空气调节技术第五章空气处理过程及其处理设备课件

1、 第 五 章空气处理过程及其处理设备5-1 概述一、空气热、湿处理的途径 为达到同一个送风状态点，空气可有不同的 处理途径。二、空气热、湿处理设备的类型 分类： 直接接触式 间接接触式 处理介质：水、蒸汽、吸湿剂、制冷剂。 I：直接： 喷水室 处理设备 蒸汽加湿器 液体吸湿剂 ：间接： 空气加热器 表面式冷却器5-2 空气与水直接接触时的热湿交换1、物理模型 把空气与水之间的交换饱和空气与未饱和空气之间的交换。2、分析 由于湿空气与饱和空气存在差势 （1）当t存在时，即t-tb 显热交换 ttb 放热、降温； ttb 吸热、升温 （2）当d存在时，即ddb 湿交换 （潜热交换） d(pq)db

2、(pqb) 空气去湿-产生凝结水 d(pq)db(pqb) 空气加湿-水蒸发（3）焓差h t h Q 全热 d 推动空气与水之间进行热湿交换的总动 力是焓差值，而不是温差。二、空气与水直接接触时的状态变化过程 1、冷却去湿A1 水温： tftAd2、等湿冷却 A2 水温： tf = tAd3、减焓加湿 A3 水温： tAd tf tAW4、等焓加湿 A4 水温： tf = tAW5、增焓加湿 A5 水温： tAW tA6、等温加湿 A6 水温： tf = tA7、升温加湿 A7 水温： tf tA5-3 用喷水室处理空气一、喷水室的构造和类型工作过程： 空气前挡水板喷水空间与水进行热湿交换后挡

3、水板出去。1、组成： 喷嘴、喷嘴排管、挡水板、底池与附属管道和外壳。喷嘴 喷嘴是喷水室的重要配件。其作用是使喷出的水雾化，增加水与空气的接触面积。 图5-5 Y-1型离心喷嘴1喷嘴本体 2顶盖 3锥体 4喷水空间 图5-6 Y一1型离心喷嘴的喷水性能(工作压力为105Pa)图5-7 BTL-1型喷嘴的喷水性能(工作压力为105Pa)图5-8 PX-1型喷嘴的结构示意图挡水板 挡水板是影响喷水室处理空气效果的又一重要部件。它由多折的或波浪形的平行板组成。 外壳及排管 喷水室的外壳一般用钢板加工，也可以用砖砌或用混凝土浇制，但要注意防水钢板与混凝土喷水室的外壁应加保温层。喷嘴一般采用梅花形布置，如

4、图5-10所示在喷水室里，喷嘴可以布置成一排、两排或三排。其喷水方向既可以顺气流方向(顺喷)，也可以逆气流方间(逆喷)。最常用的是两排对喷(第一排顺喷，第二排逆喷)，喷嘴排管的具体布置尺寸见图5-11。图5-10 梅花形布置 图5-11喷嘴排管的布置尺寸喷嘴排管与供水干管的连接方式一般采用上分式或下分式。喷水室断面较大时可以采用中分式。有时为了供水可靠，还可采用环式连接(图5-12)。不论采用哪种连接方式，都应在水管最低点设泄水阀或泄水丝堵，以便将存水泄净避免冬季冻裂水管。 底池及附属设备底池 底池大小，一般按能容纳23分钟的总喷 水量来确定。溢水器 普通的溢水器是一个矩形或圆形的喇叭口， 上

5、加水封罩。水封罩的作用是在保证送水的 同时，能将喷水室内外的空气隔绝 滤水器 滤水器通常做成圆筒形，以增大过水面积。 水管 底池又和四种管道相连，以方便运行与检 修。这四种管道是： 回水管也叫循环水管。 溢水管 补水管 泄水管2、类型： （1）喷水室布置形式：卧式和立式 （2）喷水次数： 单级和双级 （3）空气流动速度：低速和高速二、喷水室的水系统1、天然冷源的水系统 天然水 地下水、井水、泉水。 城市使用地下水要对其进行回灌。常采用 深井回灌技术。2、人工冷源的水系统 （1）自流回水方式 （2）压力回水方式 图517 使用壳管式蒸发器的重力式回水系统1壳管式蒸发器 2喷水室 3喷水泵 4三通

