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第三章空气的 热湿处理
第四章 空气处理及其设备由第三章知， 由第三章知，对于空气调节系统而 言，一个空气调节全过程是由空气处理全 过程及送入房间的空气状态变化过程组成 的，而每一个空气处理全过程都包含着几 个空气处理过程。 个空气处理过程。为了实现这些空气处理 过程，就要采用不同的空气处理设备， 过程，就要采用不同的空气处理设备，包 括空气的加热设备、冷却设备、 括空气的加热设备、冷却设备、加湿及减 湿设备等。 湿设备等。本章主要介绍这些内容§4-1 空气热湿处理的途径及使用设 备的类型一、空气热湿处理的各种途径夏 季：1、W→L→O 喷水室喷冷水 或表面冷却器） （或表面冷却器）冷却减湿 →加热器再热 2、W→1→O 固体吸湿剂减 湿→表面冷却器等湿冷却 3、W→O 液体吸湿剂减湿冷 却冬 季1、W' →2→L→O 加热器预→喷蒸汽加湿→ 加热器预→喷蒸汽加湿→ 加热器再热 2、W' →3→L→O 加热器预热→喷水室绝热加 加热器预热→ 湿→加热器再热 3、W' →4→O 加热器预热→ 加热器预热→ 喷蒸汽加湿 4、 W'→L→O 喷水室喷热水 加热加湿→ 加热加湿→加热器再热 5、W'→5→L'→O 加热器预热 5 →一部分喷水室绝热加湿 与另一 一部分喷水室绝热加湿→与另一 部分未加湿的空气混合二、空气热湿处理设备的类型空气热湿处理设备大多数是通过空气与其它介 质的热湿交换来完成的。作为热湿交换的介质有： 质的热湿交换来完成的。作为热湿交换的介质有：水，水蒸气，液体吸湿剂和制冷剂。 水蒸气，液体吸湿剂和制冷剂。根据各种热湿交换设备的工作特点不同，可将 根据各种热湿交换设备的工作特点不同， 它们分成两大类： 它们分成两大类：直接接触式和表面式。直接接触式――喷水室、蒸汽加湿器、局部补充 喷水室、蒸汽加湿器、加湿装置，使用液体吸湿剂的装置等。 加湿装置，使用液体吸湿剂的装置等。特点：与空气进行热湿交换的介质，与被处理的空气直 特点：与空气进行热湿交换的介质，接接触。 接接触。做法是让空气流经热湿交换介质的表面或将热 湿交换介质喷啉到空气中间去。 湿交换介质喷啉到空气中间去。表面式―管式和肋片管式空气加热器（热水及蒸汽 表面式 管式和肋片管式空气加热器（做热媒），空气冷却器（冷水或制冷剂做冷媒） 做热媒），空气冷却器（冷水或制冷剂做冷媒） ），空气冷却器特点：与空气进行热湿交换的介质不和空气直接接触。 与空气进行热湿交换的介质不和空气直接接触。热湿交换是通过设备的金属表面进行的。 热湿交换是通过设备的金属表面进行的。注意：喷水式表面冷却器则兼有这两类设备的特点。 则兼有这两类设备的特点。 注意：喷水式表面冷却器§4-2 空气与水直接接触时的热湿交换一、空气与水之间的热湿交换原理热交换（显热+潜热） 热交换（ 潜热） 湿交换（水蒸气凝结或蒸发+汽化潜热） 汽化潜热） 湿交换（1、理论分析若以A表示空气的状态，水蒸气分压力p 若以A表示空气的状态，水蒸气分压力pq1，以B表示 饱和空气边界层的状态，水蒸气分压力p 饱和空气边界层的状态，水蒸气分压力pq2饱和空气层p 饱和空气层pq2 （1） （2） 空气p 空气pq1a.湿交换 a.湿交换若 p q2? p q1，则（1 ? 2），水分蒸发，空气加湿 ） （ 若 p q2 ? p q1，则（1 ? 2），水分凝结，空气干燥 ） （b.热交换 b.