典型工作任务3　湿空气焓湿图应用

2.3.1　任务目标

1.理解单级蒸气压缩式制冷实际循环与理论循环的区别。

2.掌握液体过冷、吸气过热及回热的概念，能够绘制相应的压焓图。

3.掌握各种实际情况变化对制冷循环的影响，能够进行性能分析。

2.3.2　相关配套知识

无论是在空调系统设计计算中，还是在空调系统运行调试与管理中，都离不开湿空气的焓湿图。通过湿空气的焓湿图可以：

①确定湿空气的状态参数；

②表示湿空气状态变化过程；

③求得两种或多种湿空气的混合状态；

④确定空调系统的送风状态点及送风焓差；

⑤分析空调系统设计与运行工况。

1.根据两个独立的状态参数确定空气状态及其余参数

湿空气的独立参数共有t、d、φ、h及ts5个。当大气压力B一定时，可以根据其中任意两个决定空气状态，再从h-d图上查得td、pv、pv，b及db等参数，如图2-11所示。

例2-2　已知大气压力B=101325Pa，空气的温度t=20℃，相对湿度φ=60％，求露点温度tL和湿球温度ts。

解：已知B=101325Pa，t=20℃，φ=60％，在湿空气的h-d图上确定空气状态点A，如图2-12所示。

前已述及，将不饱和空气冷却达到饱和时，所对应的温度即为露点温度。所以在h-d图上，将A状态空气沿等dA线冷却到与φ=100％的饱和线相交，则交点C的温度即为A状态空气的露点温度，tL=12℃（图2-12）。

过A点作h=42.5kJ/kg（a）等焓线与φ=100％线相交，则交点B的温度即为A状态空气的湿球温度，ts=15.2℃（图2-12）。

2.空气状态变化过程在h-d图上的表示

利用h-d图能表示空气状态的变化过程，各种变化过程的方向和特征可用热湿比ε表示。图2-13绘制了空气状态变化的几种典型过程，现分述如下。

（1）等湿（干式）加热过程

空气调节中常用表面式空气加热器（或电加热器）来处理空气。当空气通过加热器时获得了热量，提高了温度，但含湿量并没变化。因此，空气状态变化是等湿增焓升温过程，如图2-13中A→B所示。在状态变化过程中dA=dB，hA>hB，故其热湿比ε为

（2）等湿（干式）冷却过程

如果用表面式冷却器处理空气，且其表面温度比空气露点温度高，则空气将在含湿量不变的情况下冷却，其焓值必相应减少。因此，空气状态为等湿减焓降温过程，如图2-13中A→C所示。由于dA=dC，hA<hC，故其热湿比ε为

（3）等焓减湿过程

用固体吸湿剂（例如硅胶）处理空气时，水蒸气被吸附，空气的含湿量降低，空气失去潜热而得到水蒸气凝结时放出的汽化热，使温度增高，但焓值基本没变，只是略微减少了凝结水带走的液体热，空气近似按等焓减湿升温过程变化，如图2-13中A→D所示，其ε值为

（4）等焓加湿过程

用喷水室喷循环水处理空气时，水吸收空气的热量而蒸发为水蒸气，空气失掉显热量，温度降低，水蒸气到空气中使含湿量增加，潜热量也增加。由于空气失掉显热，得到潜热，因而空气焓值基本不变，所以称此过程为等焓加湿过程。由于此过程与外界没有热量交换，故又称为绝热加湿过程。此时，循环水温将稳定在空气的湿球温度上，如图2-13中A→E所示。由于状态变化前后空气焓值相等，因而ε值为

此过程和湿球温度计表面空气的状态变化过程相似。严格地讲，空气的焓值也是略有增加的，其增加值为蒸发到空气中的水的液体热，但因这部分热量很少，因而近似认为绝热加湿过程是一等焓过程。

（5）等温加湿过程

如图2-13中A→F所示过程。这也是一个典型的状态变化过程，是通过向空气中喷蒸汽而实现的。空气中增加水蒸气后，其焓和含湿量都将增加，焓的增加值为加入蒸汽的全热量，即

