空气的热湿处理

第4章

空气的热湿处理 主要内容4.5表面式换热器

4.5.1表面式换热器的构造与类型

4.5.2用表面式换热器处理空气的过程及特点

4.5.3表面式换热器的使用

4.5.4表面式换热器热工计算4.5表面式换热器在空调工程中，另一类广泛使用的热湿交换装置。表面式换热器的“别名”在组合式空调机组和柜式风机盘管中用于空气冷却除湿处理时称为空气冷却器或表面式冷却器，简称表冷器。用来对空气进行加热处理时，叫做空气加热器。作为风机盘管的部件使用时，叫做盘管。用做各种空调器或空调机四大件中的换热器时，分别称为蒸发器(或表面式蒸发器、直接蒸发式表冷器)和冷凝器。4.5表面式换热器特点

(与喷水室相比)结构紧凑。水系统简单，水质无卫生要求，用水量少。体积小，使用灵活，用途广。可以使用多种热湿交换介质。耗用有色金属材料。空气处理类型少。无除尘功能。4.5.1表面式换热器的构造和种类空调工程中使用的表面式换热器主要是各种金属肋片管的组合体。采用肋片管的原因和目的表面式换热器是借助管内的冷热媒介质经金属分隔面与空气间接进行热湿交换，而空气侧的对流换热系数一般远小于管内的冷却介质或加热介质的对流换热系数。增大空气一侧的传热面积，增强表面式换热器的换热效果，降低金属耗量和减小换热器的尺寸。

a)皱褶绕片管b)光滑绕片管c)串片管d)轧片管e)二次翻边片管图4－14各种肋片管的构造

(1)绕片管是用绕片机把铜带或钢带紧紧地缠绕在铜管或钢管上制成。主要有皱褶绕片管和光滑绕片管两种。皱褶绕片既增加了肋片与管子之间的接触面积，又可使空气流过时的扰动增强，从而提高肋片管的传热系数。但是皱褶会使空气流过肋片管的阻力增加，而且容易积灰，不便清理。光滑绕片没有皱褶，它们是用延展性更好的铝带缠绕在钢管上制成。皱褶绕片管光滑绕片管

(2)串片管是把事先冲好管孔的肋片与管束串在一起，通过胀管处理使管壁与肋片紧密结合。常用的肋片为铝片，管子则用铜管。

(3)轧片管是用轧片机在光滑的铜管或铝管表面轧制出肋片。由于轧片和管子是一个整体，没有因存在缝隙而产生的接触热阻，所以轧片管的传热性能更好。串片管轧片管

(4)二次翻边片管二次翻边片由于翻了二次边，既保证了肋片的间距，又增加了肋片与管壁的接触强度，从而增加了肋片管的传热效果。

(5)新型肋片管为了进一步提高肋片管的传热性能，新型肋片管的片形多采用波纹形、条缝形和波形冲缝等(参见图4－15)，以增加气流的扰动性，提高管子外表面的换热系数。二次翻边片管4.5.1表面式换热器的构造和种类图4－15肋片管式换热器的新型肋片a)波纹形片b)条缝形片c)波形冲缝片4.5.2用表面式换热器处理空气的过程与特点

与喷水室相比，用表面式换热器处理空气只能实现三种过程

等湿加热过程(A→B)

(简称加热过程)等湿冷却过程(A→C)

(又称为干冷过程)减湿冷却过程(A→D)(又称为冷却干燥过程或湿冷过程)DCAB100%dA=dB=dC4.5.2用表面式换热器处理空气的过程与特点

1)加热过程A→B特征表面式换热器用作加热器处理空气，其表面温度高于被处理空气的温度。空气被加热，温度将会升高而含湿量不变。

B点的温度由空气得到的热量多少决定。DCAB100%dA=dB=dC4.5.2用表面式换热器处理空气的过程与特点

2)干冷过程A→C特征表面式换热器用作冷却器处理空气，其表面温度低于被处理空气的干球温度、高于或等于空气的露点温度。空气被冷却，温度将会降低而含湿量不变。

C点的温度由空气失去的热量多少决定。DCAB100%dA=dB=dC4.5.2用表面式换热器处理空气的过程与特点

3)湿冷过程A→D特征表面式换热器用作冷却器处理空气，其表面温度低于被处理空气的露点温度。空气被冷却，不但温度要降低，含湿量也要减少。D点的温度由空气失去的水蒸气量多少决定。DCAB100%dA=dB=dCC′dD4.5.2用表面式换热器处理空气的过程与特点

