空调工程（第3版）课件：空气处理及设备

4.1空气热湿处理原理4.2

空气净化处理原理4.3空气的热湿处理过程4.4空气热湿处理设备4.5

空气的净化处理设备

4.1空气热湿处理原理按照空气与进行热湿处理的冷、热媒流体间是否直接接触，可以将空气的热湿处理分成两大类。

直接接触式：所谓直接接触式是指被处理的空气与进行热湿交换的冷、热媒流体彼此接触进行热湿交换。具体做法是让空气流过冷、热媒流体的表面或将冷、热媒流体直接喷淋到空气中。

间接接触式：间接接触式则要求与空气进行热湿交换的冷、热媒流体并不与空气相接触，而通过设备的金属表面来进行的。

4.1.1直接接触式热湿处理原理（图4-01）

温差是显热交换的推动力水蒸气分压力差是潜热交换的推动力焓差是总热交换的推动力4.1.2间接接触式(表面式)热湿处理原理空气与固体表面的热交换是由于空气与凝结水膜之间的温差而产生的，质交换则是由于空气与水膜相邻的饱和空气边界层中的水蒸气的分压力差引起的。而湿空气气流与紧靠水膜饱和空气的焓差是热、质交换的推动力。

空气通过表面换热器的热湿交换4.2

空气净化处理原理空气的净化处理按被控制污染物分为除尘式：处理悬浮颗粒物，包括无机和有机的颗粒物、空气微生物及生物等。除气式：处理气态污染物，包括无机化合物、有机化合物和放射性物质等。

4.2.1除尘式净化处理原理

1．机械式净化处理

（1）纤维过滤器的滤尘机理

1）拦截（或称接触、钩住）作用机理

2）惯性作用机理

3）扩散效应机理

4）重力作用机理

5）静电作用机理

（2）粘性填料（滤料）过滤器的滤尘机理

粘性填料过滤器的填料有金属网格、玻璃丝（直径约为20μm）、金属丝等。填料上浸涂粘性油。当含悬浮微粒的空气流经填料时，沿填料的空隙通道进行多次曲折运动，微粒在惯性力作用下，偏离气流方向，并碰到粘性油上被粘住，即被捕获。

Tip:

粘性填料过滤器的过滤机理主要是尘粒的惯性和粘住效应的作用结果，筛滤作用是很小的。2．静电式净化处理

静电过滤器的工作原理及结构图4.2.2除气式净化处理原理

1．物理吸附法

物理吸附法通常采用多孔性、表面积大的活性炭、硅胶、氧化铝和分子筛等作为有害气体吸附剂，其中活性炭是空调系统中常用的一种吸附剂。

活性炭吸附净化空气的机理有物理吸附和化学吸附两类。物理吸附的机理靠物质分子之间的范德华力，当分子之间的距离在几个纳米之内时，这种力将起作用。

化学吸附的机理需要借助化学反应，通过吸附质和吸附剂之间的化学键力而引起。

2．光催化分解法

光催化技术是基于光催化剂在紫外线照射下具有的氧化还原能力而除去空气中的污染物。

这种光致电子和空穴与周围的水汽反应后生成氧离子和氢氧自由基，具有极强氧化能力的活性氧和氢氧自由基活性物质能将空气中的甲醛、苯、氨气、硫化氢等有害物质氧化分解成CO2和H2O。

3．离子化法

（1）负离子

（2）低温等离子

4．臭氧法

臭氧在室内空气中的应用是借助将臭氧直接与室内空气混合或将臭氧直接释放到室内空气中，利用臭氧极强的氧化作用，达到灭菌消毒的目的。由于将臭氧直接释放到空气中，整个室内空间及该空间的所以物品周围，都充满了臭氧气体，因而消毒灭菌范围广，其工作量也比消毒水喷洒和

