湿空气及其焓湿图.

12019年12月23日6时36分空气调节《空气调节》盛伟工学博士副教授电话：[phone]E-mail:[e-mail]2第1章湿空气的物理性质及其焓湿图3主要内容1.1空气的组成与状态1.2空气的状态参数1.2.1空气的压力类参数1.2.2空气的温度类参数1.2.3空气的湿度类参数1.2.4空气的能量参数1.2.5空气状态参数之间的关系1.3空气的焓湿图及其应用1.3.1焓湿图的组成1.3.2焓湿图的应用4学习目标了解空气的组成与状态掌握空气各状态参数及其计算重点掌握空气的焓湿图及其应用5空气既是需要利用空调技术对特定空间空气环境进行调节和控制的主体，又是空调工程中需要根据不同要求进行热湿处理的对象。因此，全面、深入地了解空气的特性，熟悉反映空气状态的参数及相互间关系的线图，会熟练运用焓湿图是学习和掌握空调技术的重要基础。61.1空气的组成与状态空调技术所研究的空气，就是人们口语中所称呼的、无所不在、且时刻要呼吸的“空气”，只不过作为一门特殊的学科，需要从独特的角度去研究空气的组成、性质、状态、变化规律等。地球大气层从地面到外空可分为好几层，其中最靠近地面的那一层，就是人类赖以生存的空气环境，通常称为“空气”，也就是空调技术所要研究、处理和调控的空气。71.空气的组成地球表面不同地点的空气，虽然都是由多种气体和水蒸气组成的混合物，但其成分是不相同的。平均而言，空气成分按照体积比大致为氮气(N2)占78%；氧气(O2)占21%；其他气体(如二氧化碳、一氧化碳、惰性气体等等)占大约1%。氮气78%氧气21%二氧化碳、一氧化碳、惰性气体等1%8水蒸气在空气中如果按体积比，几乎可以忽略不计，但按质量比，常温下大约占空气总质量的0.01%～0.4%。在空调技术范畴内，为研究分析和工程计算方便，通常将空气视为仅由干空气和水蒸气两部分组成，即由于自然界的空气中均含有水蒸气，因此在许多教科书中又将空气称为“湿空气”，以区别于不含水蒸气的干空气。空气=干空气+水蒸气91.1空气的组成与状态2.空气中的水蒸气及其影响水蒸气亦称水汽，是气态的水。空气中水蒸气的主要来源江河湖海中水的自然蒸发；生物(包括人、动物和植物)生理过程产生的水的蒸发或水蒸气的直接散发；生产工艺过程中使用和产生的水的蒸发或水蒸气的直接散发。空气中的水蒸气含量不是定值，而是在一定范围内变化的。10空气中的水蒸气含量不是定值，主要受以下几个因素的影响1)自然环境的影响。最明显的是沙漠地区和热带雨林，两者空气中的水蒸气含量就相差很大。2)气象条件的影响。由于风霜雪雨，日出日落，季节的转换，气候的变化，造成一年甚至一天24小时之内，空气中水蒸气的含量也会发生很大变化。3)湿源的影响。由于湿源不同或散湿量的变化，空气中水蒸气的含量也不同。如同一个俱乐部内，中餐厅和西餐厅、舞厅和棋牌室的差异，室内人员多少和活动状况的差异等。11空气中水蒸气含量的变化对空气的干燥和潮湿程度会产生重要影响，从而对人的舒适感及健康、产品产量和质量、生产工艺过程、设备状况、处理空气的能耗等都有极大的影响。(1)影响人的舒适感甚至健康湿度的大小影响人体皮肤表面汗液的蒸发速度，从而影响人的舒适感。关节炎病人对过于潮湿的气候非常敏感，甚至可以“预报”阴雨天气；而咽喉炎病人在干燥环境里病情会加重。12(2)影响某些产品的质量和成品率对于食品工业，过于潮湿的环境会使食品加速腐败。对于精密机械和电子行业，尤其是集成电路制造和精密电子机械产品的生产，空气的潮湿程度直接影响到产品质量和成品率。仓储行业对空气的湿度更是十分关注。(3)影响生产工艺过程如彩色印刷，特别是纺织生产的各个工艺过程，对空气中水蒸气的含量情况最敏感。(4)影响设备状况主要是金属设备的锈蚀问题。13(5)影响处理空气的能耗空气中水蒸气的多少，直接影响到加热或冷却同样体积的空气所需要的能量多少。在空调工程中，经常会要求对空气进行加热和冷却处理。