某温度下,一定量空气中所含水蒸气量达到最大值,这时的湿空气称为饱和空气,对应的状 态称为饱和状态。湿空气饱和状态的参数符号常注角标s或b,饱和状态下空气的温度称为饱 和温度;饱和状态下湿空气中水蒸气的分压力达到当时温度所对应的饱和压力。 湿空气容纳水蒸气量的限度与温度有关,温度越高,空气能容纳的水蒸气量也越大 二、湿空气的状态参数 湿空气的热力状态参数,除压力、温度、比容焓和熵外,在空调中还经常用到含湿量d、相对 湿度φ、露点温度t和湿球温度t等湿空气特有的状态参数,下面分别介绍。 (一)总压力与分压力 湿空气的总压力一般就是当时当地的大气压力B,可用气压计测出。 湿空气由干空气和水蒸气混合组成。因此,湿空气的总压力是干空气的分压力p4和水蒸 气的分压力p之和,即 B=p+p、 湿空气中所含水蒸气量越多,水蒸气的分压力就越大。因此,水蒸气分压力p、的大小可反映湿 空气中所含水泰气量的多少 (二)绝对湿度与相对湿度 1.绝对湿度。每立方米混空气中所含水蒸气的质量,称为湿空气的绝对湿度。显然,绝对 湿度的数值就等于水燕气在其分压力和温度下的密度,即绝对湿度可表示为 y、 式中v、一-比体积,m/kg; m,—水蒸气质量,kg; V—水蒸气体积,m3。 某温度下,空气达到饱和状态时,其水蒸气含量最大。因此,同温度下饱和空气的绝对湿度 最大 绝对湿度只说明湿空气中实际所含水蒸气量的多少,它不能反映湿空气偏离饱和状态的程 度和吸湿能力的大小。为此,需引入相对湿度的概念 2.相对湿度。湿空气中水蒸气的实际含量与相同温度下湿空气可具有的水蒸气的最大含 量之比称为湿空气的相对湿度。显然,相对湿度可用湿空气的绝对湿度Y与相同温度下饱和 空气的绝对湿度y之比表示,即 相对湿度反映了湿空气中水蒸气含量接近饱和的程度。当g=100%时,空气达到饱和状 态,即为饱和空气;p=0时,空气完全不含水蒸气,即为干空气。显然,相对湿度越小湿空气偏 离饱和的程度越远,它的干燥程度越高,吸收水蒸气的能力(即吸湿能力)也越大;反之,相对湿度 越大,空气越接近饱和,它就越潮湿,吸湿能力就越小。φ=100%时,空气中的水蒸气已达饱和 就完全没有吸湿能力了。从人的舒适感觉看,夏季空调室内的相对湿度应控制在40%~65%
冬季空调室内相对湿度应控制在40%~60%。 由理想气体的状态方程pv=RT,可将式(1-3a)变换为水蒸气的分压力p,与相同温度下 水蒸气的饱和分压力p之比,即 p、×100% (1-3b) (三)含湿量 湿空气的状态变化时,湿空气中干空气的质量一般不会变化。因此,在空气处理中进行热工 计算时,为方便起见,常取1kg千空气(用kgDA表示)作为计算基准。 含有1kg于空气的湿空气所携带的水蒸气的克数,称为湿空气的含湿量,用d表示,单位为 g/kgDA设湿空气中干空气的质量为ma(kg),水蒸气的质量为m(kg),则 1000 由理想气体的状态方程知,m,=Rr,n=R,代人式(1-43),并注意R。=0.461 0.622,则 d=622 (1-4b) 由式(1-1)得p4=B-p;式(1-3b得p=p代入式(1-4b)得 p d=622 (1-4d) 由式(1-4c)可见,当大气压力B一定时,含湿量d只取决于水蒸气的分压力p。含湿量随 着水蒸气分压力的增大而增大。含湿量与水蒸气的分压力有着一一对应的关系,它们不能同时 作为两个独立的参量。此外,含湿量的大小还与大气压力的大小有关。因此,在不同大气压力 下,以含湿量d和湿空气的焓h(或i)为两坐标轴构成的湿空气焓湿图(h-d图或i-d图)也 是不同的。这一点在选用焓湿图时要引起注意 (四)露点温度 前已述及,湿空气容纳水蒸气的限度与温度有关,温度越高,空气能容纳的水蒸气量也越大。 因此,若保持空气中水蒸气的含量d不变,而降低空气的温度,将使空气逐渐接近饱和。当温度 降低到某一数值时,空气就将达到饱和状态,这时,若让空气继续冷却,便会有部分水蒸气凝结为 露滴从湿空气中析出。这一与给定的含湿量d相对应、湿空气达到饱和时的温度,称为露点温 度,用t或L表示。通俗地讲,露点温度就是空气开始结露的温度。 露点温度与含湿量有着一一对应的关系。这就是说,一个露点温度对应一个含湿量;反之 个含湿量对应一个露点温度。因此,露点温度与含湿量也不能同时作为湿空气的两个独立参 数 从上面的分析可见,空气达到露点温度时,它就处于饱和状态。因此,与露点温度对应的空 气相对湿度q=100%