擦洗消毒小得多，因而应用非常方便，常用于医院、公共场所和家庭的灭菌消毒。

5．湿式除气法（喷水室）

当粒径较小时（1～5μm），微粒主要利用惯性碰撞、接触阻留；微粒与液滴、液膜的接触使微粒吸湿、增重、凝聚性增强，使微粒脱离气流落入水中。对于1μm以下的微粒将主要通过扩散与液滴、液膜接触，进而脱离气流。

空气洗涤器还可以利用水的吸附和吸收的机理净化空气中的有害气体，即利用气体污染物中不同组分在水中具有不同溶解度的性质来分离分子状态污染物，气体能否被水吸收，关键在于气相中吸收质分压力和液相中吸收质的平衡分压力。

6．组合空气净化技术

（1）光催化与吸附技术的组合（2）光催化与臭氧技术的组合（3）光催化与化学催化技术的组合

4.3空气的热湿处理过程4.3.1喷水室的处理过程（图4-9）空气与水直接接触时各种过程的特点

在实际的喷淋过程中，喷水量总是有限的，空气与水的接触时间也不可能无限长空气与水的实际处理过程

Tip:可见无论是在顺流，还是在逆流的情况下，喷淋室里的空气状态变化过程都不是直线，而是曲线，而且如果接触时间充分，在顺流时空气终状态将等于水终温；在逆流时，空气终状态将等于水初温。不过在实际的喷淋室中，无论是逆流，还是顺流,水滴与空气的运动方向都不可能是纯粹的逆流或顺流，而是比较复杂的交叉流动。所以空气的终状态将既不等于水终温，也不等于水初温，对喷时也不等于水的平均温度。此外，由于空气与水的接触时间不够充分，所以空气的终状态也往往达不到饱和。冷却干燥过程中空气与水的状态变化Tip:尽管在实际的喷水室中，空气的状态变化过程不是直线，但是因为在实际工作中，人们所关心的只是处理后的空气终状态，而不是状态变化的轨迹，所以还是用连接空气初、终状态点的直线来表示空气状态的变化过程。

影响喷水室热质交换效果的主要因素4.3.2表面式换热器的处理过程影响空气冷却器热质交换效果的因素表面式换热器空气处理过程4.3.3空气加湿器的处理过程（图4-13）4.3.4吸湿剂的处理过程（图4-15）4.3.5空气蒸发冷却器的处理过程用于冷却空气的蒸发冷却器有两种基本形式———直接蒸发冷却和间接蒸发冷却。（图4-16）4.3.6空气处理的各种途径

空气处理的各种途径各种处理过程各种空气处理过程的内容和处理方法4.4

空气热湿处理设备

4.4.1空气热湿处理设备的类型

直接接触式:包括喷水室、蒸汽加湿器、局部补充加湿装置以及使用液体吸湿剂的装置等。

表面式（间壁式）:包括光管式、翅片管式和肋管式空气加热器及空气冷却器等。

4.4.2喷水室

按被处理空气在喷水室内的流速大小分为低速（2m/s～3m/s）和高速（3.5m/s～6.5m/s）两类。

按喷水室内空气流动方向分为卧式（空气流动为水平方向，水以顺喷或逆喷方向喷出）和立式（空气流动由下向上或由上向下，水由上向下喷出）两类。

按制造喷水室外壳所用的材料分为金属外壳和非金属外壳（如玻璃钢、砖砌或钢筋混凝土）两类。

喷水室的结构示意图

(图4-19

)

1.普通单级低速喷水室

喷水室是由外壳、底池、喷嘴与排管、前后挡水板和其它管道及其配件组成。

（1）挡水板（图4-20）

Tip:

挡水板的过水量大小与挡水板的材料、形式、折角、折数、间距、喷水室截面的空气流速以及喷嘴压力等有关。

（2）喷嘴（图4-21）

我国于20世纪50年代广泛采用Y-1（仿原苏联）和3/8英寸喷嘴。20世纪60～70年代采用青岛大喷嘴和BTL-1型（仿原西德）喷嘴。20世纪80年代后采用LUWA（仿瑞士）、NTL型和FL型喷嘴。20世纪90年代又开发了PX-1型、PY-1型和FD型三种大孔径离心式喷嘴。其中PX-1型喷嘴是由西安工程大学（原西北纺织工学院）等单位开发研制的大雾化角强旋流离心式喷嘴。