6、阀 5回水箱 6冷冻水泵图518 使用立式蒸发器的重力式回水系统 1喷水室 2喷水泵 3三通阀 4立式蒸发器 5冷冻水泵图519 有回水箱的敞开式压力回水系统1喷水室 2回水箱 3喷水泵 4三通阀 5回水 6立式冷水箱 7冷冻水泵三、喷水室的热工计算1、用喷水室处理空气的实际过程 分析三种情况：设：空气初态为A，终态为B， 水的初温为tf1，终温为tf2（1）假想过程： A 水量 W，接触时间结果：空气饱和，水温不变化。即： tf1 t = tf1 = tf2 B(2) 理想过程： 水量W，接触时间 除等焓加湿过程tB =tW = tf1外， A水温tf 都将变化。 最后： 空气饱和，水温升高

7、。即： tB = tf2 tf1 tf2 B tf1(3）实际过程： 水量W A 接触时间 空气终态： tBtf2 tf1 tf2 B tf1图5-20 用喷水室处理空气的实际过程 2、喷水室的热交换效率系数和接触系数 反映实际过程与理想过程的接近程度。 以冷却去湿过程为例： 理想： 13 t3 = tf2 tf1 实际： 12 t2 tf2 tf1（1）热交换效率系数 同时考虑空气与水的状态变化 即： 绝热加湿过程 (2）接触系数： 只考虑空气的状态变化。 由于131与232 3、影响热交换效率的因素及其实验公式 （1）空气质量流速的影响 ， qm = C，断面尺寸 ； 挡水板过水量及喷水室

8、阻力 , 一般 。 （2）喷水系数的影响 （3)结构特性的影响 喷嘴排数 单排换热效果双排三排 喷嘴密度 一般取n = 13-24个/（排） 喷水方向 单排：逆喷好于顺喷 双排：对喷好于逆喷 三排：一顺两逆排管间距 间距采用600 mm。 喷嘴孔径 小效果好 大不堵塞，优先采用 一般1与2用实验的方法确定：4、喷水室热工计算方法与步骤 方法： （1）掌握三个原则，用方程式表示 (a) (b) (c) 由于： (c)式为便于计算： 引入焓与湿球温差的比值 = 2.86 （2）设计计算型和校核型 A、设计计算型：已知：qm、t1、t2 ； 求：喷水室的结构、w、tf1、tf2、wl、wx。注意：

9、喷水室结构一经选定，便为已知条件。 B、校核型 已知：喷水室的结构参数，qm，t1,w,tf1； 求：t2、tf2。（3）辅助方程：由热平衡关系式 (4）步骤： 以设计计算为例： 已知： 风量qm，空气初、终态参数 ； （取tl = 5 ) 求： W、P、tf1、tf2、Wl、Wx ； (a) 选喷水室结构： 双排、对喷、do = 5mm 、n =13、取 v=3 ; (b) 列方程： 求得：、tf1、tf2。（c）求总喷水量度 W =qm（4）求喷嘴前水压 N = 2nA 单个喷嘴喷水量： 根据： Wo 查图5-6得PO do （5）求Wl及Wx Wx = W - Wl 5、喷水温度和喷水量

10、的关系 思路：调整W 改变tfl 关系： tl1-处理空气的露点温度 例5-26、阻力计算： H =Hd +Hp +Hw Hw = 1180b Hd - 挡水板阻力 HP - 排管阻力 Hw - 水苗阻力 7、双级喷水室的热工特点当：h较大 双级 W 。 1、特点： 水 级 级 空气 级 级 级 降温； 级 析出水分，去湿。 2、优点： 1） ； 2）tt ，dtW2 1 11。图5-25 双级喷水室原理图 图5-26 双级喷水室中空气与水的状态变化5-4 用表面式换热器处理空气表面式换热器: 空气加热器热水、蒸汽 表面式冷却器冷水、制冷剂一、构造与安装 1、构造 肋管式 管子 肋片形式很多

