。宏观上，压力是指容器壁面受到的压力。微观上，气体的压力是由于气体分子对容器壁面的碰撞产生的，压力的大小反映了气体分子碰撞容器壁面的几率。压力的单位 N/m2、Pa。,1.2.1 空气的压力类参数,1.2.1 空气的压力类参数,绝对压力 p大气压力 pB水蒸气分压力 pq干空气分压力 pg,空气压力方面的概念在空调技术中的应用 1)衡量空调房间与其他房间或室外的空气压力大小。2)表示空气潮湿程度的状态参数“相对湿度”是用水蒸气分压

11、力来定义的。3)不同的大气压力条件，空气的性质不一样，需要查阅不同的焓湿图。4)在设计风管道的过程中，要用到空气全压、静压、动压的概念。此外，所有风机盘管、风机都有一个重要的选型参数出口全压。,1.2.1 空气的压力类参数,1.大气压力与空气的绝对压力地球表面单位面积上所受大气的压力称为大气压力或大气压，通常用pB表示，单位为Pa。大气压力不是一个定值，它与海拔高度成反比。大气压力不仅与海拔高度有关，还随季节、气候以及空气中水蒸气含量的变化而变化。由于大气压力不同，空气的物理性质也会不同，反映空气物理性质的状态参数也会有差别，所以在空调的设计和运行中，如果不考虑当地大气压力的情况，就会造成一定

12、的误差。当地大气压力的值可以用“大气压力计”测得。,1.2.1 空气的压力类参数,绝对压力是空气的实际压力。在工程实际中，采用弹簧压力表等仪表测得的空气压力值称为工作压力(或表压力、真空度)，是空气的“相对压力”，即相对于当地大气压力的“压力”。工作压力不是空气的绝对压力。只有绝对压力才是空气的状态参数。,绝对压力,表压力（工作压力）,当地大气压,真空度（工作压力）,绝对压力,绝对真空,绝对压力=当地大气压力工作压力,2.水蒸气分压力 是指空气中的水蒸气单独占有空气的体积，并具有与空气相同的温度时所具有的压力，通常用pq表示，单位为Pa。根据分子运动论的学说，气体分子越多，撞击容器壁面的机会越

13、多，表现出的压力也就越大，因而水蒸气分压力的大小可以反映空气中水蒸气含量的情况。,1.2.1 空气的压力类参数,干空气分压力是指空气中的干空气单独占有空气的体积，并具有与空气相同的温度时所具有的压力，通常用pg表示，单位为Pa。由于在空调技术范畴视空气为干空气与水蒸气的混合气体，因此根据道尔顿分压定律 混合气体的总压力等于各组成气体的分压力之和，而空气的总压力即大气压力，于是有,pB=pg pq,干球温度 t 或 tg湿球温度 ts露点温度 tL,1.2.2 空气的温度类参数,1.干球温度就是通常口语中所说的温度，用t或tg表示，单位为。在空调技术中，为了区别于湿球温度，才特别称之为干球温度。

14、干球温度代表了空气的冷热程度。,感温饱,图11 干湿球温度计,1.2.2 空气的温度类参数,2.湿球温度 图11为两支普通水银玻璃棒温度计，右边一支温度计的感温包上裹有一小块纱布，纱布的下端浸在盛有常温蒸馏水的容器中。由于毛细现象使得纱布处于湿润状态，感温包上裹有纱布的温度计就变成了“湿球温度计”。湿球温度计显示的温度值就是湿球温度，用ts表示，单位为,图11 干湿球温度计,感温饱,由于水向空气中蒸发的速度与空气的潮湿程度有关，同样的干球温度条件下，空气越干燥，水的蒸发速度就越快，需要的汽化潜热就越多，湿纱布上的水温也相应越低，以便从空气中得到更多的显热，因此达到动态平衡时湿球温度与干球温度的

