空气调节理论基础知识

引言

第一章湿空气的物理性质及其焰湿图

空气调节（AirConditioning）

・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

空气清洁度一通过净化处理，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

理想气体一是一种实际上不存在的气体。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。

实际气体一理想气体实质上是实际气体在压力趋近于零（P-0），比容趋近于无穷大（U-

8）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m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=O

整个过程与外界交换的热量当然亦为零

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(即均匀混介物)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

观分子运动所引起的，即为，它的机理类似于导热。

紊流扩散一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

主要状态参数一｛大气压力5,温度t,相对湿度0,含湿量d焰力

(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力

干空气的分压力Pg

要点：

♦水蒸汽分压力的大小直接反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，

尸效值越大。

⑵温度T

绝对温标T(K)

摄氏温标t(℃)

华氏温标t(°F)

(3)湿空气的密度P

湿空气的密度等于干空气的密度与水蒸汽的密度之和，即

=Pg/^gT+PqRM

=0.003484B/T-0.0013W7(kg/m3)

要点:

♦湿空气的密度取决于自值的大小，它随水蒸汽分压力阀的升高而降低。由于均值

相对于出值而言数值较小，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5也越低。阴雨天气大气

压力3比晴天低；

♦温度£越高，则空气密度越小，大气压力5也越低。同一地区夏天比冬天大气压力5

低。

(4)湿度一含湿量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/1^干)

=622Pq/(B-Pq)(g/kg干)

饱和含湿量d”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0,空气中水蒸汽分压力4和同温度下饱和水蒸汽分压力之比。

8PqlPq,bX100%

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do含湿量d随水蒸汽分压

力%的升高增大，反之亦然。

♦当含湿量d一定时，水蒸汽分压力坨随大气压力8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)湿空气的焰i一指每1kg干空气的焰和dkg水蒸汽的焰。两者的总和。

i=ig+diq

=(1.01+1.84c0t+2500J(kj/kg干)

要点：

♦湿空气的焰i随温度t和含湿量d的升高而加大，随其降低而减小。

(6)空气的露点温度九一在含湿量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，人也为定值。

要点:

♦湿空气的露点温度上是判断空气结露的判据。

湿空气的状态参数有：

｛B,t,d,(P,i｝和｛尸他db，Pq,t,,te)

当5=const时，(f,Pq,b,n)互为相关，

另外，(d,Pq,t)互为相关，

G,ts)互为相关。

湿空气的主要状态参数一｛大气压力B,温度右相对湿度含湿量&焰力

第二节湿空气的焰湿图

熔湿图可以直观的描述湿空气状态的变化过程。我国现在采用的焰湿图以焰为纵坐标，以含湿量

为横坐标的户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，在公d图上还标有热湿比£线。

热湿比£—湿空气的焰变化与含湿量变化之比，即

£=△[/△*(iB-iA)/(drd*)=±Q/土/

£=/〃/砂1000=(iB-i*)/(ck-&)/1000±0/±ri000

要点:

♦焰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”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。

♦Rd图可以表示的参数有

{B,t,d,①，i,Pq,ts,t,,Pq,b,db}

第三节湿球温度与露点温度

热力学湿球温度如

(1)定义一在定压绝热条件下，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)热湿交换机理一在绝热加湿过程中，水分蒸发所需的热量全部取自空气，空气失掉显热

后，温度/下降，焰i值减少；而空气得到水蒸汽带来汽化潜热和液体热

后，总的熔，•值增加，且相对湿度0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-i.)/[(廿d,)/1000]=i,=4.19t.