11、图5-28 各种肋片管构造(a) 皱褶绕片 （b）光滑绕片 （c）串片 （d）轧片 （e）二次翻边片5-29换热器的新型肋片（a）波纹型片 （b）条缝型片 (c)百叶缝型片 (d)针刺型片 2、布置与安装 (1）空气加热器布置与安装 分为 水平和垂直两种 。 qm并联 qm t串联 t 热媒管路 蒸汽管路采用并联 热水管路即可并联又可串联并联：水流动时阻力，水泵能量消耗。串联：水流动阻力，K和水力稳定性。串并联2）水冷式表冷器的布置与安装 垂直肋片保证垂直 串联 水平 倾斜 并联 表冷器下部应安装滴水盘和泄水管空气与水逆向流动 V水 = 0.5-1.8 m/s V= 2.5-3.5 kg/ms

12、 冷热两用 热水t65图5-32表冷器管路的连接（a）并联连接 （b）串联连接二、表面式换热器的传热系数 热湿交换过程的特点:当：tlt壁t 等湿冷却显热交换 t壁tl 减湿冷却 显热交换 潜热交换 湿工况下表冷器热交换能力干工况 用：换热扩大系数来表示增大Q =1 干工况 1 湿工况实际过程：对于只有显热传递的过程： Q = KFtm 肋管式：减湿冷却：当水为介质时: 空气加热器： 水： 蒸汽: 三、表面式换热器的热工计算1、水冷式表冷器的热工计算 (1)交换效率 （a）热交换效率系数 也是同时考虑空气和水的状态变化。1-实际换热量与最大可能换热量的比值1的理论表达式：5-33 表面冷却器处

13、理空气的参数传热单元数，r两流体的水当量比，由上有： 为简化计算，将其制成线算图根据 查图5-34得1。 图5-34 水冷式表冷器的1值线算图（适用于N4排逆交叉流）（b）接触系数 2 =2 即t3 -表冷器的平均温度，又称“机器露点”2理论表达式为：对于结构特性一定的表冷器： N Vy Vy = 2-3 m/S a-修证系数（a=0.8、0.9）(2）热工计算方法和步骤 方法： A.设计计算型 已知：qm、t1、t2 ; 求：表冷器型号、台数、排数、tw1、W。 B.校核型： 已知：型号、排数、qm、t1、W、tw1; 计算： t2、tw2是否满足要求。 设计计算步骤： 1计算2 初选表冷器

14、（型号、排数），查附录3-4 A. Vy 排数 2 定排数满足2 B. 定型号：3-5 设 Vy Fy， Fy型号及并联台数Vy 如： Vy与2（实）与计算2差别不大 就行，否则，需重选。还可知Fd、fw 2计算 3计算K （不同型号表冷器，K值试验公式不同）4求冷水量 5求1 查图 5-34 得1 6求水的初温：7计算冷负荷与tf2 Qo = qm(h1-h2) tf2 = tf1 + qm(h1-h2)/Wc校核计算步骤： 1求Vy及v水 2查表得23确定t2 t2 = tf1 + (46)4 计算5校核K6计算1并与1比较 如果： 1-1|0.01 合适; 否则重算。7计算Qo及 tw2

15、2、空气加热器的热工计算 设计计算 ， 校核性计算 （1）热交换效率法 干球温度效率1g ，定义： 要求tf165。 1g 确定 计算步骤：1根据Vy及v水求Kg2求热水流量：3求 及1g r4求tf1 5求Q Q = qmCp(t1-t2)6求tf2 (2）平均温差法 求Q ： Q = qmCp(t1-t2) 供热量： Qh = KAtm 常用tP代替tm 热水： 蒸汽：(3）设计计算步骤：1 初选加热器的型号 假定 A 求 A= qm/(V) (V) (V)= 8(V) 根据实际A V2计算K 根据附5-3中公式算 一般 v水 = 0.6-1.8 m/s kg/s 如果： （tf1-tf2

