典型工作任務3　濕空氣焓濕圖應用

2.3.1　任務目標

1.理解單級蒸氣壓縮式制冷實際循環與理論循環的區別。

2.掌握液體過冷、吸氣過熱及回熱的概念，能夠繪制相應的壓焓圖。

3.掌握各種實際情況變化對制冷循環的影響，能夠進行性能分析。

2.3.2　相關配套知識

無論是在空調系統設計計算中，還是在空調系統運行調試與管理中，都離不開濕空氣的焓濕圖。通過濕空氣的焓濕圖可以：

①確定濕空氣的狀態參數；

②表示濕空氣狀態變化過程；

③求得兩種或多種濕空氣的混合狀態；

④確定空調系統的送風狀態點及送風焓差；

⑤分析空調系統設計與運行工況。

1.根據兩個獨立的狀態參數確定空氣狀態及其余參數

濕空氣的獨立參數共有t、d、φ、h及ts5個。當大氣壓力B一定時，可以根據其中任意兩個決定空氣狀態，再從h-d圖上查得td、pv、pv，b及db等參數，如圖2-11所示。

例2-2　已知大氣壓力B=101325Pa，空氣的溫度t=20℃，相對濕度φ=60％，求露點溫度tL和濕球溫度ts。

解：已知B=101325Pa，t=20℃，φ=60％，在濕空氣的h-d圖上確定空氣狀態點A，如圖2-12所示。

前已述及，將不飽和空氣冷卻達到飽和時，所對應的溫度即為露點溫度。所以在h-d圖上，將A狀態空氣沿等dA線冷卻到與φ=100％的飽和線相交，則交點C的溫度即為A狀態空氣的露點溫度，tL=12℃（圖2-12）。

過A點作h=42.5kJ/kg（a）等焓線與φ=100％線相交，則交點B的溫度即為A狀態空氣的濕球溫度，ts=15.2℃（圖2-12）。

2.空氣狀態變化過程在h-d圖上的表示

利用h-d圖能表示空氣狀態的變化過程，各種變化過程的方向和特征可用熱濕比ε表示。圖2-13繪制了空氣狀態變化的幾種典型過程，現分述如下。

（1）等濕（干式）加熱過程

空氣調節中常用表面式空氣加熱器（或電加熱器）來處理空氣。當空氣通過加熱器時獲得了熱量，提高了溫度，但含濕量并沒變化。因此，空氣狀態變化是等濕增焓升溫過程，如圖2-13中A→B所示。在狀態變化過程中dA=dB，hA>hB，故其熱濕比ε為

（2）等濕（干式）冷卻過程

如果用表面式冷卻器處理空氣，且其表面溫度比空氣露點溫度高，則空氣將在含濕量不變的情況下冷卻，其焓值必相應減少。因此，空氣狀態為等濕減焓降溫過程，如圖2-13中A→C所示。由于dA=dC，hA<hC，故其熱濕比ε為

（3）等焓減濕過程

用固體吸濕劑（例如硅膠）處理空氣時，水蒸氣被吸附，空氣的含濕量降低，空氣失去潛熱而得到水蒸氣凝結時放出的汽化熱，使溫度增高，但焓值基本沒變，只是略微減少了凝結水帶走的液體熱，空氣近似按等焓減濕升溫過程變化，如圖2-13中A→D所示，其ε值為

（4）等焓加濕過程

用噴水室噴循環水處理空氣時，水吸收空氣的熱量而蒸發為水蒸氣，空氣失掉顯熱量，溫度降低，水蒸氣到空氣中使含濕量增加，潛熱量也增加。由于空氣失掉顯熱，得到潛熱，因而空氣焓值基本不變，所以稱此過程為等焓加濕過程。由于此過程與外界沒有熱量交換，故又稱為絕熱加濕過程。此時，循環水溫將穩定在空氣的濕球溫度上，如圖2-13中A→E所示。由于狀態變化前后空氣焓值相等，因而ε值為

此過程和濕球溫度計表面空氣的狀態變化過程相似。嚴格地講，空氣的焓值也是略有增加的，其增加值為蒸發到空氣中的水的液體熱，但因這部分熱量很少，因而近似認為絕熱加濕過程是一等焓過程。

（5）等溫加濕過程

如圖2-13中A→F所示過程。這也是一個典型的狀態變化過程，是通過向空氣中噴蒸汽而實現的?？諝庵性黾铀魵夂?，其焓和含濕量都將增加，焓的增加值為加入蒸汽的全熱量，即