在对空气进行冷却干燥处理过程中，由于有凝结水析出，并附着在表冷器的壁面上形成一层凝结水膜，因此与水滴表面存在一个饱和空气边界层的原理相同，在表冷器凝结水膜的表面也存在一个饱和空气边界层。此时，表冷器与空气的热湿交换实质上也就是这个饱和空气边界层与空气间的热湿交换，它们之间由于不但存在温差，而且还存在水蒸气分压力差，所以二者之间不仅有显热交换，还有伴随着湿交换的潜热交换。湿工况下工作的表面式换热器比干工况下工作时有更大的热交换能力。4.5.3表面式换热器的使用

使用形式可单个使用，也可以多个组合使用。当需要处理的空气量较大时，而且温升或温降不大采用并联组合形式。当需要处理的空气要求温升或温降较大时一般采用串联组合形式。两者同时较大时则采用既有并联也有串联的组合形式。4.5.3表面式换热器的使用

安装形式和注意点安装形式有垂直式、水平式和倾斜式。当作为表冷器使用时，不论安装和组合形式如何，其肋片一定要处于垂直位置，以利于表冷器外表面凝结的水分及时下流，避免增大空气流动阻力和带水。当作为采用蒸汽为加热介质的加热器使用时，一般管束为垂直安装，以利于排除管束内的凝结水，如果水平安装则一定要有不小于1/100的坡度。4.5.4表面式空气冷却器热工计算

表面式空气冷却器在空调系统中主要用来对空气进行冷却减湿处理，空气的温度、含湿量会同时发生变化，因此热工计算问题比较复杂。本教材只选介一种基于热交换效率的计算方法。首先分析一下显热换热量，根据传热学公式有：4.5.4表面式空气冷却器热工计算对于空调中常用的肋管式换热器，传热学给出了计算公式当有湿交换时,总热交换量为：dQz=σ（i-ib

）dF

引入析湿系数的概念在用表冷器对空气进行减湿冷却处理时，既有显热交换又有潜热交换（水分凝结），显热与潜热之和为全热。在空调工程中通常把全热交换和显热交换的比值称为湿工况的析湿系数。由图可得出定义式为：4.5.4表面式空气冷却器热工计算由此可见冷却减湿时，加肋表面出现凝结水，此时表面换热系数比只有显热交换时增加了倍。此时传热系数可以写成：由此可见湿交换传热系数与内外表面传热系数和析湿系数有关，而内外表面传热系数是空气和水的流速的函数，所以整理成如下的经验公式：4.5.4表面式空气冷却器热工计算表面式空气冷却器的热工计算方法表冷器的热交换效率同喷水室类似，表冷器的热交换效率也是指空气和水的实际状态变化过程接近理想过程的程度。（1）全热交换效率空气通过表冷器的温度降低值与空气和冷冻水的最大温差的比值，称表冷器的全热交换效率，同进考虑了空气和水的状态变化。其定义式为3.5.4表面式空气冷却器热工计算3.5.4表面式空气冷却器热工计算4.5.4表面式空气冷却器热工计算表冷器的热工计算1．表冷器的热工计算类型表冷器的热工计算也分为设计性计算和校核性计算。设计性计算是选择表冷器来满足已知初终参数空气的处理要求，校核性计算是检查已有型号的表冷器，看其是否能将已知初始状态的空气处理到所需要的状态。各种计算的已知条件和求解内容如表3-4所示。

2．表冷器热工计算的主要原则

对于型号一定的表冷器而言，热工计算