16、）一定，也可确定v水3计算A和台数 令Qh = Q 再根据A排数和台数 4检查安全系数 一般取传热面积为1.1-1.2。3、喷水式表冷器和直接蒸发式表冷器（1）喷水式表冷器 由于表冷器只能冷却或者冷却干燥空气，无法对空气进行加湿，更不容易达到较严格的湿度控制要求，所以在需要时还应另设加湿设备。 （2）直接蒸发式表冷器 有时为了减少冷冻机房面积，就把制冷系统的蒸发器放在空调箱中，直接冷却空气，这就是直接蒸发式表冷器。此外，在空调机组中冷却空气的蒸发器也都是直接蒸发式表冷器。 进行直接蒸发式表冷器的热工计算应用湿球温度效率和接触系数。直接蒸发式表冷器的湿球温度效率定义式是： 四、表面式换热器的阻力

17、计算 1、表冷器的阻力计算 分空气侧阻力和水侧阻力两种。分 干工况 Hg 湿工况 Hs HsHg 阻力计算公式见附录3-2。 2、空气加热器的阻力 实验公式： pa 热水： 其它计算公式见附录3-3。5-5 空气的其它热湿处理方法一、用电加热器加热空气特点：简单、方便、但不经济。 裸线式 管状式图5-39 管状电加热器1 接线端子 2瓷绝缘子 3紧固装置 4 绝缘材料 5电阻丝 6金属套管 二、空气的加湿处理 方法： 等温加湿喷水蒸汽 等焓加湿水吸收空气中的显热气化 1、等温加湿 W = qm（d2-d1）/1000 kg/s (1）蒸汽喷管和干蒸汽加湿器 (2）电加湿器 (3）电热、电极、P

18、TC蒸汽加湿器 2、等焓加湿 将常温水雾化或气化直接混入空气中。图5-40 空气加湿过程的状态变化图5-41 干式蒸汽加湿器1 喷管外套 2 导流板 3 加湿器筒体 4 疏导箱 5 导流管 6加湿器内筒体 7 加湿器喷管 8 疏水器图5-42 电热式加湿器图5-43 电极式加湿器1外壳 2 保温层 3电极 4 进水管 5溢水管 6 溢水嘴 7 橡皮短管 8 接线柱 9 蒸汽出口图5-44 超声波加湿器的原理图5-45 离心式加湿器三、空气的减湿处理方法： 通风减湿、冷却减湿、吸收与吸附减湿四种。 1、通风减湿 将室外d外d内的空气送入房间。 2、冷却减湿 冷冻减湿机 制冷量： Qo = qm(

19、 h1 - h2 ) 减湿量： W = qm（d1 - d2） 特点： 性能稳定，可靠性好，管理方便，但初投 资大。图5-46 冷冻减湿机的工作原理图1蒸发器 2 风机 3 冷凝器 4 集水器 5、6 节流装置 7过滤器8 热交换器 9 储液器 10 油分离器 11压缩机图5-47 冷冻减湿机中的空气状态变化3、吸收减湿（液体吸湿剂减湿） 原理： 利用某些盐类对水蒸汽的吸收能 力，对空气进行减湿处理。 设备： 对盐溶液进行再生处理。4、吸附减湿 用固体吸湿剂减湿的方法。 常用的固体有： 硅胶、氯化钙和分子筛等。图5-48为氯化锂溶液的P-图图5-49为蒸发冷凝再生式液体减湿系统1 空气过滤器