流体动力式喷水室是撞击流理论与技术在空调工程中的应用。撞击流喷嘴的特点是防止堵塞；水膜雾化角可达1800，覆盖面更宽且分散度均匀，在喷嘴密度较小的条件下，达到较高的热湿交换效率；水流在直短管喷嘴中阻力小，与离心式喷嘴相比，所需的雾化水压低，喷水量较少，降低风机和水泵的能耗，调节灵活，通过调节喷嘴间的距离，便可改变水膜的厚度，从而满足粗喷和细喷的不同处理过程要求。靶式喷嘴比对喷式喷嘴便于加工和安装，精度要求低，可避免对喷式喷嘴由于加工和安装精度不够，使两短管不在同一轴线上，从而影响雾化效果的不足。撞击流式喷嘴结构

某纺织厂采用PX-1型喷嘴的喷水室照片靶式喷嘴照片（3）喷水排管（图4-25）

（4）喷水室外壳

（5）附属装置（6）喷水室定型产品

2.双级低速喷水室（图4-27）

Tip:这种使用同一水源的两级喷水室，实际上是两个单级喷水室在风路及水路两方面串联起来使用的，而且喷淋水与被处理空气呈逆流流动（相当于一个逆流式换热器），因此，具有热湿交换效率高，被处理空气的温降、焓降较大，大大节约天然冷源水用量，且空气的终状态一般可达饱和等特点。

3.单级高速喷水室瑞士某公司的高速喷水室

美国某公司的高速喷水室4.填料式喷水室

玻璃丝盒填料式喷水室

复合型填料式喷水室4.4.3表面式换热器

表面式换热器包括空气加热器和空气冷却器两类。

1．空气加热器

翅片管式空气加热器

光管式空气加热器

电加热器2.空气冷却器

（1）空气冷却器的结构空气冷却器的构造图

各种翅片管的构造（2）空气冷却器的安装

1）空气冷却器可以垂直安装，也可以水平安装或倾斜安装。

2）空气冷却器可以单台或多台组合使用，以满足冷量的要求。

3）空气冷却器（或空气换热器）与冷媒（或热媒）管路的连接也有并联与串联之分。滴水盘和排水管的安装空气冷却器与冷媒管路的连接

（3）喷水式空气冷却器（图4-42）

《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736—2012)7.5.3规定:当利用循环水进行绝热加湿或利用喷水提高空气处理后的饱和度时,可采用带喷水装置的空气冷却器。（4）制冷剂直接膨胀式空气冷却器

《民用建筑供暖通风与空调节设计规范》(GB50736—2012)7.5.5规定:制冷剂直接膨胀式空气冷却器的蒸发温度应比空气的出口温度至少低3.5℃,在常温空调系统情况下,满负荷时,蒸发温度不宜低于0℃;低负荷时,应防止表面结霜。空气调节系统采用制冷剂直接膨胀式空气冷却器时,不得用氨作制冷剂。4.4.4空气加湿器

1.等温加湿型空气加湿器

(1)干蒸汽加湿器

结构示意图

实物照片(2)电热式加湿器

结构示意图

实物照片

(3)电极式加湿器

结构示意图

实物照片

2.等焓加湿型空气加湿器(1)超声波加湿器

结构示意图

实物照片(2)离心式加湿器

结构示意图

实物照片

(3)汽水混合式加湿器

结构示意图实物照片

(4)高压喷雾式加湿器

结构示意图

实物照片

(5)湿膜加湿器

结构示意图

实物照片

国家空调设备检验中心对三种填料的检验结果

各种空气加湿器的性能特点(表4-11)