Δh=ΔdhV

式中　Δd——每千克干空气增加的含湿量，kg/kg（a）；

hV——水蒸气的焓。

此过程的ε值为

如果喷入蒸汽温度为100℃左右，则ε=2690kJ/kg，该过程线与等温线近似平行，故为等温加湿过程。

（6）减湿冷却（或冷却干燥）过程

如果用表面冷却器处理空气，当冷却器的表面温度低于空气的露点温度时，空气中的水蒸气将凝结为水，从而使空气减湿（或称干燥），空气的变化过程为减湿冷却过程或冷却干燥过程，此过程如图2-13中A→G所示，因为空气焓值及含湿量均减少，故热湿比ε为

如果用温度低于空气露点温度的水处理空气，也能实现此过程。

以上介绍了空气调节中常用的六种典型空气状态变化过程。从图2-13可看出代表四种过程的ε=±∞和ε=0的两条线将h-d图平面分成了四个象限，每个象限内的空气状态变化过程都有各自的特征，详见表2-2。

3.两种不同状态空气混合过程的计算

不同状态的空气互相混合，在空气调节过程中是最基本、最节能的处理过程。如新回风的混合，冷热风的混合，干湿风的混合等等。为此，必须研究不同状态的空气混合规律及空气混合时在h-d图上的表示，具体方法如下。

设有两种状态分别为A和B的空气相混合（图2-14），根据能量和质量守恒原理，有

GAhA+GBhB=（GA+GB）hC　　（2-11）

GAhA+GBhB=（GA+GB）dC　　（2-12）

混合后空气的状态点即可从式（2-12）和式（2-13）中解出，即

hC=（GAhA+GBhB）/（GA+GB）　　（2-13）

dC=（GAdA+GBhB）/（GA+GB）　　（2-14）

这里需要注意的是：G的单位本应当是kg（a），但是由于空气中的水蒸气量是很少的，因此，用湿空气的质量代替干空气的质量计算时，所造成的误差处于工程计算所允许的范围。

由式（2-11）和（2-12）可以分别解得

由上式可以得出

上式中的左边是直线的斜率，右边是直线的斜率。两条直线的斜率相等，说明直线与直线平行，又因为混合点C是两直线的交点，说明状态点A、B、C是在一条直线上，如图2-14所示。

从图2-14中可知，由平行切割定理

此结果表明：当两种不同状态的空气混合时，混合点在过两种空气状态点的连线上，并将过两状态点的连线分为两段，所分两段直线的长度之比与参与混合的两种状态空气的质量成反比（即混合点靠近质量大的空气状态点一端）。

如果混合点C出现在过饱和区，这种空气状态的存在只是暂时的，多余的水蒸气会立即凝结，从空气中分离出来，空气将恢复到饱和状态。多余的水蒸气凝结时，会带走水的显热，因此，空气的焓略有减少。空气状态的变化如图2-15所示，并存在如下的关系：

hD=hC-4.19ΔdtD　　（2-16）

式中的hD、Δd和tD是三个互相有关的未知数，要确定hD的值，需要用试算法。实际上，由于水分带走的显热很少，空气的变化过程线也可近似看作是等焓过程。

例2-3　某空调系统采用新风和部分室内回风混合处理后送入空调房间。已知大气压力B=101325Pa，回风量GA=10000kg/h，回风状态的tA=20℃，φA=60％。新风量GB=2500kg/h，新风状态的tB=35℃，φB=80％。试确定出空气的混合状态点C。

解：两种不同状态空气的混合状态点可根据混合规律用作图法确定，也可以用计算方法得出，这里采用计算法求解。

在大气压力B=101325Pa的h-d图上，由已知条件确定出A、B两种空气的状点，并得：hA=42.5kJ/kg（a），dA=8.8g/kg（a），hB=109.4kJ/kg（a），dB=29.0g/kg（a），将上述值代入式（2-13）和式（2-14）中，计算可得

由求出的hC、dC，即可在h-d图上确定出空气的混合状态点C及其余参数（图2-16）。

实际上，根据混合规律，空气的混合状态点C必定在过 直线上的某个中间位置，因此，只需计算出hC、dC中的一个，即可在h-d图上由hC或dC线与 直线的交点确定出空气的混合状态点C及其余参数。