热交换温差----显热交换 温差----显热交换 湿交换同时伴随潜热交换2、i---d图表示 ---dA理论上A能处理到B 理论上A能处理到B点 实际上只能处理到2 实际上只能处理到2点2 B3、计算分析当空气与水在一个微小表面dF上接触时 当空气与水在一个微小表面dF上接触时 显热交换量： =α（ (W) 显热交换量：dQx=α（t - tb）dF t―周围空气温度 tb―边界层空气温度 湿交换量： kg/s 湿交换量：dW=αD(C - CD)dF αD―空气与水表面间按水蒸汽分子浓度差计算的湿 交换系数，单位m/s 交换系数，单位m/s C―周围空气中水蒸汽分子浓度，单位kg/m3 周围空气中水蒸汽分子浓度，单位kg/m CD―边界层空气中水蒸汽分子浓度，单位kg/m3 边界层空气中水蒸汽分子浓度，单位kg/mβ（ 或： dw = β（pq-pqb）dFβ―空气与水表面间按水蒸汽分压力差计算的 湿交换系数，单位kg/NS 湿交换系数，单位kg/NS pq―周围空气的水蒸汽分压力，单位Pa 周围空气的水蒸汽分压力，单位Pa pqb―边界层空气的水蒸汽分压力，单位Pa 边界层空气的水蒸汽分压力，单位Pa或：dW = σ（d - db）dF σ（σ―空气与水表面间按水蒸汽含湿量差计算的 湿交换系数，单位kg/m 湿交换系数，单位kg/m2s d―周围空气的含湿量，kg/kg干 周围空气的含湿量， db―边界层空气的含湿量，kg/kg干 边界层空气的含湿量，潜热交换量： 潜热交换量：dQq = rdW = r σ（d - db） dFr―温度为tb时水的汽化潜热，单位J/kg 温度为t 时水的汽化潜热，单位J/kg 总热交换量： 总热交换量：dQZ=dQX + dQq =[α（t - tb）+ r σ（d - db）]dF （ （二、刘易斯关系式对绝热加湿过程，空气 失去的显热量恰好等于 水分蒸发所需要的潜热 量： d Q x = d Q q ? α ( t ? t b)dF = γσ (d b ? d)dF ? db ? d =α σ ?γ( t ? t b)(a )空气失去的显热又以潜 热的形式回到空气中， 则对湿空气而言： γ（d b ? d) = c p ( t ? t b) ? db ? d = cpγ( t ? t b)( b)比较以上两式可得：α = cp σ应用？ 应用？三、空气与水直接接触时的状态变化过程（理想条件） 空气与水直接接触时的状态变化过程（理想条件）0pq2 pq4pq6水蒸汽分压力Pa 水蒸汽分压力t6=tA t4=ts t2=tlA前提：水温不变，水量无限大，接触时间无限长 前提：水温不变，水量无限大，七种典型的空气状态变化过程水温特点 T或QX D或Qq 减 不变 增 增 增 增 增 i或QX 减 减 减 不变 增 增 增A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 A-7tw&tl tw=tl减 减tl&tw& 减 ts tw=ts 减 ts&tw &t tw=tA tw&tA减 不变 增说明： 说明：A-2 空气加湿与减湿的分界线：t&tb， 空气加湿与减湿的分界线： d=db，有显热交换，等湿冷却过程。 有显热交换，等湿冷却过程。 A-4 空气增焓与减焓的分界线： 空气增焓与减焓的分界线：空气沿等 湿球温度线变化而加湿，即等焓加湿过程。 湿球温度线变化而加湿，即等焓加湿过程。 A-6 等温加湿过程，空气的潜热量增加， 等温加湿过程，空气的潜热量增加， 焓增大思考：1、A-4过程中水温如何控制？ 过程中水温如何控制？2、能否用水实现等湿升温、等焓减 能否用水实现等湿升温、 等温去湿过程？ 等温去湿过程？ 湿或四、空气与水接触的实际变化过程空气与水接触的过程中，只要空气得到或失去了热量 空气与水接触的过程中， 则水的温度一定要变化。 