4.4.5除湿机

1.冷冻除湿机（1）普通冷冻除湿机冷冻除湿机工作原理

冷冻除湿机内空气的状态变化KQF－6型空气除湿机

结构示意图

实物照片

（2）调温冷冻除湿机CT－20型调温除湿机

调温除湿机流程

调温除湿机内空气的状态变化

结构示意图

实物照片2.转轮除湿机

结构示意图

实物照片3.热管除湿机热管除湿机有升温型、调温型和降温型三种功能。调温型热管除湿机和降温型热管除湿机又有水冷和风冷两种冷却方式，可满足用户各种场合的需要。调温型热管除湿机具有升温、调温、降温三种除湿功能。4.溶液除湿空调装置

实物照片

带有板式换热器的溶液-空气热湿交换单元（图4-62）四级串联的空气处理单元在h-d图上的处理过程（图4-64）

典型除湿方法的比较（表4-12）4.4.6空气蒸发冷却器

1.空气蒸发冷却器的分类

空气蒸发冷却器可分为直接蒸发冷却器、间接蒸发冷却器和复合蒸发冷却器三种形式。

直接蒸发冷却器适用于低湿度地区，如我国海拉尔——锡林浩特——呼和浩特——西宁——兰州——甘孜一线以西地区（如甘肃、新疆、内蒙、宁夏等省区）。间接蒸发冷却器适用于低湿度地区和中等湿度地区，如我国哈尔滨——太原——宝鸡——西昌——昆明一线以西地区。2.直接蒸发冷却器

（1）蒸发式冷气机

结构示意图

实物照片

（2）组合式空气处理机组的蒸发冷却段（图4-69）

（3）直接蒸发冷却器填料性能

1）

气流阻力最小。

2）

有最大的空气－水接触面积。

3）

气流阻力、空气－水接触面积及水流等的均匀分布。

4）

能阻止化学或生物的分解退化。

5）

具有自我清洁空气中的尘埃的能力。

6）

经久耐用，使用周期性能保持稳定。

7）

投资低。

3.间接蒸发冷却器(1)板翅式间接蒸发冷却器

结构示意图

实物照片

(2)管式间接蒸发冷却器

结构示意图

实物照片

(3)热管式间接蒸发冷却器

结构示意图

实物照片(4)转轮式间接蒸发冷却器实物照片(5)露点式间接蒸发冷却器叉流式露点蒸发冷却器原理图

实物照片4.复合式蒸发冷却器

（1）间接蒸发冷却器+直接蒸发冷却器冷却塔供冷型间接蒸发冷却器＋直接蒸发冷却器(外冷型复合蒸发冷却器)

结构示意图

实物照片其他形式间接蒸发冷却器＋直接蒸发冷却器(外冷型复合蒸发冷却器)

图4-83

(3)两级间接蒸发冷却器+直接蒸发冷却器

外冷式间接蒸发冷却器+内冷式间接蒸发冷却器+直接蒸发冷却器

结构示意图

实物照片两级内冷式间接蒸发冷却器+直接蒸发冷却器图4-85

(3)间接蒸发冷却器+机械制冷空气冷却器+直接蒸发冷却器

图4-86

实物照片5.空气蒸发冷却器的性能评价（1）直接蒸发冷却器的性能评价

冷却过程焓湿图

公式

（2）间接蒸发冷却器的性能评价

冷却过程焓湿图

公式

4.4.7空调排风热回收装置

1．空调排风热回收装置的类型

2．板式热回收装置图4-90

3．转轮式热回收装置图4-91

4．热管式热回收装置图4-93

5．其它型式的热回收装置

热回收装置的效率常用空气能量回收装置性能和适用对象4.5

空气的净化处理设备

4.5.1

空气净化处理设备的类型

空气净化设备可按室内污染物存在的状态分为处理悬浮颗粒物的除尘式和处理气态污染物的除气式两类。4.5.2

除尘式空气净化处理设备1.纤维过滤器

（1）过滤器的分类（表4-16）

（2）过滤器的性能指标

表征空气过滤器性能的主要指标为过滤效率、过滤器阻力和容尘量。（3）常用过滤器的型式、滤材及性能（表4-17）

（4）过滤器的标准和效率检测方法（5）常用空气过滤器

1）粗效过滤器

尼龙网粗效过滤