15、温差就越大。干湿球温度差的大小可以反映空气的潮湿程度。,图11 干湿球温度计,感温饱,由于湿球温度实际上是湿球感温包纱布上水与空气之间，蒸发散热与温差得热这两个相反的传热过程达到动态平衡时的温度，而空气的流动速度对上述两个热交换过程有极大的影响。实验证明，当流经湿球温度计感温包纱布的空气流速较小时，由于热湿交换不够充分，测得的湿球温度误差较大；而在空气流速2.5m/s时，流速对湿球温度的读数影响较小。因此使用湿球温度计测量湿球温度时，要注意 1)使湿球温度计感温包附近的空气流速达到2.5m/s以上，必要时使用通风干湿球温度计。2)达到热湿交换的平衡需要一定时间，所以读数时要使湿球温度计放置在测

16、量地点至少12min，等到读数稳定后，再读取其数值。,3.露点温度 任一状态的未饱和空气，在保持所含水蒸气量不变的条件下，使其温度逐渐降低，当温度低于某一个临界温度时，空气中的水蒸气便开始凝结出来，这个临界温度就称为这个状态空气的露点温度。露点温度通常用tL表示，单位为。,1.2.2 空气的温度类参数,1.2.3 空气的湿度类参数,在空调工程中，测量和调节空气的湿度是仅次于温度控制的重要任务，尤其是需要知道空气中水蒸气的含量有多少和某一状态空气吸收水蒸气的能力有多大时。这两种情况可以分别用含湿量d和相对湿度这两个湿度类状态参数来度量。,1.含湿量 空气的含湿量定义为 每千克干空气中含有的水蒸气

17、量，即（1-2）式中 含湿量，单位为g/kg干；空气中所含水蒸气的质量，单位 为g；空气中所含干空气的质量，单位为 kg干。,1.2.3 空气的湿度类参数,在含湿量的定义式中，使用干空气的质量而不是使用空气的质量作为分母的原因 在对空气进行热湿处理的过程中，经常会有水蒸气的加入或析出，因此空气的质量会因水蒸气的变化而变化，而干空气的质量则基本维持不变。与水溶解糖或盐的道理相同，每千克干空气所能容纳的最大水蒸气量与其干球温度惟一相关，温度越高，每千克干空气所能容纳的水蒸气就越多，反之就越少。某一温度下，每千克干空气所能容纳的最大水蒸气量，即为该温度下空气的最大含湿量，称为饱和空气含湿量，简称饱和

18、含湿量，用db表示，单位为g/kg干。达到最大含湿量的空气就是饱和空气。,表1-1 空气温度与对应饱和状态参数值(pB=1013102 Pa),有一个温度就有一个对应的饱和含湿量,含湿量可以准确地反映出每千克干空气中含水蒸气量的绝对值。但是，从表1-1中可以看出，同样是含湿量为10.6g/kg干的空气，在15时是饱和空气，在30时却只能算是未饱和空气，因为30的空气最大含湿量为27.2g/kg干。含湿量这个参数只能反映空气中水蒸气量含量的多少，不能直观地反映空气是否饱和，即是否还能容纳水蒸气。,1.2.3 空气的湿度类参数,2.相对湿度 相对湿度的定义式为（1-3）式中 相对湿度，用%表示；空

19、气中的水蒸气分压力，单位为Pa；相同温度下饱和空气的水蒸气分 压力，单位为Pa，其值查。,相对湿度直观地反映出了空气中水蒸气含量接近其饱和含量的程度，也就是反映出了空气吸收水蒸气的能力(又称为吸湿能力)和空气的潮湿程度。相对湿度为100%的空气就是饱和空气，当空气达到饱和后就再也不能吸收水蒸气了，此时，湿球温度计的读数与干球温度计的读数相等。空气达到饱和后，如果温度下降，就会有水蒸气凝结出来，因此根据露点温度的定义，饱和空气的干球温度就是其露点温度。当空气饱和时，其相对湿度为100%，并且干球温度、湿球温度、露点温度完全相等。,1.2.4 空气的能量参数,在空调工程中，最常见的空气处理过程是冷