Δh=ΔdhV

式中　Δd——每千克干空氣增加的含濕量，kg/kg（a）；

hV——水蒸氣的焓。

此過程的ε值為

如果噴入蒸汽溫度為100℃左右，則ε=2690kJ/kg，該過程線與等溫線近似平行，故為等溫加濕過程。

（6）減濕冷卻（或冷卻干燥）過程

如果用表面冷卻器處理空氣，當冷卻器的表面溫度低于空氣的露點溫度時，空氣中的水蒸氣將凝結為水，從而使空氣減濕（或稱干燥），空氣的變化過程為減濕冷卻過程或冷卻干燥過程，此過程如圖2-13中A→G所示，因為空氣焓值及含濕量均減少，故熱濕比ε為

如果用溫度低于空氣露點溫度的水處理空氣，也能實現此過程。

以上介紹了空氣調節中常用的六種典型空氣狀態變化過程。從圖2-13可看出代表四種過程的ε=±∞和ε=0的兩條線將h-d圖平面分成了四個象限，每個象限內的空氣狀態變化過程都有各自的特征，詳見表2-2。

3.兩種不同狀態空氣混合過程的計算

不同狀態的空氣互相混合，在空氣調節過程中是最基本、最節能的處理過程。如新回風的混合，冷熱風的混合，干濕風的混合等等。為此，必須研究不同狀態的空氣混合規律及空氣混合時在h-d圖上的表示，具體方法如下。

設有兩種狀態分別為A和B的空氣相混合（圖2-14），根據能量和質量守恒原理，有

GAhA+GBhB=（GA+GB）hC　?。?-11）

GAhA+GBhB=（GA+GB）dC　　（2-12）

混合后空氣的狀態點即可從式（2-12）和式（2-13）中解出，即

hC=（GAhA+GBhB）/（GA+GB）　?。?-13）

dC=（GAdA+GBhB）/（GA+GB）　　（2-14）

這里需要注意的是：G的單位本應當是kg（a），但是由于空氣中的水蒸氣量是很少的，因此，用濕空氣的質量代替干空氣的質量計算時，所造成的誤差處于工程計算所允許的范圍。

由式（2-11）和（2-12）可以分別解得

由上式可以得出

上式中的左邊是直線的斜率，右邊是直線的斜率。兩條直線的斜率相等，說明直線與直線平行，又因為混合點C是兩直線的交點，說明狀態點A、B、C是在一條直線上，如圖2-14所示。

從圖2-14中可知，由平行切割定理

此結果表明：當兩種不同狀態的空氣混合時，混合點在過兩種空氣狀態點的連線上，并將過兩狀態點的連線分為兩段，所分兩段直線的長度之比與參與混合的兩種狀態空氣的質量成反比（即混合點靠近質量大的空氣狀態點一端）。

如果混合點C出現在過飽和區，這種空氣狀態的存在只是暫時的，多余的水蒸氣會立即凝結，從空氣中分離出來，空氣將恢復到飽和狀態。多余的水蒸氣凝結時，會帶走水的顯熱，因此，空氣的焓略有減少。空氣狀態的變化如圖2-15所示，并存在如下的關系：

hD=hC-4.19ΔdtD　?。?-16）

式中的hD、Δd和tD是三個互相有關的未知數，要確定hD的值，需要用試算法。實際上，由于水分帶走的顯熱很少，空氣的變化過程線也可近似看作是等焓過程。

例2-3　某空調系統采用新風和部分室內回風混合處理后送入空調房間。已知大氣壓力B=101325Pa，回風量GA=10000kg/h，回風狀態的tA=20℃，φA=60％。新風量GB=2500kg/h，新風狀態的tB=35℃，φB=80％。試確定出空氣的混合狀態點C。

解：兩種不同狀態空氣的混合狀態點可根據混合規律用作圖法確定，也可以用計算方法得出，這里采用計算法求解。

在大氣壓力B=101325Pa的h-d圖上，由已知條件確定出A、B兩種空氣的狀點，并得：hA=42.5kJ/kg（a），dA=8.8g/kg（a），hB=109.4kJ/kg（a），dB=29.0g/kg（a），將上述值代入式（2-13）和式（2-14）中，計算可得

由求出的hC、dC，即可在h-d圖上確定出空氣的混合狀態點C及其余參數（圖2-16）。

實際上，根據混合規律，空氣的混合狀態點C必定在過 直線上的某個中間位置，因此，只需計算出hC、dC中的一個，即可在h-d圖上由hC或dC線與 直線的交點確定出空氣的混合狀態點C及其余參數。