则水的温度一定要变化。1、理论推导： Lρ（i1 ? i 2） w csh ( t sh.z ? t sh.c) = w ? i1 ? i 2 = csh ( t w2 ? t w1) G W ?= G2、i-d图表示参看P65 参看P65 图3-4§ 4 -3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 优点：能实现多种空气处理过程， 净化空气能力，耗费金属量少和容易加工。 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 缺点：对水质的卫生要求高，占地面积大， 系统复杂和水泵消耗电能较多。 系统复杂和水泵消耗电能较多。 应用情况： 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、 湿器使用，但在纺织厂、卷烟厂等工业建筑中 还大量使用。 还大量使用。一、喷水室的构造和类型(一)构造（图3-5） 构造（1、前挡水板―挡住可能飞溅出来的水滴，并使进入 前挡水板―挡住可能飞溅出来的水滴， 喷水室的空气能均匀地流过整个断面。 喷水室的空气能均匀地流过整个断面。 2、排管、喷嘴：根据喷水方向与空气流动方向 排管、喷嘴： 的相对状况分：顺喷、逆喷、对喷 的相对状况分：顺喷、逆喷、3、后挡水板―使夹在空气中的水滴分离出来 、后挡水板 使夹在空气中的水滴分离出来 6~15是喷水室的水供应系统，有四种管道与底池相连 是喷水室的水供应系统， 是喷水室的水供应系统 7、循环水管―底池通过滤水器与循环水管相连，使落 循环水管―底池通过滤水器与循环水管相连， 在底池的水能重复使用， 在底池的水能重复使用，滤水器的作用是除去水中杂 以免堵塞喷嘴。 物，以免堵塞喷嘴。14、溢水管―底池通过溢水器与溢水管相连， 14、溢水管―底池通过溢水器与溢水管相连，以便排除 夏季由空气中冷凝出来的水或收集回水。此外， 夏季由空气中冷凝出来的水或收集回水。此外，溢水器 的喇叭口上有水封罩可将喷水室内外空气隔绝， 的喇叭口上有水封罩可将喷水室内外空气隔绝，并使底 池水面维持一定高度。 池水面维持一定高度。 11、补水管―由于冬季通常是用循环水加湿空气， 11、补水管―由于冬季通常是用循环水加湿空气，一部 分水要蒸发到空气中去，所以底池水面会降低。 分水要蒸发到空气中去，所以底池水面会降低。为了维 持水面高度不低于溢水器，需设补水管， 持水面高度不低于溢水器，需设补水管，并经浮球阀门 自动补水，补水量按喷水量2~4%来补。 2~4%来补 自动补水，补水量按喷水量2~4%来补。 15、泄水管―为检修、清洗和防冻等目的， 15、泄水管―为检修、清洗和防冻等目的，在底池底部 需设泄水管，以便能将池内的水全部泄至下水道。 需设泄水管，以便能将池内的水全部泄至下水道。（二）类型―立式、卧式；单级、双级 类型―立式、卧式；单级、立式特点：占地面积小，空气自上而下的与水接触， 占地面积小，空气自上而下的与水接触，热湿交换效果更好，但能处理的空气量不大。 热湿交换效果更好，但能处理的空气量不大。 双级特点：水能重复使用，节省水量，同时可使空气 水能重复使用，节省水量， 焓降更大， 焓降更大，适用于应用大型冷源及要求处理的空气焓 降大的场合，但占地面积大，水系统复杂。 降大的场合，但占地面积大，水系统复杂。带旁通的喷水室：喷水室上面或侧面再增加一个旁通风道，这样一部分空气可以不通过喷水处理， 风道，这样一部分空气可以不通过喷水处理，与经过 喷水处理的空气相混合得到要求的空气状态。 