20、却或加热空气，经常会碰到诸如将空气从30冷却到20需要多少冷量，或将5的冷空气加热到20需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化的计量。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。,工程热力学中焓的定义为“焓是物质本身所包含的内部能量”，这个定义当然也适用于空气。能量有多种形式，在空调技术中，空气焓所指的“内部能量”通常仅限于热能和压力能，而不是其他能(如核能或化学能)。尽管在一定条件下，其他能可以转化为热能和压力能或热能和压力能也在相互转化。在空调工程中，由于空气处理过程压力的变化非常小，可以近似看成定压过程，因此空气焓的变化就可以忽略压力的变

21、化，而看成是热能变化造成的。,1.2.4 空气的能量参数,空气的焓是以1kg干空气为基数进行计算的，即1kg干空气加上dg水蒸气的焓的总和，加起来就是(1+0.001d)kg空气的焓。空气的焓是以0为基准计算的，取0的干空气和0的水的焓为零，则空气的焓为(1-4)式中 h 含有1kg干空气的空气的焓，单位 为kJ/kg干；hg 1kg干空气的焓，单位为kJ/kg干；d 含湿量，单位为g/kg干；hq 1kg水蒸气的焓，单位为kJ/kg汽。,干空气的焓hg可以用下式计算 式中 Cp,g干空气的比定压热容，Cp,g=1.01kJ/(kgK)；t空气的温度，单位为。水蒸气的焓hq则可以用下式进行计算

22、 式中 r0时水的汽化潜热,r=2500kJ/kg水；CP,q水蒸气的比定压热容,CP,q=1.84kJ/(kgK)。,空气的焓就是将空气所含有的成份(1kg干空气和dg水蒸气)，分别从0加热到t时所需要的热量。将hg和hq的表达式代入式(1-4)中可得（1-5）从式(1-5)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化情况决定。,1)含湿量d与水蒸气分压力pq之间的关系式（1-6）从上式中可以看出含湿量与水蒸气分压力这两个参数是“非独立的”关联参数，仅知道这两个参数是不能推算出其他参数的。,1.2.

23、5 空气状态参数之间的关系,2)已知水蒸气分压力pq和干球温度t(饱和水蒸气分压力)，求解相对湿度的公式 式中 干球温度t所对应的饱和水蒸气 分压力，可由附录A查得，单位 为Pa。3)已知温度t和含湿量d，求解焓h的公式（1-7）,4)已知干球温度t(饱和水蒸气分压力)和相对湿度，求解含湿量d的公式（1-7）5)已知干球温度t和湿球温度ts，求解相对湿度的公式（1-8）式中 湿球温度ts所对应的饱和水蒸气分 压力，可由附录A查得，单位为Pa。,通常在进行空调方面的计算时，一般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)，就可以利用上述公式求解出

24、其余的几个(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,1.2.5 空气状态参数之间的关系,【例1-1】测得某空调房间空气的干球温度t=25，湿球温度ts=20。试求该房间空气的相对湿度、含湿量和焓(大气压力pB=1013102Pa）。【解】1)按已知条件，由式(1-8)可计算出相对湿度，但要先查出干、湿球温度所对应的饱和空气水蒸气分压力。从附录A中可查得对应于t=25,ts=20的饱和空气水蒸气分压力分别为 31.6102Pa

25、,=23.31102Pa,代入式(18)中可计算出相对湿度。,=63.35%2)由式(1-7)可求得含湿量 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=1.0125+(2500+1.8425)0.00112.5 kJ/kg干=57.08 kJ/kg干,1.3 空气的焓湿图及其应用,在实际工作中，很少直接使用公式来计算空气状态参数，公式所代表的空气各个参数的内在关系，通常是以二维线算图(简称线算图)的形式来表示，将计算工作转化为查图工作，以方便工程应用。线算图有多种形式，我国普遍采用的是以焓为纵坐标、含湿量为横坐标的焓湿图，也