20、2 喷液室 3 表面冷却器 4 送风机 5溶液冷却器 6 溶液泵 7 溶液箱 8 热交换器 9再生溶液泵 10 蒸发器 11冷凝器4、固体吸湿剂减湿用固体吸湿剂减湿的方法称之为吸附减湿。有些固体，如硅胶、氯化钙和分子筛等，具有很强的吸水性能，可以用作固体吸湿剂。固体吸湿剂的减湿原 理，对不同的 吸湿材料来说 是不同的。在空调工程中， 常用的吸湿剂是 硅胶和氯化钙 。图5-51 氯化钙动态减湿装置1 轴流风机 2活动抽屉吸湿层 3 进风口 4 主体骨架图5-52是一种硅胶动态减湿装置1 硅胶箱外壳 2 抽屉式硅胶减湿层 3 分风隔板 4 密封门图5-53 转筒式硅胶除湿机1 箱体 2 转筒 3

21、电加热器 4蒸发器 5、6 风机图5-54 转轮除湿机工作原理1 再生用加热器 2 转轮 3 固定隔板5-6 空气净化及处理设备一、空气净化的目的 所谓净化处理，主要是除去空气中的悬浮尘埃，在某些场合还有除臭、增加空气离子等要求。室内空气的净化要求。二、室内空气的净化标准 室内空气的净化要求是以含尘浓度来划分的。根据生产要求和人们工作生活的要求，通常将空气净化分为三类: 1一般净化 2中等净化 3超净化图5-55 洁净度等级三、大气尘的尖粒特性和含尘量(一) 空气的含尘浓度的表示方法 空气的含尘浓度是指单位体积空气中所含 的灰尘量。质量浓度单位体积空气中含有的灰尘质量计数浓度-单位体积空气中含

22、有的灰尘颗粒数粒径颗粒浓度-单位体积空气中所含有的某一 粒径范围的灰尘颗粒数；（二）大气尘的尖粒特性 大气尘是空气净化的直接处理对象。它不仅包含固态微粒（粒尘、烟尘），而且还包含液态微粒(雾等) 。1、大气尘的浓度2、大气尘的粒径分布 四、过滤器的滤尘处理及其主要特性 对于空气悬浮微粒，一般有以下几种基本的处理方法。（一）重力作用（二）扩散作用（三）筛滤作用（四）惯性（或称撞击）作用（五）静电作用五、过滤器的主要性能指标 可用过滤效率，穿透率，气流阻力及容尘量来评价。（1）过滤效率（2）穿透率（3）过滤器阻力（4）过滤器的容尘量（5）过滤器的速和滤速（一）过滤效率在过滤器的诸多性能中，过滤效果

23、是较重要的，一般以过滤效率表示。过滤效率是衡量过滤器捕获尘粒能力的一个特性指标。它是指在额定风量下，过滤器捕获的灰尘量与过滤器前进入过滤器的灰尘量之比的百分数，亦即过滤器前后空气含尘浓度之差与过滤器前空气含尘浓度之比的百分数。单级过滤器的效率为 如不同的过滤器串联使用，其总效率为 按效率的定义可知将此结果代入式(5-50)可得 图5-56 过滤器串联效率 (二）穿透率 穿透率是指过滤后空气含尘浓度与过滤前空 气含尘浓度之比的百分数，即（三）过滤器阻力 实验得出为沾尘的新纤维过滤器的阻力值可以近似地以下式 表示： 过滤器阻力亦可整理成下式：（四）过滤器的容尘量 当过滤器的阻力（额定风量下）达到终

24、阻力时，过滤器所容纳的尘粒质量称为该过滤器的容尘量。（五）过滤器的面速和滤速 过滤器的面速和滤速可以反映过滤器通过风量的能力。 六、过滤器的分类和结构（一）空气过滤器的分类1、按过滤效率的高低分类 粗、中、高2、按构造分类 浸油金属网、 静电集尘器、 纤维过滤器 发泡材料过滤器（二）空调工程中常用过滤器的结构（1）初效过滤器 一般对粒径5um的尘粒能有效过滤。 常用滤料为金属网，金属环玻璃丝，粗孔聚氨酯泡沫型塑料等。 浸油金属网过滤器 YX型初效空气过滤器 CWA型初效过滤器 M型泡沫塑料过滤器 WL型泡沫塑料过滤器2. 中效过滤器中效过滤器一般对大于1m的粒子能有效过滤，它适合于有中等净化要