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，它是湿空气的一个状态参数。

干湿球温度计：

(1)构造一千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)原理一当空气流过时，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=Pq,b-A(t-ts)B

A=a/(r£xl01325)

=(65+6.75/v)xl0^

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焰就等于远离湿布来流的空气的焰，即湿布表面进行

热、质交换过程中，熔值不变；

♦湿空气的焰是湿球温度的单一函数；

♦当气流速度在570m/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。

♦M图上，在工程计算中，可近视认为等熔线即为等湿球温度线。

露点温度f,

第四节焰湿图的应用

湿空气的以图可以表示

空气的状态和各状态参数——{B,t,d,d>,i,Pq,ts,t,,Pq,b,db}；

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-1B)(de-de)GA

AC(iA-ic)(Mde)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(湿)量一在室内外热、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。

冷负荷一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，

空调温度力=空调温度基数+空调精度（室内温度允许波动范围）

相对湿度0“=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%及其在空间的分布和随时间的变化；

室内空气的相对湿度①”;

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（Wm2）

S=0,人体状态正常，体温为36.5C,

S〉0,人体状态不正常，体温上升，高于36.5C,

5<0,人体状态不正常，体温下降，低于36.5C。

室内空气状态变化与人体冷热感的变化关系

tn上升，人体对流热C减少---热感；

R增大,Pqb增大,人体汗液等蒸发热E减少一热感；

围护结构内表面和周围物体表面温度上升，人体辐射散热R减少一热感；

图下降，人体对流热C增大——冷感；

周围空气流速增大，人体对流热C增大，人体水分蒸发热£增大——冷感。

有效温度图和舒适区

新有效温度ET7effedivetempertun!）―通过温度、湿度及气流速度3个要素的组合，表示人体感觉

的特别温度。

等效温度线一一在等效温度线上各个点所表示的空气状态的实际干球温度、相对湿度不相同，但

各点空气状态给人体的冷热感相同。

美国供暖、制冷、空调工程师学会（ASHRAE）推荐的舒适标准5星74

ET*=225*~25*,

f,产22~27℃0〃=20%~70%

室内热环境的评价指标PMV-PPD

PMV-PPD综合考虑了人体活动情况、着衣情况、空气温度、湿度、流速、平均辐射温度等6各因

素。

PMV（PredictedMeanVote预期平均评价）——代表了对同一环境绝大多数人的冷热感觉，可用

PMV指标来表示对热环境下人体的热反应。PMV值-3~+3

根据人体热平衡的原理，

人体产热-对外作功消耗-体表扩散失热-汗液蒸发失热-呼吸的显热和潜热交换

=通过衣服的换热

宅热环境内通过对流和辐射的换热

确定PMV的数学分析式。

PPD（PredictedPercentageofDissatisfied预期不满意百分率）---表示对热环境不满意的百分数，

这是考虑人与人之间生理的差别。PPD值2100%

利用概率分析法确定PMV-PPD之间的关系。

舒适性空调的室内空气设计参数（做成表格形式）

季节agrc相对湿度4工作区风速/（m/s）

夏季24-2840-60W0.3

冬季18-22一般建筑可不做规定，高级建筑〉35WO.2

工艺性空调有

一般降温性空调、恒温恒湿空调和净化空调。

室外空气计算参数

室外空气温、湿度变化规律

室外空气的干、湿球温度随季节、昼夜、时刻变化；

空气的相对湿度0取决于空气干球温度f和含湿量d：

若视一昼夜含湿量不变，相对湿度。的变化规律与干球温度f变化规律相反。

室外空气计算参数的确定：

设计规范中规定的设计参数是按全年少数时间不保证室内温湿度标准而制定的。

夏季空调室外计算干球温度一采用历年平均不保证5（）h的干球温度；

夏季空调室外计算湿球温度白一采用历年平均不保证50h的湿球温度；

夏季空调室外计算日平均温度twp一采用历年平均不保证5天的日平均温度;

冬季空调室外计算温度一采用历年平均不保证1天的日平均温度；

冬季空调室外计算相对湿度M一采用累年最冷月平均相对湿度。

第二节太阳辐射热对建筑物的热作用

夏季空调室外计算逐时温度加，——室外逐时气温值受日照影响呈周期性变化，同时受到一系列

随机因素的影响。

m

，=A+Z4cos(0〃r-<Z>„)(℃)

n=l

工程近似式tWyr=tw,p+(Qg-tw,p)cos(15r-225)(℃)

