空气调节整理[务实运用]

1、引 言第一章 湿空气的物理性质及其焓湿图空气调节（Air Conditioning） 空气调节的任务：采用技术手段，创造和满足一定要求的空气环境。 一定要求的空气环境：一般是指在某一特定空间内对其 空气温度通过加温、降温，调节空气的温度 空气湿度通过加湿或减湿，调节空气的湿度 空气清洁度通过净化处理，使空气具有一定的洁净程度 空气流动速度使空气具有一定的流动速度（简称“四度”）进行调节，达到并保持满足人体舒适和工艺过程的要求。 更高要求的空气环境：除上述之外，有时还需对空气的压力、成分、气味和噪声等进行调节和控制。关于工程热力学的几个基本概念：1 理想气体与实际气体理想气体是一种实际上不存在的

2、气体。就是假定该气体分子是些弹性的、不占据空间的质点，分子相互之间没有作用力。实际气体理想气体实质上是实际气体在压力趋近于零（P0），比容趋近于无穷大（）时的极限状态。2 湿空气与干空气湿空气是指含有水蒸汽的空气，它是干空气和水蒸汽的混合物。存在于大气中的水蒸汽， 由于其分压力通常很小，并大都处于过热状态，比热容很大，因此湿空气可按理想 气体处理。干空气干空气是指完全不含有水蒸汽的空气。在热力学中，常温常压下（空调属于此范 畴）的干空气可认为是理想气体。3 绝热过程是状态变化的任何一段微元过程中工质与外界都不发生热量交换的过程，即过程中每一瞬间都有 dq=0整个过程与外界交换的热量当然亦为零

3、q=0关于传热学的几个基本概念：1 质交换传质是在一个多组分的系统中进行的。物质的分子总是处在不规则的热运动中，在有物质组成的二元混合物中，如果存在浓度差，由于分子的随机性，物质的分子会从浓度高处向浓度低处迁移，这种迁移称为浓度扩散或简称扩散，并通过扩散产生质交换。2 产生质交换的动力浓度差是产生质交换的动力，温度差是传热的动力，压力差导致压力扩散。在没有浓度差的二元体系（即均匀混合物）中，如果各处存在温度差或总压力差，就会产生热扩散或压力扩散，扩散的结果会导致浓度变化并引起浓度扩散。3 质交换的两种基本方式分子扩散在静止的流体或垂直于浓度梯度方向作层流运动的流体以及固体中的扩散是由微 观分子

4、运动所引起的，即为，它的机理类似于导热。紊流扩散在流体中由于紊流脉动（对流运动）引起的物质传递，即为，它比分子扩散传质 要强烈得多。4 质交换的分析方法质交换、热交换及动量交换三者在机理上是类似的，所以在分析质量交换的方法上也和热量交换及动量交换具有相同之处。第一节 湿空气的物理性质1 湿空气的物理性质湿空气由干空气和水蒸汽组成，遵循理想气体的变化规律。2 湿空气的状态参数主要状态参数大气压力B，温度t，相对湿度，含湿量d，焓i（1）压力 P 大气压力 B ，B = Pg + Pq (Pa) 水蒸汽分压力 Pq 饱和水蒸汽分压力 Pq,b 干空气的分压力 Pg 要点： 水蒸汽分压力的大小直接反

5、映了水蒸气的含量的多少； 在一定温度下，空气中的水蒸汽含量越多，空气就越潮湿，水蒸汽分压力也越大； 湿空气中的水蒸汽含量达到最大限度时，多余的水蒸汽就会凝结成水从空气中析出； 饱和水蒸汽分压力 Pq,b是温度的单值函数，也即Pq,b值仅取决于温度，温度越高，Pq,b值越大。（2）温度 T 绝对温标T （K） 摄氏温标t （） 华氏温标t （）（3）湿空气的密度 湿空气的密度等于干空气的密度与水蒸汽的密度之和，即 =g+q = Pg/RgT + Pq/RqT = 0.003484 B/T - 0.00134Pq/T (kg/m3) 要点： 湿空气的密度取决于Pq值的大小，它随水蒸汽分压力Pq的升

6、高而降低。由于Pq值相对于Pg值而言数值较小，湿空气比干空气轻； 空气越潮湿，水蒸汽含量越大，则空气密度越小，大气压力B也越低。阴雨天气大气压力B比晴天低； 温度t越高，则空气密度越小，大气压力B也越低。同一地区夏天比冬天大气压力B低。（4）湿度含湿量d ，在湿空气中与1kg干空气同时并存的水蒸汽量。 d = 0.622Pq / (B-Pq) (kg/kg干) = 622Pq / (B-Pq) (g/kg干) 饱和含湿量d b，空气中水蒸汽量已达到最大限度，不再有吸湿能力，即不能再接 纳水汽。 相对湿度，空气中水蒸汽分压力Pq和同温度下饱和水蒸汽分压力Pq,b之比。 = Pq / Pq,b x