26、叫h-d图。焓湿图最基本的应用是查找参数。此外，焓湿图还可以用于判断空气的状态、表示空气的状态变化和处理过程等。,焓湿图的组成,焓湿图看上去比较复杂，实际上只有5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与等焓线几乎是平行 的等湿球温度线(图 12中未显示),图12 焓湿图简要说明图,1.焓湿图的绘制作出纵坐标轴和45的斜横坐标轴，两轴间的夹角为135(为了使图面开阔、线条清晰)。按一定间隔画出相应的垂直等含湿量线和45倾斜的等焓线。根据式(1-5)画出等温线。在大气压力不变的前提下，根据附录A和式(1-7)画出等相对湿度线。在大气压力不变的前提下，由式(1-6)可

27、知含湿量和水蒸气分压力一一对应，即含湿量和水蒸气分压力在焓湿图中是共用一组等值线，只是代表的数值各不相同。根据式(1-8)推导出等湿球温度线。,等d线,等h线,d,h,135,0,等t线,等温线的绘制根据公式 h=1.01t+(2.5+0.00184t)d例如绘制t=10的等温线公式则变成h=10.1+2.5184d即10等温线是一条以10.1为截距，2.5184为斜率的直线。由于0.00184项很小，所以基本上可以把等温线看作是截距不同，斜率相等的平行线。,0,h,d,等 线,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

28、该温度下的饱和水蒸气分压力pqb，根据公式计算d 这样，由选择的t和计算得的d就确定了一点，再计算下一个温度确定另一点，最后把所有点连接起来就绘制出80%的等相对湿度线了。,100%等相对湿度线(饱和线),0,h,d,完整的焓湿图,等d线,等线,等t线,等h线,0,h,d,关于焓湿图，需要特别注意以下几点 1)饱和空气线即相对湿度为100%的等相对湿度线，见图1-2中最右下方的弧线。这条弧线通常称为“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就是干球温度、湿球温度、露点温度完全相等。2)大部分焓湿图中没有画出等湿球温度线。因为等湿球温度线与等焓线基本平行，故工程上近似地用等焓线

29、代替等湿球温度线，即过某一点的等湿球温度线就是过该点的等焓线。3)焓湿图中也没有等露点温度线。等含湿量线就是等露点温度线。因为露点温度的定义已说明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,干球温度tg,湿球温度ts,露点温度tL,tgtstL,等焓线,等含湿量线,4)由于绘制焓湿图所依据的部分公式如式(1-6)和式(1-7)中，含有大气压力pB的常数因子，故而每张焓湿图都是在某一大气压力值条件下绘制的。在使用焓湿图时，须先看一下该图的大气压力值是多少，与设计采用的大气压力值差多少。如果差别不大，工程计算时可近似使用；如果差别较大，则需直接套用公

30、式计算或借助相关软件计算。在实际工作中，认为一般情况下，直接使用标准大气压力的焓湿图精度是足够的。,5)我国以及前苏联和东欧国家所采用的线算图，是以含湿量为横坐标，焓为45斜坐标的焓湿图，而美、英、日等国家采用的则是温湿图。温湿图的基础坐标系是以温度为横坐标，含湿量为纵坐标的直角坐标系(见图2-1)。虽然焓湿图和温湿图的形式不同，但实质内容是一样的。,温度 t,含湿量d,相对湿度,焓 h,温湿图示意图,2.热湿比和热湿比线为了说明空气状态变化的方向和特征，常用空气状态变化前后的焓差h和含湿量差d的比值来表示。这个比值称为热湿比(单位为kJ/kg)，也称为角系数，即(1-9)在空调过程中，空气常