室外空气综合温度&一它相当于将室外空气温度加提高了一个由太阳辐射引起的附加值(0〃

Ow)，并非实际存在的空气温度。

tz=tw^Pl/aw-eJR/aw(℃)

第四节通过围护结构的得热量及其形成的冷负荷

得热量、冷负荷、制冷量三者的关系

得热量(HeatGain)——某时刻由室外和室内热源进入房间的热量的总和。

来自室外部分：室内外温差传热、太阳辐射进入热；

来自室内部分：室内照明、人体、设备散热。

得热量按随时间变化，可分为稳定得热和瞬时得热；

得热量按性质不同，可分为显热(对流热和辐射热)和潜热。

得湿量——主要为人体散湿和工艺过程与工艺设备散发出来的湿量。

冷负荷(CoolingLoad)——为了连续保持室温恒定，在某时刻需向房间供应的冷量，或需从室内

排除的热量。

内容要点：

任一时刻房间瞬时得热量的总和不一定等于同一时刻的瞬时冷负荷;

瞬时得热负荷中的潜热和显热得热中的对流成分直接进入房间空气中，并立即构成瞬时冷负荷；

显热得热中的辐射成分被将先蓄存到具有蓄热性能的围护结构和家具等室内物体表面上，不能立

即成为冷负荷；

空调室内的得热量一般总是高于冷负荷，除非围护结构和家具完全没有蓄热能力时.，得热量等于

冷负荷。

得热量转化为冷负荷过程中，存在衰减和延迟现象。

实际冷负荷的峰值比太阳辐射热的峰值低，出现的时间也迟于太阳辐射热的峰值；

围护结构和家具的蓄热能力越强，冷负荷衰减越大，冷负荷峰值越低，延迟时间也越长；

重型结构的蓄热能力比轻型结构蓄热能力大得多。

制冷量-----座建筑物空调系统的制冷量，为以下各种因素形成的冷负荷之和，

建筑物的计算冷负荷；

新风计算冷负荷；

送风机的温升；

送风管道系统的温升；

水系统（水管、水泵和水箱等）的热损失；

供冷设备的效率等引起的附加冷负荷：

它们构成了该建筑物制冷机总容量，这一制冷机的总装机容量称为“制冷量”。

空调房间冷负荷（建筑物的计算冷负荷）的构成因素

外墙和屋面温差构成传热的冷负荷：

外窗温差传热的冷负荷；

外窗太阳辐射的冷负荷；

内围护结构传热的冷负荷；

人体散热的冷负荷；

照明散热的冷负荷；

设备散热的冷负荷：

食物散热的冷负荷；

散湿形成的潜热冷负荷；

空气渗透带入室内的冷负荷。

空调房间的冷负荷计算方法

（-）空调室内夏季冷负荷

夏季计算经围护结构传入室内的热量时，应按照不稳定传热过程计算；

空调负荷计算步骤：

a.在计算空调负荷时，必须考虑围护结构的吸热、蓄热和放热过程，不同性质的得热量形成的室

内逐时冷负荷是不同步的；

b.在确定房间逐时冷负荷时，必须按不同性质的得热分别计算，然后取逐时各冷负荷分量之和。

空调冷负荷计算方法

20世纪4)年代美国学者提出了当量温差法和20世纪50年代前苏联学者提出的谐波分解法

计算通过围护结构的负荷，没有将得热量和冷负荷区分考虑，导致空调冷负荷量偏大；

20世纪60年代加拿大的学者提出了反应系数法~把得热量和冷负荷区别计算；

20世纪70年代同加拿大学者乂提出了Z传递函数法一反应系数法的改进型；

进而同加拿大学者还提出了冷负荷系数法一适于手算。

20世纪80年代我国学者提出了谐波反应法和冷负荷系数法。

谐波反应法

基本思路一室外空气综合温度呈周期性波动，使得通过围护结构的热流从外表面逐层地跟

着波动，这种波幅是由外向内逐渐衰减和延迟的。

室内得热量中的对流部分，直接转变为室内冷负荷；

室内得热量中的辐射部分，经室内围护结构等的吸热一~放热反应以后再

形成室内冷负荷。相对于辐射得热量，该冷负荷有衰减和延迟。

几个名词解释：

传热衰减度v——围护结构外侧综合温度的波幅与内表面波幅的比值；

传热延迟时间£——内表面温度波对外侧综合温度的相应滞后；

放热衰减度口——进入房间的辐射得热与室内冷负荷波幅的比值；

放热延迟屋——室内冷负荷对辐射得热的相应滞后。

(插入空调图247,p36)

1)通过墙体、屋顶的得热量及其形成的冷负荷

综合温度作用下经围护结构传入热量

m