7、 100% 要点： 当大气压力B一定时，水蒸汽分压力Pq只取决于含湿量d。含湿量d随水蒸汽分压力Pq的升高增大，反之亦然。 当含湿量d一定时，水蒸汽分压力Pq随大气压力B的增加而上升，反之亦然。 含湿量d能确切反映空气中含的水蒸汽量的多少，但不能反映空气的吸湿能力，不能表示湿空气接近饱和的程度。 相对湿度能反映湿空气中水蒸汽含量接近饱和的程度，但不能表示水蒸汽的含量。 值小，表示空气离饱和程度远，空气较为干燥，吸收水蒸汽能力强；值大，表示空气更接近饱和程度，空气较为潮湿，吸收水蒸汽能力弱。（5）湿空气的焓 i 指每1kg干空气的焓ig 和d kg水蒸汽的焓iq两者的总和。 i = ig +d

8、iq =（1.01+1.84d）t + 2500d (kJ/kg干) 要点： 湿空气的焓 i 随温度t和含湿量d的升高而加大，随其降低而减小。（6）空气的露点温度 t在含湿量d不变的条件下，湿空气达到饱和时的温度。它只取决 于空气的含湿量d，含湿量d不变时，t也为定值。 要点： 湿空气的露点温度t是判断空气结露的判据。湿空气的状态参数有： B，t，d， i 和 Pq,b，d b，Pq，t，ts 当B =const时，（ t，Pq,b，d b ） 互为相关， 另外， （d，Pq，t） 互为相关， （i，ts） 互为相关。 湿空气的主要状态参数大气压力B，温度t，相对湿度，含湿量d，焓i第二节 湿

9、空气的焓湿图焓湿图可以直观的描述湿空气状态的变化过程。我国现在采用的焓湿图以焓为纵坐标，以含湿量为横坐标的i-d 斜角坐标图。为了说明空气由一个状态变为另一个状态的热湿变化过程，在i-d图上还标有热湿比线。热湿比湿空气的焓变化与含湿量变化之比，即 =i/d=（iB- iA）/（dB- dA）=Q/W =i/d/1000 =（iB- iA）/（dB- dA）/1000=Q/W/1000 要点： 焓 i的单位为kJ/kg干，含湿量的单位为kg/（kg干）或g/（kg干）， 热量Q的单位为kJ/h，湿量W的单位为kg/h， 热湿比有正有负，并代表湿空气状态变化的方向。 i-d图可以表示的参数有 B，

10、t， d，i ， Pq，ts，t， Pq,b，d b 第三节 湿球温度与露点温度热力学湿球温度ts：（1）定义在定压绝热条件下，空气与水直接接触达到稳定热湿平衡时的绝热饱和温度。（2）热湿交换机理在绝热加湿过程中，水分蒸发所需的热量全部取自空气，空气失掉显热 后，温度t下降，焓i值减少；而空气得到水蒸汽带来汽化潜热和液体热 后，总的焓i值增加，且相对湿度增大达到饱和。（3）要点 在小室内空气状态的变化过程是水温的单值函数，空气达到饱和时的空气温度即等于水温度。 =（i2- i1）/（d2- d1）/1000= iW =4.19tW 绝热饱和温度ts完全取决于进口湿空气及水的状态和总量，它是湿空

11、气的一个状态参数。干湿球温度计：（1） 构造干球温度计是一般的温度计，湿球温度计头部被尾端浸入水中的吸液芯包裹。（2） 原理当空气流过时，大量的不饱和空气流过湿布时，湿布表面的水分就要蒸发，并扩散 到空气中去；同时空气的热量也传递到湿布表面，达到稳定后，水银温度计所指示 的温度即为空气的湿球温度。水蒸汽分压力Pq与湿球温度ts的关系 Pq = P*q,b - A(t - ts)B A=/(rx101325) =(65+6.75/v)x10-5干湿球温度计读数差值的大小，间接地反映了空气相对湿度的状况。（3） 要点 紧靠近湿布表面的饱和空气的焓就等于远离湿布来流的空气的焓，即湿布表面进行热、质交

12、换过程中，焓值不变； 湿空气的焓是湿球温度的单一函数； 当气流速度在540m/s范围内，流速对湿球温度值影响很小； 在空调温度范围内可视作湿球温度与绝热饱和湿球温度ts 数值相等。 i-d图上，在工程计算中，可近视认为等焓线即为等湿球温度线。露点温度t第四节 焓湿图的应用湿空气的i-d图可以表示空气的状态和各状态参数B，t， d，i ， Pq，ts，t， Pq,b，d b ；湿空气状态的变化过程；求得两种或多种湿空气的混合状态。 CB （iC- iB） （dC- dB） GA = = = AC （iA- iC） （dA- dC） GB第二章 空调负荷计算与送风量关于空调负荷的几个基本概念得热（