31、常由一个状态(A)变为另一个状态(B)。在整个状态变化过程中，如果空气的热湿变化是同时进行的，那么在焓湿图上，状态A和状态B之间的直线连线就是空气状态变化的过程线，称为热湿比线。,从热湿比的定义式可知，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必然平行。根据直线斜率的特性，在焓湿图上以任意点为中心作出一系列不同值的标尺线，实际应用时，只需把等值的标尺线平移到空气状态点，就可画出该空气状态的变化过程线了。该作法称为平行线法(参见图1-3)。,图1-3 平行线法绘制热湿比线,热湿比线的另一种作法是辅助点法(图1-4)在焓湿图上找到空气的初状态点A。任取一个d值，则可计

32、算出hd。在焓湿图上找到比A点的焓值大h的等焓线，和比A点的含湿量值大d的等含湿量线，以及这两条线的交点B。连接A、B两点，这条连线就是所要作的热湿比线。,图1-4 辅助点法绘制热湿比线,如果忽略空气与所含干空气两者质量的微小差异，将式(1-9)分子、分母同乘qmkg的空气量，将得到(1-10)可见，质量为qmkg的空气量在被处理过程中所得到(或失去)的热量Q和湿量W的比值，与相应1kg(干)空气的比值是完全一致的。,对于空调专业人员来说，焓湿图是一个重要的工具，无论是工程设计、系统调试，还是运行管理，都需要用到焓湿图。焓湿图的应用主要包括 确定空气所处状态查找空气状态参数分析空气状态变化过程

33、确定两种不同状态空气混合后的状态点,1.3.2 焓湿图的应用,1.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。【例1-2】已知某日气象台预报的天气温度是30，相对湿度是60%。1）在焓湿图中标出相应状态点。2）查出该状态空气的其余参数。3）画出过此状态点的等湿球温度线和等露点温度线。,1.3.2 焓湿图的应用,【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

34、102Pa。,30,图15 已知干球温度和相对湿度 求其他参数,16.15g/kg干,25.50102Pa,71kJ/kgg,3)过A点作等湿球温度线(其实就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点的干球温度也就是B点的湿球温度,也即A点的湿球温度为23.9。,30,图1-5 已知干球温度和相对湿度 求其他参数,16.15g/kg干,25.50102Pa,23.9,71kJ/kg干,4)过A点作等露点温度线(其实就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点的干球温度也就是C点的露点温度，也是A点

35、的露点温度，为21.8。,30,图15 已知干球温度和相对湿度 求其他参数,16.15g/kg干,25.50102Pa,23.9,21.8,71kJ/kgg,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42.2102Pa。,30,图15 已知干球温度和相对湿度 求其他参数,16.15g/kg干,25.50102Pa,23.9,21.8,42.2102Pa,71kJ/kgg,【例1-3】为了知道某房间内空气的状态，使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

36、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，此点就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。3)其余参数的查找方法参见例1-2。,图16 已知干、湿球温度 求其他参数,【例1-4】已知 大气压力pB=101325Pa，空气初状态A的温度tA=20，相对湿度A60%。当空气吸收Q=10000kJ/h的热量和W=2kg/h的湿量后，空气状态发生变化，变化后的焓hB=59kJ/kg干。求空气终状态B。【解】(1)平行线法求终状态B 1)在焓湿图上根

37、据tA=20，A60确定出空气的 初状态点A。,60,20,100,A,2)求热湿比值 3)根据值在焓湿 图的标尺上找到 5000kJ/kg的 参照线，过A点作 与5000kJ/kg 平行的线。,4)过程线与hB=59kJ/kg干的等焓线的交点B，就是所求的终点状态B。5)查焓湿图得B点的空气其他状态参数为 tB=28 B=51%dB=12g/kg干,hB=59kJ/kg干,(2)辅助点法求终状态B 1)计算热湿比 2)因为还可以用h/d103表示，故任取d4g/kg干，则由 h/d103 得 h=d103=50004103 kJ/kg干=20 kJ/kg干,3)由于空气状态是在吸热、吸湿后由