tw,「=A+E4cos(%r-©)(℃)

W=1

在周期性外扰作用下的室内得热量包括两部分：稳定得热量、附加不稳定传热量。

稳定得热量：_一

Q=K/(乙一加)(W)

附加不稳定传热量：

Q=NF/T%r(W)

7时刻的得热量：_~

(W)

Qz=Q+Q=KF(twZ-加+aN/KA7■”)

=KF(tz-tN+ON/4Z[(/勿,"/人)cos(<y„T-<Pa-

=KF6(W)

房间冷负荷：

得热量是由对流热成分和辐射热成分组成，各自所占比例民、自的和为1,即，

Sa+£f=1

对流得热形成的冷负荷

稳定得热量Q=Qd+Qf=凤Q+AQ

附加不稳定得热量Q=Qd+Qf=£dQ+£,Q

对流得热量直接转换为瞬时冷负荷_~~

CLQd=Qd+Qd=a(Q+Q)Q

辐射得热形成的冷负荷

稳定得热量部分直接转换为冷负荷___

CLQf=Qr=£rQ

辐射得热的不稳定部分不直接转换为冷负荷，有一个衰减和延迟的过程

~m

CLQf=£r4v尸z[(/勿”/，4Qcos(6>„T-d>n-£>„-E；)]

n=\

r时刻的总冷负荷_~

CLQ,=CLQd+CLQf+CLQ{

=KFe、

内容要点

对于空调冷负荷而言，影响谐性辐射得热转换为冷负荷过程的主要因素是围护结构表面的热工

特性，也即内表面对辐射热的吸热一放热过程；

影响房间冷负荷的主要围护结构是内墙和楼板；

不同材料的内围护结构具有不同的吸热—放热特性，重型结构的〉轻型结构的放热特性。

冷负荷的形成过程：

外扰(室外综合温度，具有周期性)T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)f某时刻的总冷负荷=对流得热量f瞬时冷负荷的一部分；

辐射得热量f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

瞬变传热得热一由室内外温差引起的；

m

得热量Q,=AFE4cos(%r-0n)(W)

M=1

相应冷负荷m

CLQ,=匹Q,+8tKF£[(匐Qcos(以r-6”-£：)](W)

71=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辐射热传向

室内的热量之和。

m

得热量Q,=CsCnFS理cos(%r-四)(W)

n=l

相应冷负荷m

CLQ,=氏Q,+£rCsCnF(BJu)Jcos(6;„r-6-£；)](W)

n-\

谐波法的工程简化式

外墙和屋顶CLQ,=KFAt,-t

外窗

瞬变传导得热形成的冷负荷CLQ「，=灯」匕

日射得热形成的冷负荷CLQj.t=XgXdCsCnFJj.,

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七冷负荷

工艺设备(用电设备)散热一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八=Q・JET

JET：设备的显热散热冷负荷系数

照明设备散热一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=Q・JLr.r

：照明散热冷负荷系数

人体散热一人体散热与性别、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。

人体显热散热形成的冷负荷LQs=qsn•n'•JP,-T（W）

人体潜热散热形成的冷负荷LQL=•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/力确定送风状态。

换气次数一房间送风量L(m7h)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/力可比送冷风时大，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