在空气调节中,露点温度是一个很重要的参数。当物体的表面温度达到或低于空气的露点 温度时,与物体接触的空气就会在物体的表面上结露,析出冷凝水,含湿量降低。空调器使空气 冷却去湿的处理过程就是利用这一原理而实现的。各种空调器的下部一般都装设有接水盘,就 是用来接冷却去湿过程中析出的冷凝水的。空调器对空气作冷却去湿处理时的工况,称为湿工 况 空调中,还经常用到机器露点这一概念。在空气处理设备中,空气经过用冷水喷淋或表冷器 冷却处理后,空气的温度逐渐降低、同时相对湿度将逐渐增大,当空气相对湿度增大到φ=90% 95%时,空气已很接近饱和状态,这时空气的温度,称为机器露点。空调系统常采用控制机器 露点的调节控制方法。 (五)干球温度和湿球温度 T球温度就是用普通温度计测出的空气温度,用t表示,有些空调设备的产品样本用DB表 湿球温度是用湿纱布包着温泡(如水银球)的温度计测出的空气温度,用t或t表示。如 图1-1所示,有些空调设备的产品样本用WB表示混球温度。 如果温度计周围的空气是未饱和的,即φ<100%,那么包住温泡的湿纱布 表面附蓄的水分就将不断蒸发。开始时水分蒸发需要的热量是从湿温泡周围的 水吸取的,致使水温(也就是湿球温度计指示的温度)下降,从而形成湿温泡与其 周围空气的温差。由于有温差,周围的空气就要向湿纱布传热。在所传热量还 不足以补偿水分蒸发需吸收的热量时湿温泡周围的水温将继续下降,湿球温度 计的指示温度也随之下降。待到温度下降到一定数值时周围空气传给湿纱布 的热量与水分蒸发所需吸收的热量恰好相等湿温泡周围的水温便不再下降,湿 球温度计的指示温度随之保持一稳定值即是周围空气状态所对应的湿球温度。图1-1湿球 当湿球温度计的指示温度保持稳定时贴近湿温泡表面的空气薄层达到饱和因温度测试 此,湿球温度也是这一饱和空气薄层的温度。 必须指出,对于给定的空气状态A,其湿球温度t。是一定的。湿球温度的形成过程是贴 近湿温泡的空气薄层由与周空气相同的状态A降温加湿变至饱和状态B的过程。在整个湿 球温度的形成过程中,周围空气仍保持其原状态A不变并始终对应着同一湿球温度t、A,只不 过贴近湿温泡的空气薄层由未饱和达到饱和,此局部的饱和空气薄层的温度等于湿球温度 A,而相对湿度p=100%。可见,与湿球温度的形成过程所对应的空气状态变化过程是等湿 球温度过程。 综土所述可知,只要空气的相对湿度φ<100%,空气的湿球温度就必然低于空气的干球温 度。而且,相对湿度愈低空气就愈干燥,湿纱布上的水分蒸发也就愈快相应的空气湿球温度将 会比干球温度低得愈多。根据测得的空气干球和湿球温度,可从专门的线图或表中查出空气相 应的相对湿度,空调设计的室外室气计算参数、空调器的进风参数一般都用空气的干球温度和湿 球温度表示 当空气的相对湿度9=100%时,空气达到饱和湿纱布上的水分不能蒸发这时湿球温度和 干球温度是相等的,也等于空气的露点温度。但在g<100%时,由于空气未达饱和,湿球温度虽 然低于干球温度,但仍会高于空气所处状态对应的露点温度。这就是说,通常空气的湿球温度总
是介于干球温度和露点温度之间;对于饱和空气,干球、湿球和露点温度三者相同。 还应指出,由于水与空气之间的传热过程及水的蒸发过程(统称热湿交换)都与空气的流速 有关,因而湿球温度计的指示温度也与空气的流速有关。实验表明,当空气不流动或流速很小 时湿纱布上的水与周围空气的热湿交换不充分,湿球温度计的测量结果误差较大;空气的流速 愈大,热湿交换愈充分,所测湿球温度愈准确。因此,工程上采用装有一小通风机的通风干湿球 温度计来测量空气的干球和混球温度。 (六}湿空气的焓 湿空气的焓应该是组成湿空气的干空气的焓与水蒸气的焓之和。湿空气的焙也以1kg干 空气作为计算基准,用h代表1kg于空气的,h、代表1kg水蒸气的焓。