喷水处理的空气相混合得到要求的空气状态。带填料的喷水室：水均匀的洒在填料层上，空气通过 水均匀的洒在填料层上，填料层时与水进行热湿交换，净化作用更好。 填料层时与水进行热湿交换，净化作用更好。低速喷水室：2-3m/s；高速喷水室：3.5-6.5m/s 3m/s； 3.5-立式单级喷水室卧式单级喷水室双级喷水室原理玻璃丝盒喷水室二、组成喷水室的主要部件（一）喷嘴 1、Y-1型喷嘴性能：喷嘴喷出的水滴大小，水量多少， 型喷嘴性能：喷嘴喷出的水滴大小，水量多少， 喷射角度和作用距离与喷嘴的构造、 喷射角度和作用距离与喷嘴的构造、喷嘴前的水压及 喷嘴孔径有关。 喷嘴孔径有关。 同一类型的喷嘴，孔径越小，喷嘴前水压越高，喷出的 同一类型的喷嘴，孔径越小，喷嘴前水压越高， 水滴越细，雾化效果好；孔径相同时，水压越高， 水滴越细，雾化效果好；孔径相同时，水压越高，则喷 水量越高，雾化程度越好。但水压越高， 水量越高，雾化程度越好。但水压越高，喷水过程消耗 的机械能也越多，因此，理想的喷嘴应能在较低压力下 的机械能也越多，因此， ，保证喷水室所需的雾化效果和喷水量。 保证喷水室所需的雾化效果和喷水量。细喷：do=2~2.5mm,喷嘴前水压 喷嘴前水压po&2.5atm,此时 细喷：do=2~2.5mm,喷嘴前水压po&2.5atm,此时 滴直径仅为0.05~0.2mm，适用于空气加湿。 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 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 粗喷：do=4~5.5mm， Po=0.5~1.5atm， 径为0.2~0.5mm 径为0.2~0.5mm 后两者水滴直径较大，与空气接触时温度升高慢， 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。 不易蒸发，适用于空气冷却干燥过程。2、喷嘴材料： 喷嘴材料： 一般采用黄铜、尼龙、塑料、 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， 黄铜耐磨性最好，价格较高，尼龙次之，塑料和 陶瓷易损坏 3、喷嘴布置： 喷嘴布置： 原则：使水滴均匀地布满整个断面为原则， 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， 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 密度多采用13~24个/m2(二)挡水板挡水板一般用镀钢板，玻璃钢或塑料制成，现以塑料 挡水板一般用镀钢板，玻璃钢或塑料制成， 板居多。经过前挡水板均匀流过喷水室的空气， 经过前挡水板均匀流过喷水室的空气，与喷嘴喷 出水雾发生热湿交换后，携带一定量的水滴， 出水雾发生热湿交换后，携带一定量的水滴，当其流 经后挡水板时，空气被迫沿着曲折通道不断改变方向， 经后挡水板时，空气被迫沿着曲折通道不断改变方向， 水滴惯性大，与挡水板发生碰撞并聚集成水膜， 水滴惯性大，与挡水板发生碰撞并聚集成水膜，沿挡 水板流回底池。 水板流回底池。 从挡水效果看，档水板的折数多，夹角小， 从挡水效果看，档水板的折数多，夹角小，板间 距小和空气流速低是有利的，但是增加折数， 距小和空气流速低是有利的，但是增加折数，减小夹 缩小板间尺寸都会增加空气阻力； 角，缩小板间尺寸都会增加空气阻力；而减小空气流 又会增加挡水板的迎风面积，因此， 速，又会增加挡水板的迎风面积，因此，在世纪工程 前挡水板一般取4~6折 夹角90~120度 中，前挡水板一般取4~6折，夹角90~120度，板间 25~40mm。 