13、湿）量在室内外热、湿扰量作用下，某一时刻进入一个恒温恒湿房间内的总热（湿）量。耗热量从空调房间散失出去的热量即为。冷负荷在某一时刻为保持房间恒温恒湿，需向房间供应的冷量即为。热负荷为补偿房间失热而需向房间供应的热量。湿负荷为维持室内相对湿度所需由房间除去或增加的湿量即为。第一节 室内外空气计算参数室外空气计算参数和室内温湿度标准是空调房间冷（热）、湿负荷计算的依据。空调房间的室内温度、湿度的要求，用两组指标来反映，空调温度 tn = 空调温度基数+空调精度（室内温度允许波动范围）相对湿度n = 相对湿度基数+空调精度（相对湿度允许波动范围）室内温、湿度设计标准的确定依据：对于舒适性空调，主要从

14、人体的舒适感来考虑，一般不提空调精度的要求；对于工艺性空调，要考虑满足工艺过程对温、湿度基数和空调精度的特殊要求，同时兼顾人体的卫生要求。人体的热平衡和舒适感人体的舒适状态是由许多因数决定的，其中和热感觉有关的有：室内空气温度 tn 及其在空间的分布和随时间的变化；室内空气的相对湿度n；人体附近的气流速度v；围护结构内表面及其它物体表面的温度；人体的温度、散热及体温调节；衣服的保温性能及透气性。人体热平衡 S = M - W - E - R - C （W/） S = 0，人体状态正常，体温为36.5， S 0，人体状态不正常，体温上升，高于36.5， S 轻型结构的放热特性。冷负荷的形成过程：

15、外扰（室外综合温度，具有周期性） 室内得热量（内扰量，反应了围护结构对外扰量的衰减和延迟性）；内扰量（室内得热量） 某时刻的总冷负荷 = 对流得热量 瞬时冷负荷的一部分； 辐射得热量 考虑房间总体蓄热作用后，转 化成的瞬时冷负荷。2）通过窗户的得热量及其形成的冷负荷 通过窗户进入室内的得热量有：瞬变传热得热和日射得热量 瞬变传热得热由室内外温差引起的； m 得热量 Q = KF An cos(n- n ) (W) n=1 相应冷负荷 m CLQ =d Q + f KF （ An/n,）cos(n- n - n ) (W) n=0 日射得热量 透过玻璃以短波辐射形式直接进入室内和被玻璃吸收的太阳

16、辐射热传向 室内的热量之和。 m 得热量 Q = Cs Cn F Bn cos(n- n ) (W) n=1 相应冷负荷 m CLQ =d Q + f Cs Cn F （ Bn/n,）cos(n- n - n ) (W) n=1谐波法的工程简化式 外墙和屋顶 CLQ = KFt- 外窗 瞬变传导得热形成的冷负荷 CLQ c = KFt 日射得热形成的冷负荷 CLQ j = xg xd Cs Cn FJ j室内热源散热形成的冷负荷室内散热热源包括工艺设备散热、照明散热、人体散热等。 室内散热 = 显热（对流热+辐射热）+ 潜热 对流热 即刻形成瞬时冷负荷； 辐射热 先被围护结构等物体表面吸收，然

17、后再缓慢地逐渐散出，形成滞后冷负荷； 潜热 即刻形成冷负荷。 室内散热形成得热量 冷负荷 在舒适性空调设计中，为了简化计算， 室内散热形成得热量 冷负荷工艺设备（用电设备）散热主要考虑电热设备的散热量和电动设备的散热量，均为显热散 热。 显热散热形成的冷负荷 LQ = QJE-T JE-T ：设备的显热散热冷负荷系数照明设备散热室内照明设备散热属于稳定得热，只要电压稳定，这一得热量不随时间变化。 但形成的瞬时冷负荷低于瞬时得热。 照明散热形成的冷负荷 LQ = QJL-T JL-T ：照明散热冷负荷系数人体散热人体散热与性别、年龄、衣着、劳动强度以及环境条件（温、湿度等）等多种因素 有关。 人

