第3章 空气的热湿处理

第三章空气的热湿处理张海涛3.1空气热湿处理的途径与方案夏季处理过程：1、WLO2、W1O3、WO冬季处理过程：1、W’2LO2、W’3LO3、W’4O4、W’LO53.1.2空气热湿处理装置喷淋式直接接触式处理装置喷水加湿器喷蒸气加湿器表冷器空气加热器间接接触式处理装置盘管蒸发器冷凝器3.1.3与空气进行热湿交换的介质直接接触：喷水室水：使用广泛间接接触：表冷器加热水蒸气加湿加热空气：冷凝器制冷剂干冷冷却空气蒸发器湿冷3.2空气与水直接接触时的热湿交换3.2.1空气与水直接接触的热湿交换原理1、空气与温度不变的水直接接触时的状态变化解释：1、薄层温度与外界温度之差，决定热量的传递方向2、薄层饱和水蒸气分压力与外界空气的水蒸气分压力之差决定水蒸气分子的转移方向边界层未饱和空气2、空气与不同温度的水直接接触时的状态变化有七种变化过程空气的状态变化范围在A点与饱和线的两条切线AB和AC，以及饱和C线所围成的区域内AB过程线水温特点温度或显热含湿量或潜热焓或总热过程名称A1twtL降低减小减小减湿冷却A2tw=tL降低不变减小等湿冷却A3tLtwtS降低增加减小减焓加湿A4tw=tS降低增加不变等焓加湿A5tStwtA降低增加增加增焓加湿A6tw=tA不变增加增加等温加湿A7twtA升高增加增加升温加湿3.用喷水室处理空气的实际过程上述七种过程基于两个假设：1）与空气接触的水量无限大（因而水温可始终保持不变，“水”的状态点也不变）2）空气与水接触的时间无限长（使与水滴接触的空气可以达到饱和）机器露点：空气经喷水室处理后的状态点，相对湿度通常为90％～95％喷水室处理空气空气水空气水交换过程温度度温交换过程顺流逆流AtwwtA顺流逆流喷水室处理空气过程分析Atw1=φ123wttwwt121ttwt1ww=23tw2A1φwtt2wφ2wt3wt11A=1(b)1twlt＜逆流顺流(a)＜ttw1l逆流(c)＞ttw1A理想过程分析：假想条件：水量有限接触时间足够长§3.2用喷水室处理空气优点：能实现多种空气处理过程，具有一定的净化空气能力，耗费金属量少和容易加工。缺点：对水质的卫生要求高，占地面积大，水系统复杂和水泵消耗电能较多。应用情况：目前一般建筑物中不常用或只做加湿器使用，但在纺织厂、卷烟厂等工业建筑中还大量使用。一、喷水室的构造和类型(一)构造立式单级喷水室双级喷水室原理后两者水滴直径较大，与空气接触时温度升高慢，不易蒸发，适用于空气冷却干燥过程。细喷：do=2~2.5mm,喷嘴前水压po2.5atm,此时水滴直径仅为0.05~0.2mm，适用于空气加湿。中喷：do=2.5~3.5mm，Po=2atm,水滴直径为0.15~0.25mm粗喷：do=4~5.5mm，Po=0.5~1.5atm，水滴直径为0.2~0.5mm3、喷嘴布置：原则：使水滴均匀地布满整个断面为原则，可以布置为一排，二排或三排，常见为二排或三排，密度多采用13~24个/m22、喷嘴材料：一般采用黄铜、尼龙、塑料、陶瓷等黄铜耐磨性最好，价格较高，尼龙次之，塑料和陶瓷易损坏四、喷水室的热工计算（一）用喷水室处理空气的实际过程空气与水直接接触时，在假想条件下。可以实现7种过程。但是在实际的喷水室里，喷水量总是有限的，空气与水的接触时间也不可能很长，所以空气状态和水温都是不断变化的，而且空气的终状态也难达到饱和。（二）喷水室的热交换系数和接触系数1、热交换效率系数η1或E以冷却减湿过程为例，空气的状态变化和水温变化如图。喷水室的热交换效率系数η是同时考虑空气和水的状态变化的。如果把空气的状态变化过程沿等焓线投影到饱和线上，并近似的将这一段饱和曲线看成直线，则η1可表示为：t111′i1i2ts1t222′i3t3345tw2tw112211122221111111()()()()1245115sswwswswswswswswttttttttttttttttts1ts2=tw2时,η1=1ts2与tw2差值越大,说明热湿交换越不完善,η1越小212132、接触系数η2或E’喷水室的η2（第二热交换效率或通用热交换效率）是只考虑空气的状态变化，因此它可以表示为：由于212121323231131313132211232213sstttt所以222111sstttt若把图上一段饱和的曲线近似看成直线，则有t111′i1i2ts1t222′i3t3345tw2tw1ts1（三）影响喷水室热交换效果的因素影响喷水室热交换效果的因素很多，空气的质量流量、喷嘴类型与布置密度、喷嘴孔径与喷嘴前水压，空气与水的接触时间、空气与水滴运动方向以及空气与水的初、终参数等均有关。