第一节空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。

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345一肋管式换热）

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■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。

潜热交换一一是空气中的水蒸汽凝结（或蒸发）而放出（或吸收）汽化潜热的结果。

总热交换量=显热交换量+潜热交换量

空气与水直接接触时的热湿交换理论是直接接触式热湿交换设备的理论基础，同时也有助于表

面式热湿交换设备的研究。

2.空气与水直接接触时的热湿交换原理

根据质交换理论，

空气与水直接接触时

在贴近水表面的地方或水滴周围,

形成了一个温度等于水表面温度的饱和空气边界层

（由于水分子作不规则运动的结果）

I

在边界层周围，水蒸汽分子仍作不规则运动，

有一部分水分子一边界层，

也有一部分水蒸汽分子由边界层一水中

传热机理，

传热

当边界层内饱和空气温度〉周围未饱和空气温度，边界层f未饱和空气

传热

当边界层内饱和空气温度（周围未饱和空气温度，边界层一未饱和空气

传湿机理

当边界层内饱和空气水蒸汽分子浓度>周围未饱和空气的水蒸汽分子浓度，

蒸发

边界层水分-未饱和空气

当边界层内饱和空气水蒸汽分子浓度<周围未饱和空气的水蒸汽分子浓度，

凝结

边界层一未饱和空气中的水蒸气

在蒸发过程中，边界层中减少了的水蒸汽分子由水面跃出的水分子补充，

在凝结过程中，边界层中过多的水蒸汽分子将回到水面。

由此，也说明了在空气与水之间，

未饱和空气与边界层内饱和空气水蒸汽的浓度（分压力）差

I

空气与水之间的湿交换以及由它引起的潜热交换的推动力

未饱和空气与边界层内饱和空气温度差

I

空气与水之间的显热交换的推动力

当然，边界层内水蒸汽分子的浓度（分压力）取决于边界层的饱和空气温度

空气与水直接接触时的总热交换量:

dQz=dQx+dQq

=[a(t-tb)+ro(d-db)]dFW

换热扩大系数;——反映了由于湿交换的存在，导致了总换热量的增加。

€=dQz/dQx

从水侧看，dQz=Wcdtw

在稳定工况下，dQz=dQx+dQq=Wcdk

3.空气与水直接接触时的状态变化过程

空气与水直接接触时，

分子扩散

水表面形成的饱和空气边界层-未饱和的主流空气

紊流扩散

边界层的饱和空气与主体空气不断混掺

主流空气状态发生变化

假想条件一~假定与空气接触的水量无限大，接触时间无限长，这时，全部空气都能达到饱和状

态，

空气的侬片水温

也即空气的终状态点将位于上"图的饱和曲线上（。=100%）。

在上述假想条件下，对于不同的水温可得到7种典型空气状态变化过程,

7种典型过程是1）减湿冷却过程

2）等湿冷却过程以水温tr=空气的露点温度t.线为

分界线

3）减焰加湿过程

4）等焰加湿过程以水温t,=空气的湿球温度ts线为分界线

5）增焰加湿过程

6）等温加湿过程以水温空气的温度，线为分界线

7）增温加湿过程

理想过程（接近实际情况）——在空气处理设备中，空气与水的接触时间足够长，但水量是有限

的。

实际上，空气与水直接接触时，接触时间是有限的；

空气状态的实际变化过程不是直线；

空气的终温难于达到与水的终温(顺流)或水的初温(逆流)相等的饱和状态。

4.热、湿交换的相互影响及同时进行的热湿传递过程

刘伊斯关系：对流换热系数与对流质交换系数之比等于湿空气的比热，为常数。

a/o=Cp

关系成立的前提条件，质交换的施米特准则Sc=热交换的普朗特准则Pr；

反映对流质交换强度的宣乌特准则Sh=反映对流热交换强度的努谢尔特准则Nuo

用水处理空气的绝热加湿过程、

冷却干燥过程、

等温加湿过程、

加热加湿过程、

以及表面冷却器处理空气的过程

都是满足上述条件的。

刘伊斯关系揭示了空气与水直接接触时，热、质交换之间存在的某种联系。

麦凯尔(Merkel)方程的导出：

总热交换量dQzdQz=dQx+dQq

=[a(t-tb)+ra(d-db)]dFW(1)

代入刘伊斯关系式，dQz=o[Cp(t-tb)+r(d-db)]dFW(2)

式(2)中汽化潜热r用水蒸汽的焰iq代替，r-iq=r|t=o+L84tb

=2500+1.84tb

湿空气的比热Cp,Cp-(1.01+1.84d)

得麦凯尔方程dQz=。(i-ib)dFW(3)

麦凯尔方程表明，在热质交换同时进行时，

如果刘伊斯关系式成立，

推动总热交换的动力是空气的焰差。

即，总热交换与湿空气的熔差有关，

与主体空气和边界层空气的湿球温度差有关。

第三节用喷水室处理空气

1.喷水室的构造和类型

喷水室一处理方式，空气与水直接接触，通过喷嘴喷出的水滴与空气直接接触，进行热湿交

换；

主要优点，能够实现多种空气的处理过程，具有一定净化空气的能力，耗费金属少，容

易加工；

缺点，对水质的卫生要求高，占地面积大，水系统复杂，水泵能耗较大。

类型——单级、双级喷水室，卧式和立式喷水室、低速和高速喷水室；

主要部件：喷嘴、前后挡水板、循环水管、溢水管、滤水器、补水管、泄水管。

喷嘴——喷水室的主要构件之一，处理空气的水通过喷嘴喷成雾状的水滴。喷嘴安装

在专用的排管上，排管的排数一般是1~3排；

挡水板一分前挡水板和后挡水板。

前挡水板是为了挡住可能飞溅出来的水滴，并使进入喷水室的空气均匀；

后挡水板使夹在空气中的水滴分离出来，以减少空气带走的水量（过水量）；

2.喷水室的水系统

喷水室的水系统根据空调系统使用冷源的不同，其形式也不同。有，

使用天然冷源的水系统一最简单的水系统是用深井水泵抽取地下水直接供喷水室使用。

使用人工冷源的水系统~~利用由制冷机制备的冷冻水处理空气的水系统。有自流回水方式

和压力回水方之分。

在实际的喷水室里，喷水量是有限的，

空气与水接触的时间也不可能很长，

所以空气状态和水温都是不断变化，

空气的终状态很难达到饱和状态，

在i刁图上，实际的空气状态不是一条直线，而是曲线，

曲线的弯曲形状又和空气与水滴的相对运动方向有关。

在喷水室里，顺喷~~水滴运动方向与空气方向同向，

逆喷——水滴运动方向与空气方向反向，

对喷一顺喷和逆喷组合

在喷水室里，对于单级喷水室，空气的终相对湿度一般能达到95%,

对于双级喷水室，空气的终相对湿度一般能达到100%,

3.喷水室的热工计算方法

1)喷水室的热工计算方法分类：

根据热质交换系数计算；

根据热交换效率计算。

2)喷水室的热交换系数E、E'

全热交换效率E(第一•热交换效率或热交换效率系数)——同时考虑空气和水的状态变

化。

E=1-(tj2-tw2)/(tsi-twi)

对于绝热加湿的过程，其全热交换效率E可表示为，

E=1-(tytsi)/(tj-tsi)

通用热交换效率E，(第二热交换效率或接触系数)一只考虑空气状态变化。

E'=1-(tyQ)/(ti-tsi)