因为在含有1kg干 空气的湿空气中,水蒸气的含量为d×103kg,所以含有1kg干空气的湿空气,即(1+d 10-3)kg湿空气的焓h(kJ/kgDA)为 h=h:+d·h,×1O (1-5a) 通常规定0℃的干空气和0℃的水的焓为零,并且,在空调工程所涉及的温度范围内,干空 气和水蒸气的比定压热容可视为定值分别为cA=1.01k(kg·K)和c;、=1.85k/(kgK) 又水在0℃时的汽化潜热r=2501kJkg,因此,对t℃的空气有 h,=r+c。(t-0)=2501+1.85t 将h和h、代入式(1-5a)即得 h=1.01t+d(2501+1.85t)×10 (1-5b) 从式(1-5)可见,湿空气的焓包括显热和潜热两部分,其中潜热是水在0℃时汽化所吸入 的:因此温度升高,空气的焓不一定增加,还要看含湿量d如何变化。若d也增加,则增加的 水蒸气将给空气带入汽化潜热,湿空气的焓当然增加;若d减小,则减少的水蒸气将从湿空气中 带走汽化潜热,因而使湿空气的焓可能增加,可能不变,也可能减少 在空气处理过程中,对空气加热加湿或冷却去湿,空气的状态变化过程一般都可视为定压过 程,因而供给空气或从空气移走的热流量应等于 φ=(h2-h1)qn 式中中一热流量,W: q质量流量kg/s 可见,湿空气的焓可视为湿空气具有的能量 笫二节湿空气的焓湿图及其应用 空调的主要任务是对空气作适当的热湿处理,使之符合人的舒适要求或生产的工艺要求 对空气进行热湿处理的过程,是通过对空气加热加湿或羚却去湿,使空气的焓、含湿量或焓和含 湿量两者一起发生变化,从而改变空气的状态,达到需要的温度和相对湿度。由此可见,若以空 气的焓h(或i)和含湿量d作两坐标轴,构成湿空气的状态参数坐标图——焙湿图(h-d图或 -d图),将它用于确定空气的状态,表示空气的状态变化过程和作热力计算显然是很方便的
、愴湿图的组成 图1-2中,焓湿图以焓h和含湿量d作为两坐标轴,不过h、d两轴不像直角坐标系那样相 互垂直,而是取夹角约为135°,以使图面更为开阔和清晰。图上h、d的取值都以含1kg干空气 的湿空气作为计算基准。 h-d图上绘有下列等值线簇和读数线 /10Pa (一)等含湿量线(即等d线) d/g/kgDA 等d线是相互平行的纵线,读数分度等距标记在 图边框的上部,单位为g/kgDA。 (二)等焓线(即等h线) 等h线是与等d线夹角约135的平行线,读数线 位于=100%曲线的右下侧,与h线垂直,单位为k kgDA。为了避免单位换算,h读数线上有的同时绘有 以 kcal/kg DA为单位的分度。 (三)等干球温度线(即等t线) 由式(1-5b)知,当温度t取值一定时,焓h和含 湿量d成线性关系,因此,等t线为直线。在式(1 5b)中,(2501+1.85t)×103是等t线的斜率,它随 图1-2焓湿图 温度t的升高而增大。但在空调温度范围内,t的变 化很小,并且1.85t《2501,因此,在h-d图上,等温线是一簇近似水平的直线。在d=0的纵 线上和p=100%的曲线上都绘有温度取值的分度线,以方便读数,单位为℃。 (四)等相对湿度线(即等q线) 由式(1-4d)知在一定大气压力B下,当p为定值时,含湿量d仅由水蒸气的饱和分压力 户、决定,而p与温度t有一一对应的关系,因此,对给定的p从饱和水蒸气表查出不同温度t 所对应的p代入式(1-4d)算出相应的d由所得各组t、d对应值,便可在h-d图上确定若 于个与给定的p值对应的状态点将这些点连成的曲线就是等g线。等φ线是一簇自图面左下 向右上延伸的下凹曲线读数标在曲线上。9=100%的等φ线上各点与空气的饱和状态对应 称为饱和线。某一条d线与饱和线交点对应的温度,就是与该含湿量d对应的露点温度。可 见,φ=100%的等φ线也就是露点轨迹线。因为φ=0时,d=0,所以φ=0线与d=0线重合。 (五)水蒸气分压力p、的读数线 由式(1-4c)知,水蒸气的分压力与含湿量有一一对应的关系,根据这种对应关系,有的h d图在图面d读数线的上方直接绘出了与各d值对应的p,读数线(水平线);有的h-d图则是 在图的右侧边框下部标记户,读数分度,同时在图面右下部绘有p读数变换线。过某一d线与 p.读数变换线交点的水平线所指的p读数值即为与该d值对应的水蒸气分压力。 (六)等湿球温度线(即等t。线 有的h-d图上绘出了等湿球温度线但由于工程上可将湿空气的等湿球温度变化过程,近 似看作等焓过程,所以大多数h-d图就用等增线近似表示等湿球温度线。理由是:-方面湿球