1、空气质量流量的影响：23600GkgmsfG—空气量kg/h；f—喷水室的横截面积m2常用范围：2.5~3.5kg/(m2.s)（三）影响喷水室热交换效果的因素2、喷水系数的影响GWW—喷水量kg/h；G—空气流量kg/h。（三）影响喷水室热交换效果的因素3、喷水室结构特性的影响①喷嘴排数：单双≈三②喷嘴密度:每m2喷水室断面上布置的单排喷嘴个数，通常取n=13～24个/（m2.排）③喷水方向：单排逆喷效果好，双排对喷效果好④排管间距：通常采用600mm⑤喷嘴孔径：优先选用大孔径（四）喷水室的热工计算方法—双效率法1、η1和η2的经验公式nmAnmA'''21A、A’、m、m’、n、n’均为实验系数和指数。2、热工计算任务1）空气处理过程所需要的η1应等于喷水室能达到的η12）空气处理过程所需要的η2应等于喷水室能达到的η23）空气失去的热量应等于喷水室中喷水所吸收的热量（四）喷水室的热工计算方法—双效率法221111''22'1211()()2112ttmswnAttswttsmnAttsQWCGtthhww（四）喷水室的热工计算方法—双效率法3、计算类型——设计性和校核性设计计算：已知条件：G（空气量）空气的初终参数t1,ts1；t2,ts2,求解内容：喷水室结构喷水量W水的初终温度tw1、tw2G（空气量）空气的初终参数t1,ts1；喷水室结构喷水量W水的初温tw1空气终参数t2,ts2;水的终温度tw2校核计算：（四）喷水室的热工计算方法—双效率法以例P73,3-1，讲解设计性计算的计算步骤和注意问题。§4-4用表面式换热器处理空气常用的表面式换热器包括空气加热器和表面冷却器两类。空气加热器是用热水或蒸汽做热媒，通常又称为水冷式或直接蒸发式表冷器。一、表面式换热器的构造：空调工程中常用的是用肋片管制成的肋管式换热器，它的基本构造如图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3－14各种肋片管的构造滴水盘与排水管3.5空气的其他热湿处理装置与方法3.4.1加热装置裸线式电加热器：图3－17裸线式电加热器a）基本构造b）抽屉式1－钢板2－电阻丝3－瓷绝缘子4－隔热层优点：结构简单，热惰性小，加热速度快缺点：在高温下易断丝漏电，安全性差，必须有可靠的接地装置，并与风机连锁运行；电阻丝表面温度高，粘附其上的杂质经烘烤后会产生异味2.管式加热器优点加热均匀、加热量稳定、安全性好。缺点热惰性大，构造比较复杂。图3－18管式电加热器1－接线端子2－瓷绝缘子3－紧固装置4－绝缘材料5－金属套管6－电阻丝3.4.2加湿装置3.4.2.1水加湿装置1、雾化加湿装置：依靠水滴雾化来加湿空气1）压缩空气喷雾器（压缩空气诱导喷雾加湿器或气水混合喷雾加湿器）2）高压水喷雾加湿器原理：水泵＋喷杆＋喷嘴3）超声波加湿器原理：利用超声波振子的振动把水破碎成细小水滴4）离心式加湿器3.4.3除湿装置冷冻除湿机固体吸湿剂除湿液体吸湿剂除湿3.4.3.1冷冻除湿机工作原理如右图冷冻减湿机原理冷冻除湿机制冷量为：02121021210)(/)(')(QhhddQWskgddqWkWhhqQmm由上两式可得：除湿量为：3.4.3.2转轮除湿机1、固体吸湿剂的吸湿原理1）吸附式固体吸湿剂（硅胶、分子筛、活性碳）原理：其表面有大量细小孔隙形成的毛细管，由于毛细管的作用，使毛细管表面上的水蒸气分压力低于周围空气中的水蒸气分压力，从而使空气中的水蒸气被吸附。水蒸气分子向毛细孔的空腔扩散并凝结成水，仅为物理过程。硅胶的特性：半透明颗粒状，无毒、无臭、无腐蚀性、不溶于水，吸湿率可达自重的30％。吸湿前为蓝色，吸湿后为紫红色，失效后可加热再生。2）吸收式固体吸湿剂（CaCl2、P2O5、NaOH、CuSO4、LiCl）原理：吸水后变为结晶水化合物，可变为液态，是个物理化学变化过程LiCl是立方晶体，无毒无臭，吸湿后变成结晶水，不液化，对金属不产生腐蚀作用，经加热后可再生3.4.3.4液体吸湿剂除湿CaCl2水溶液LiCl水溶液三甘醇水溶液