例如，同样是将30℃的空气降温到20℃，空气中水蒸气的含量不同，所需要的冷量是不同的。基于上述种种原因，平时可以忽略的空气中的水蒸气，在空调范畴里不仅不能忽略而且还要把它放在非常重要的地位来对待。14影响处理空气的能耗影响设备状况影响生产工艺过程影响某些产品的质量和成品率影响人的舒适感甚至健康空气中水蒸气含量的变化151.1空气的组成与状态3.干空气是指除去空气中的水蒸气后的那部分空气，即不含水蒸气的空气。基本特性1)在常温常压条件下不发生相变，即不会液化也不会凝固；2)组成成分及比例不变。主要是指干空气中各个组成成分如氧气、氮气、二氧化碳、各种微量气体的成分比例基本固定不变；3)不可压缩。因为通常的空气处理过程中，空气的压力变化范围不大，在这个范围内，干空气可近似看作不可压缩。16空气=干空气+水蒸气自然界的空气都是“湿空气”，干空气实际上是一个抽象概念，在自然界中并不存在。但是，因为在空气处理的过程中，空气中的水蒸气含量变化较大，而干空气的成分和数量却保持了相对的稳定。因此通常以干空气为基数，可以在减化计算繁琐程度的同时，使计算更精确。171.1空气的组成与状态4.空气的状态与基本变化规律由工程热力学知识知，水蒸气的状态有三种，当分别存在于空气中时，使空气也表现出三种状态1)当空气中所含的水蒸气是干饱和蒸气(干蒸气)时，空气处于饱和状态，该空气称为饱和空气，可表示为空气=干空气+干饱和蒸气(干蒸气)=饱和空气182)当空气中所含的水蒸气是湿饱和蒸气(湿蒸气)时，空气处于过饱和状态，该空气称为过饱和空气，可表示为3)当空气中所含的水蒸气是过热蒸气时，空气处于不饱和状态，该空气称为不饱和空气或未饱和空气，可表示为空气=干空气+湿饱和蒸气(湿蒸气)=过饱和空气空气=干空气+过热蒸气=不(未)饱和空气19空气的上述三种状态在一定条件下可以相互转化。以雾的形成和消失过程为例在通常情况下，空气处于不饱和状态，但是由于某种原因如气温下降或有湿源将水蒸气不断加入空气中时，空气就会由不饱和逐渐达到饱和，继而过饱和。当空气成为过饱和空气，即空气中有微小水滴悬浮时，雾就产生了，如秋冬季节清晨的空气和冬季浴室内的空气。当温度上升或湿源停止将水蒸气加入空气中时，雾又会慢慢消失。在这个过程中，空气实际上发生了由过饱和状态，到饱和状态，再到不饱和状态的变化过程。20饱和空气不饱和空气过饱和空气雾的形成雾的消失211.2空气的状态参数空气除了组成、性质、状态等定性的描述外，为便于对其进行处理和调控，还需要有对空气进行定量分析和描述的物理量，称为空气的状态参数。状态参数通常是指识别某一个或某一类客观事物的数值特征或数量特征的度量。可以说每一个客观的物体都有其特定的“状态参数”。从空调的目的出发，主要从压力、温度、湿度和能量特性四个方面来描述空气的状态，所涉及的参数即为空气的状态参数。22什么是压力单位面积上所受到的气体作用力。宏观上，压力是指容器壁面受到的压力。微观上，气体的压力是由于气体分子对容器壁面的碰撞产生的，压力的大小反映了气体分子碰撞容器壁面的几率。压力的单位N/m2、Pa。1.2.1空气的压力类参数231.2.1空气的压力类参数绝对压力p大气压力pB水蒸气分压力pq干空气分压力pg24空气压力方面的概念在空调技术中的应用1)衡量空调房间与其他房间或室外的空气压力大小。2)表示空气潮湿程度的状态参数“相对湿度”是用水蒸气分压力来定义的。3)不同的大气压力条件，空气的性质不一样，需要查阅不同的焓湿图。4)在设计风管道的过程中，要用到空气全压、静压、动压的概念。此外，所有风机盘管、风机都有一个重要的选型参数——出口全压。1.2.1空气的压力类参数251.大气压力与空气的绝对压力地球表面单位面积上所受大气的压力称为大气压力或大气压，通常用pB表示，单位为Pa。大气压力不是一个定值，它与海拔高度成反比。