对了绝热加湿的过程，有E，=E

3)影响喷水室热交换效率的因素

影响因素一空气的质量流速，

喷嘴类型与布置密度，

喷嘴孔径与喷嘴前的水压，

空气与水的接触时间，

空气与水滴的运动方向，

空气与水的初、终参数等等。

空气质量流速vp——单位时间内通过每m2喷水室断面的空气质量，它不因温度变

化而变化。

vp=G/(3600f)kg/(m2s)

通常，yp=2.5~3.5kg/(m2s)

u=2.0~3.0m/s(低速喷水室)

u=3.5~6.5m/s(高速喷水室)

增加，月和夕都会变大。

喷水系数〃一通过喷水室的总喷水量W(kg/h)与风量G(kg/h)与之比，即处理每kg空

气所用的水量。

U=W/Gkg（水）/kg（空气）

在一定的范围内，口增大，E和E'都会变大。

喷水室结构特性一一喷嘴排数2~3排

喷嘴密度n=13~24个/（Itf排）

排管间距L=6（X）mm

喷嘴型式Y-1型离心喷嘴、BTL4型、FL型、ZK型、JN型

喷嘴孔径孔径小，水滴细，热交换效果好；但易堵塞，喷嘴数量多

喷水方向逆喷比顺喷好，对喷比2排逆喷好，3排时1顺2逆好。

空气与水的初参数，决定了喷水室内热湿交换推动力的方向和大小。

4)两个效率E、E的实验值

E=A(")

mn，

E'=A'(yp)'Ju

5）热工计算

热工计算的目的是为了确定喷水室的结构参数，以及空气侧和水侧的参数。

喷水室的计算类型可分为；

设计性计算已知空气量G求解喷水室结构

空气的初、终状态喷水量W

水的初、终温

校核性计算已知空气量G求解空气的终参数

空气的初状态水的终温

喷水室结构

喷水量W

水的初温

在设计性计算中，首先计算求得水初温tw“然后再决定采用哪种冷源形式。

热工计算原则：对于结构参数•定的喷水室，并空气处理过程一定，

空气处理过程需要的E=喷水室能达到的E

空气处理过程需要的E，=喷水室能达到的

空气放出（或吸收）的热量=喷水室中吸收（或放出）的热量

6）喷水室的阻力计算

空气流经喷水室时，将遇到阻力——前后挡水板的阻力Q晨/2

喷嘴管排阻力0.1zPV2/2

水苗阻力△叩1180力〃尸

喷水室的总阻力AHAH=AH,+AH+AH,（Pa）

对于定型喷水室，其总阻力已由实测后的数据制成表格或曲线，根据工作条件便可查到。

4.双级喷水室

适应范围：当被处理的空气初、终状态间焰差较大的情况。因为若仍采用单级喷水室，则必

须要用较大的喷水系数和较多的喷嘴排数，不经济；

在可以方便采用天然冷源的地方，如用深井水；

要求既节省水量，又能有较大的水温升的情况。

连接方式：空气先进入第1级喷水室，再进入第2级喷水室；而冷水先进入第2级

喷水室，然后再由第2级的底池抽出供给第1级喷水室。双级喷水室的

水重复使用，2级的喷水系数相同，可作为一个喷水室看待。

特点：被处理空气的温降大、焰降大，空气的终状态可达到饱和；

1级喷水室的空气温降>2级，2级喷水室的空气减湿量〉1级；

空气与水逆流接触，2次接触，E>1,E=1的可能有。

第四节用表面式换热器处理空气

1.表面式换热器分类

空气加热器一用热水或蒸汽做热媒；

表面冷却器水冷式一用冷水做冷媒；

直接蒸发式~~用制冷剂做冷媒。

2.表面式换热器的构造

3.表面式换热器的安装

1）可以垂直、水平、倾斜安装，但安装时要考虑凝结水排放的问题。

按空气的流动方向考虑，表面式换热器可以并联、串联或混合。通