18、体显热散热形成的冷负荷 LQs = qs n n JP-T （W ） 人体潜热散热形成的冷负荷 LQL = qL n n （W） n ：群集系数。对于性质不同的建筑物中有不同比例的成年男子、女子和儿童数 量。为了实际计算的方便，以成年男子为基础，乘以考虑了各类人员组成比 例的系数。（二）空调室内冬季热负荷 冬季空调系统加热加湿所需费用小于夏季冷却减湿的费用，为便于计算，冬季围护结构传热量可按稳定传热方法计算。（三）空调系统湿负荷计算 空调系统的湿负荷主要来自人体散湿和工艺过程与工艺设备散湿。内容要点室外空气的温度、湿度、太阳辐射强度、风速和风向，以及邻室的空气温室，它们将通过热交换和空气交换的

19、形式影响房间的热湿状态； 照明装置、设备和人体的散热（湿）则以对流和辐射的形式向房间进行热（湿）交换； 辐射热形成的冷负荷不仅在数量上小于辐射热，而且在时间上也有所滞后，围护结构和家具的 蓄热特性决定了该负荷的衰减和延迟； 空调房间冷（热）、湿负荷是确定空调系统送风量和空调设备容量的基本依据。第五节 空调房间送风状态及送风量的确定空调房间夏季送风状态和平送风量确定的基本步骤：1） 首先根据前面介绍的方法，求得空调房间的冷（热）、湿负荷；2） 确认要消除的室内余热、余湿及维持空调房间要求的空气参数；3） 根据热湿平衡原理，建立 送风气流所吸收的热量 = 室内的冷负荷 送风气流所吸收的湿量 = 室

20、内的湿负荷 的热湿平衡方程式，由此确定送风量；4） 由热湿比线及由空调精度确定的送风温差t确定送风状态。换气次数房间送风量L（m3/h）和房间体积V（m3）的比值。 n = L / V （次/h） 换气次数是通风和空调工程中常用来衡量送风量的指标。换气次数越大，送风量也越大，房间 空调精度也越高； 洁净室的换气次数较普通空调大很多。空调房间冬季送风状态和送风量确定基本步骤同夏季。内容要点：冬季通过围护结构的温差传热往往是由内向外传递，只有室内热源向室内散热，故冬季室内余热通常比夏季少得多，有时甚至是负值；余湿量冬夏一样；送热风时送风温差t可比送冷风时大，但必须满足最小换气次数的要求，同时送风温

21、度不应超过45；空调送风量是先确定夏季送风量，冬季的送风量可与夏季同，也可低于夏季；送风温差t大，送风量就小，处理和输送空气的设备也相应减少，系统运行费和初投资都可小。送风量过小，会导致室内空气温度和湿度分布的均匀性和稳定性。第三章 空气的热湿处理参考资料:1 薛殿华 主编，空气调节，清华大学出版社，2000年3月2 清华大学暖通教研组，空气调节基础，中国建筑工业出版社，1991年7月3 郑爱平 编著，空气调节工程，科学出版社，2002年8月4 章熙民等 编，传热学（第二版），中国建筑工业出版社，1984年7月5 连之伟等 主编，热质交换原理与设备，中国建筑工业出版社，2001年9月第一节 空

22、气热湿处理的途径及使用设备的类型1空气热湿处理的各种途径对于空气调节系统来说，一个空气调节全过程是由空气处理全过程及送入房间的空气状态变化过程组成的。每一个空气处理全过程都包含着几个空气处理过程。通常夏季需要对空气进行冷却减湿处理，而冬季则需加热加湿。2空气热湿处理设备的类型为了实现空气处理过程，需要采用不同的空气处理设备，如 加热设备、冷却设备、加湿设备、减湿设备与空气进行热湿交换的介质，有 水、水蒸汽、冰、各种盐类及其水溶液、制冷剂及其它物质直接接触式热湿交换设备（第一类热湿交换设备）与空气进行热湿交换的介质与被处理的空气直接接触，即让空气流经热湿交换介质的表面或将热湿介质喷淋到空气中间去

23、。喷水室（插入东方3-05卧式喷水室）蒸汽加湿器（插入拍摄1）局部补充加湿装置（喷水加湿装置）（插入拍摄2）使用液体吸湿剂的装置表面式热湿交换设备（第二类热湿交换设备）与空气进行热湿交换的介质不与被处理的空气直接接触，即空气与介质间的热湿是通过设备的金属表面来进行的。 光管式和肋片管式空气加热器（热水及蒸汽做热媒）（插入东方3-15肋管式换热） 空气冷却器（冷水或制冷剂做冷媒）（插入拍摄3表面冷却器）3. 常用热湿交换设备 喷水室、表面式换热器第二节 空气与水直接接触时的热湿交换1. 当空气遇到敞开的水面或飞溅的水滴时，根据水温的不同，会与水面之间发生显热交换、湿交换，在湿交换的同时，还将伴随潜热交换。 显热交换由于空气与水之间存在温差，因导热、对流和辐射作用而进行换热的结果。 潜热交换是空气中的水蒸汽凝结（或