大气压力不仅与海拔高度有关，还随季节、气候以及空气中水蒸气含量的变化而变化。由于大气压力不同，空气的物理性质也会不同，反映空气物理性质的状态参数也会有差别，所以在空调的设计和运行中，如果不考虑当地大气压力的情况，就会造成一定的误差。当地大气压力的值可以用“大气压力计”测得。1.2.1空气的压力类参数26绝对压力是空气的实际压力。在工程实际中，采用弹簧压力表等仪表测得的空气压力值称为工作压力(或表压力、真空度)，是空气的“相对压力”，即相对于当地大气压力的“压力”。工作压力不是空气的绝对压力。只有绝对压力才是空气的状态参数。绝对压力表压力（工作压力）当地大气压真空度（工作压力）绝对压力绝对真空绝对压力=当地大气压力＋工作压力272.水蒸气分压力是指空气中的水蒸气单独占有空气的体积，并具有与空气相同的温度时所具有的压力，通常用pq表示，单位为Pa。根据分子运动论的学说，气体分子越多，撞击容器壁面的机会越多，表现出的压力也就越大，因而水蒸气分压力的大小可以反映空气中水蒸气含量的情况。1.2.1空气的压力类参数28干空气分压力是指空气中的干空气单独占有空气的体积，并具有与空气相同的温度时所具有的压力，通常用pg表示，单位为Pa。由于在空调技术范畴视空气为干空气与水蒸气的混合气体，因此根据道尔顿分压定律混合气体的总压力等于各组成气体的分压力之和，而空气的总压力即大气压力，于是有pB=pg＋pq29干球温度t或tg湿球温度ts露点温度tL1.2.2空气的温度类参数301.干球温度就是通常口语中所说的温度，用t或tg表示，单位为℃。在空调技术中，为了区别于湿球温度，才特别称之为干球温度。干球温度代表了空气的冷热程度。感温饱图1－1干湿球温度计1.2.2空气的温度类参数312.湿球温度图1－1为两支普通水银玻璃棒温度计，右边一支温度计的感温包上裹有一小块纱布，纱布的下端浸在盛有常温蒸馏水的容器中。由于毛细现象使得纱布处于湿润状态，感温包上裹有纱布的温度计就变成了“湿球温度计”。湿球温度计显示的温度值就是湿球温度，用ts表示，单位为℃图1－1干湿球温度计感温饱32由于水向空气中蒸发的速度与空气的潮湿程度有关，同样的干球温度条件下，空气越干燥，水的蒸发速度就越快，需要的汽化潜热就越多，湿纱布上的水温也相应越低，以便从空气中得到更多的显热，因此达到动态平衡时湿球温度与干球温度的温差就越大。干湿球温度差的大小可以反映空气的潮湿程度。图1－1干湿球温度计感温饱33由于湿球温度实际上是湿球感温包纱布上水与空气之间，蒸发散热与温差得热这两个相反的传热过程达到动态平衡时的温度，而空气的流动速度对上述两个热交换过程有极大的影响。实验证明，当流经湿球温度计感温包纱布的空气流速较小时，由于热湿交换不够充分，测得的湿球温度误差较大；而在空气流速≥2.5m/s时，流速对湿球温度的读数影响较小。因此使用湿球温度计测量湿球温度时，要注意1)使湿球温度计感温包附近的空气流速达到2.5m/s以上，必要时使用通风干湿球温度计。2)达到热湿交换的平衡需要一定时间，所以读数时要使湿球温度计放置在测量地点至少1～2min，等到读数稳定后，再读取其数值。343.露点温度任一状态的未饱和空气，在保持所含水蒸气量不变的条件下，使其温度逐渐降低，当温度低于某一个临界温度时，空气中的水蒸气便开始凝结出来，这个临界温度就称为这个状态空气的露点温度。露点温度通常用tL表示，单位为℃。1.2.2空气的温度类参数351.2.3空气的湿度类参数在空调工程中，测量和调节空气的湿度是仅次于温度控制的重要任务，尤其是需要知道空气中水蒸气的含量有多少和某一状态空气吸收水蒸气的能力有多大时。这两种情况可以分别用含湿量d和相对湿度φ这两个湿度类状态参数来度量。361.含湿量空气的含湿量定义为每千克干空气中含有的水蒸气量，即（1-2）式中——含湿量，单位为g/kg干；——空气中所含水蒸气的质量，单位为g；——空气中所含干空气