38、A变到B，因此空气的焓和含湿量均要增大，于是分别在初状态点A的右边作与其相差d4g/kg干的等含湿量线和相差h 20kJ/kg干的等焓线，设两线的交点为B，则AB的连线就是 5000kJ/kg的空气状态变化过程线。4)过程线与h=59kJ/kg干的等焓线的交点B就是所求的终点状态点B。,h=59kJ/kg干,59kJ/kg干,B,2.表示空气的状态变化过程空调的一个基本任务就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化，因为空气的每个状态在焓湿图上都可以用

39、一个点来表示，而连续的点就是线，因此空气状态变化的情况可以在焓湿图上用线条表示出来。,1.3.2 焓湿图的应用,(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d0)，但温度升高，焓增加(hBhA，即h0)。在焓湿图上用垂直向上的直线AB表示。空气状态变化的热湿比值为,A,B,100%,d,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化过程即为加热过程。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化过程中温度要降低的过程统称为冷却过程，按冷却过程是否有结露现象发生，冷却

40、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d0)，但温度降低(不低于露点温度)，焓减小(hchA，即h0)。在焓湿图上用垂直向下的直线AC表示。空气状态变化的热湿比值为,A,B,100%,C,d,空气通过制冷装置的蒸发器或空调设备的表冷器、冷却盘管时无结露现象发生，以及与温度为tl的水进行热湿交换时的状态变化过程均为干冷过程。在干冷过程中空气放出的热量也即处理空气所需要的冷量为Q=qm(hC-hA)kw2)湿冷过程又称为减焓减湿过程。特点 空气的温度要降低到其露点温度以下，因此会有结露现象发生，这就意味着空气

41、的含湿量要减少(dc dA，即d0)。,湿冷过程在焓湿图上一般用直线AC表示。(空气状态的实际变化过程是先由A点到饱和线上的C点，再保持饱和状态由C点减含湿量变化到C点)。由于湿冷过程不仅空气的焓要减小(h 0)，含湿量也要减少(d 0),因此其热湿比值为,A,B,100%,C,C,C,d,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，有结露现象发生以及与温度低于tl的水进行热湿交换时的状态变化过程均为湿冷过程。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需要的冷量(又称为制冷量)为Q=qm(hA-hC)kW湿冷过程凝结出的水蒸气量为W=qm

42、(dA-dC)g/s,(3)等焓过程凡是空气在状态变化过程中焓保持不变的过程统称为等焓过程或绝热过程。按空气在等焓变化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(h0)，含湿量增加(d0)。又称为绝热加湿过程。在焓湿图上 用45的直线AD表示。,A,B,100%,C,D,d,h,C,C,在等焓加湿过程中，空气状态变化的焓湿比值为 当往空气中喷雾(微小水滴)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的水进行热湿交换时的状态变化

43、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(h0)，含湿量减少(d0)，在焓湿图上用45直线AE表示。空气状态变化的焓湿比值为用固体吸湿剂(如硅胶)处理空气时，工程上近 似按等焓减湿过程对待。该过程从空气中除去的湿量为 W=qm(dE dA)g/s,A,B,100%,C,D,E,d,h,C,C,(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，在焓湿图上用接近水平的直线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

44、(dF dA)g/s,A,B,100%,C,D,E,F,d,h,t,C,C,加热过程 AB冷却过程 AC干冷过程 AC湿冷过程 AC等焓过程等焓加湿过程 AD等焓减湿过程 AE 等温过程 AF,1.3.2 焓湿图的应用,【例1-5】考察一个等湿降温过程，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。,【例1-6】要使初状态干球温度t=33,湿球温度tS=23.3，流量=10000m3/h的空气通过空气处理装置后，降温到开始结露，问需要多少制冷量？【解】分析 由于空气降温减焓放出