25、求的通风空调房间。中效过滤器所使用的滤料一般是中细孔泡沫塑料、玻璃纤维（比初效过滤器用玻璃纤维直径小，约10m左右）、人造纤维（涤纶、丙纶、腈纶）合成的无纺布等。 ZKL中效过滤器 ZW中效过滤器3、高效过滤器高效过滤器可分为亚高效、高效及超高效过滤器，主要过滤1m的尘粒。一般用于结净厂房的最后一级空气过滤。一般滤料为超细玻璃纤维或合成纤维，加工成纸状，称为滤纸。常用的高效过滤器有SJ-GB型、GB型等。（）SJ-GB型高效过滤器（2）GB型高效过滤器4、静电集尘器 在空调净化中亦可采用静电集尘器。其特点是对不同粒径的尘粒均可有效捕集。 静电集尘器为 二段式： 第一段为电离 段，第二 段为集尘

26、段。 七、常用过滤器的选择 应综合考虑工艺对室内洁净度的要求室内空气含尘浓度，系统阻力、维护管理及一次投资等各种因素，根据具体情况选择 原则： 一般要求的空调系统，选用一道粗放过滤器；中等净化要求的空调系统，可设置粗、中两道过滤器；对于有超净要求的空调系统，则至少应设置三 道过滤器。本章要点：1.在空调工程中，要使不符合要求的空气，达到既定状态，必须借助热湿处理装置对空气进行必要的热湿处理。这种处理包括对空气的加热、冷却、除湿，可以是其中的一种处理。2.根据能量守恒的基本原理，在空气热处理过程中需要有与其进行热湿交换的介质，空调工程中常用的热湿交换介质有水、水蒸气、制冷剂以及一些固体或液体吸湿

27、剂(如硅胶、氯化锂、三甘醇等)。3.空气热湿处理装置按热湿交换介质与空气的接触方式可分为直接接触式和间接接触式(又称为表面式)两大类，喷水室及各种加湿器属于前者；各种表面式换热器则均属于后者。4.不论空气与水滴、水膜 还是水面直接接触发生的热湿交换，实质上都是空气与水(水滴、水膜、水面等)表面饱和空气边界层的热湿交换。边界层空气的状态及参数与水的温度密切相关。5.用喷水室处理空气可以实现七种状态变化过程，具体是哪种过程，辊什么，可以根据喷水温度与被处理空气初态的露点温度、湿球温度以及干球温度的数值比较推得。6.用表面形式换热器处理空气只能实现三种过程，除了等湿升温过程外，其他两种过程喷水室也能

28、实现。但喷水室只能使用水这一种介质处理空气，而表面式换热器则可以使用水、水蒸气、制冷剂三种介质来处理空气。7.空调工程中使用的表面式换热器均为各种片形的肋片管式换热器，它通常是作为空调设备的一个部件使用，因此“别名“很多，如表冷器、空气加热器、盘管、蒸发器、冷凝器等。8.用电加热器处理空气，空气发生等湿升温变化，这类装置结构简单，使用方便，有裸线式和管状式两种基本结构形式。9.加湿方式分水加湿和蒸汽加湿两种，加湿装置也相应在分为水加湿装置和蒸汽加湿装置两大类，对应能实现的空气处理过程工程上分别按等温加湿和等焓加湿过程看待。10.除湿的方式有五种，相应能实现的空气处理过程分别为：喷水室、表面工换热器 减湿冷却； 冷冻除湿 增焓减湿； 固体吸湿剂除湿等焓减湿；液体吸湿剂除湿升温减湿、等温减湿和降温减湿。11.空气热湿处理的途径由所选择的热湿处理装置决定，不同状态的空气经过不同的途径有可能达到