45、的热量，就是空气处理装置需要吸收的热量，也即所要求的制冷量，因此本题实质上是求空气经处理装置处理前后的焓值变化引起的热量变化。1)根据已知条件查焓湿图得 初状态h169kJ/kg干，终状态h255kJ/kg干,2)制冷量为在求解式中，忽略了空气质量流量qV单位kg/s中的kg与焓h单位kJ/kg干中的kg干两者的差别。且空气的密度取了一个“常数”1.2kg/m3。,【例1-7】如果例16中，经空气处理装置处理后空气终状态的干球温度为19.4，湿球温度为14.3。求终状态空气的露点温度、含湿量、焓和相对湿度，并计算处理空气所需要的制冷量和从空气中凝结出来的水蒸气量(kg/h)。【解】1)根据题给

46、干球温度和湿球温度条件查焓湿 图，可得终状态空气的其他参数 露点温度11 含湿量8.2g/kg干 焓40kJ/kg干 相对湿度60%,2)处理空气所需制冷量为,3)查焓湿图得初状态空气的含湿量为14g/kg干，则空气在从初状态变到终状态的过程中凝结出来的水蒸气量为,例1-7与例1-6的比较 同样是把空气从33冷却降温到19.4，两者需要的能量却相差一倍，原因在于例17的空气处理过程中，有大量的水蒸气从空气中凝结出来，需要额外消耗大量的冷量来“吸收”水蒸气凝结时所放出的凝结潜热。由此可见，在进行空气处理时，使空气降温去湿所消耗的冷量要比仅使空气降温需要的冷量大得多。,1.3.2 焓湿图的应用,3

47、.确定两种不同状态空气混和后的状态点 假设将A、B两种状态的空气进行混合，混合后的状态为C，则根据能量守恒定律和质量守恒定律，混合前后空气的能量不变，水蒸气的含量也不变，于是有,1.3.2 焓湿图的应用,由式(111)和(1-12)可分别导出混合后的空气状态参数混合后的空气状态点C就 在A、B两个状态点的连线 上，且分别与B、A两点间 的距离(长度)与参与混合 的两种空气的质量成反比。,图1-9 两种不同状态空气的 混合图示,如果根据式(1-15)计算出混合点C在过饱和区(图1-10)，则说明在混合过程中，必定会有多余的水蒸气凝结出来。当空调风口送冷风时，有时在风口附近会出现“雾气”，就是这种

48、情况的实际表现。在这种情况下，可以证明，混合后的终状态点D不在过饱和区，而近似在过C点的等焓线与饱和线的交点上。,图1-10 混合点在过饱和区的图示,hChD,【例1-8】夏季，某空调系统的空气处理装置欲对新风和回风混合后的空气进行处理，已知 新风量qMW=200kg/h，新风状态参数tW=32.8 W=45%回风量qMN=2200kg/h，回风状态参数tN=19 N=60%求新风、回风混合后的空气焓、含湿量和温度【解】1)根据题给条件查焓湿图，可得 新风的hW=69kJ/kg干，dW=14g/kg干 回风的hN=40kJ/kg干，dN=8.2g/kg干,2)根据式(1-13)和(1-14)，

49、可计算出混合后的空气状态参数 3)根据hC和dC查焓湿图可得混合后空气的温度tC=20.3。,1)空气的组成成分很多，也很复杂，但在空调技术范畴内只把空气当作由干空气和水蒸气两部分组成的混合气体对待。2)空气中水蒸气的含量虽然很少，但含量却不是定值，而且不稳定，极易在各种因素的影响下发生变化，从而引起空气干、湿程度的改变，进而对人的舒适感、产品产量质量、工艺过程、设备状态和处理空气的能耗等产生不利影响。,本章要点,3)描述空气状态的参数分为四大类，即压力类参数(绝对压力、大气压力、水蒸气分压力、干空气分压力)、温度类参数(干球温度、湿球温度、露点温度)、湿度类参数(含湿量、相对湿度)和能量类参数(焓)。4)空气状态参数之间的关系有关系式和二维线算图两种表示方式，在大气压力一定的前提下，知道两个独立的参数，就可以利用关系式或二维线算图计算或查找出其他参数。5)焓湿图不仅可以确定空气状态、查找空气参数，还可以表示空气状态变化过程、确定两种不同状态空气混合后的状态点。,The end.,