距25~40mm。（三）外壳及排管喷水室的外壳多为钢板制成， 喷水室的外壳多为钢板制成，现在国产装配的空调机 也有采用玻璃钢的，其断面一般为矩形， 也有采用玻璃钢的，其断面一般为矩形，断面积由处 理风量和推荐风速来确定。 理风量和推荐风速来确定。 喷水室的长度应根据喷管排数， 喷水室的长度应根据喷管排数，排管间距和排管与挡 水板的距离确定。 水板的距离确定。喷管排管与供水干管的连接方式主要有上分式、下分 喷管排管与供水干管的连接方式主要有上分式、 中分式和环式等几种，不论采用哪种方式， 式、中分式和环式等几种，不论采用哪种方式，水管 最低点应设丝堵，以便在冬季不用时泄掉存水。 最低点应设丝堵，以便在冬季不用时泄掉存水。下分式上分式中分式环式（四）底池及附属装置1、底池：大小一般按能容纳2~3min的总喷水量来确 底池：大小一般按能容纳2~3min的总喷水量来确 池深一般为500~600mm。 定，池深一般为500~600mm。 2、溢水器：普通的溢水器是一个矩形或圆形的喇叭口， 溢水器：普通的溢水器是一个矩形或圆形的喇叭口， 上加水封罩，溢水器的尺寸可按溢水口周边溢 上加水封罩，溢水器的尺寸可按溢水口周边溢水量为 30×10kg/m?h来设计。 30×10kg/m?h来设计 来设计。 3、滤水器：通常作成圆桶形，以增大过水面积，滤水网 滤水器：通常作成圆桶形，以增大过水面积， 常用铜丝网，其规格与滤水能力可参表选用。 常用铜丝网，其规格与滤水能力可参表选用。 4、补水管与泄水管：装在底池最低点，并设闸板阀门， 补水管与泄水管：装在底池最低点，并设闸板阀门， 补水管补水量按喷水量2~4%来确定 来确定。 补水管补水量按喷水量2~4%来确定。喷水室各种管道尺寸的确定原则：对于供水管等有压管道， 喷水室各种管道尺寸的确定原则：对于供水管等有压管道，按 水量及允许流速1~2m/s确定管经；对于泄水管等自流管道，应 确定管经； 水量及允许流速 确定管经 对于泄水管等自流管道， 根据一定流量下造成的阻力不超过有效压头来确定管经三、喷水室的水系统（一）使用天然冷源的水系统 最简单的水系统是用深井泵抽取地下水直接供 喷水室使用，用过之后则排入下水道, 喷水室使用，用过之后则排入下水道,这样长期使用 地下水， 地下水，既造成水源紧张又能引起一些地方的地面 下沉。采用深井回灌技术， 下沉。采用深井回灌技术，开展冬灌夏用和夏灌冬 不但有较多的经济价值， 用，不但有较多的经济价值，而且能有效控制地面 沉降。 沉降。 （二）使用人工冷源的水系统 利用由制冷机设备的冷冻水来处理空气的水系统。 利用由制冷机设备的冷冻水来处理空气的水系统。 根据制冷机蒸发器的类型，安装位置、 根据制冷机蒸发器的类型，安装位置、用不用辅 助水池及水泵可以有很多方式。 助水池及水泵可以有很多方式。1、自流回水方式制冷机蒸发水箱比喷水室底池低，回水可自流 制冷机蒸发水箱比喷水室底池低， 回到蒸发水箱，若制冷系统用的是壳管式蒸发器， 回到蒸发水箱，若制冷系统用的是壳管式蒸发器， 需另设冷冻水箱和回水箱。 需另设冷冻水箱和回水箱。 2、压力回水方式 蒸发水箱高于喷水室底池时， 蒸发水箱高于喷水室底池时，需另设回水泵将喷 水室的回水送回蒸发水箱。 水室的回水送回蒸发水箱。 若几个喷水室公用一套制冷系统， 若几个喷水室公用一套制冷系统，可采用集中的 回水泵，为此要增设一个低位的集中回水池， 回水泵，为此要增设一个低位的集中回水池，使各喷 水室的回水均能自流到集中回水池， 水室的回水均能自流到集中回水池，再用一个回水泵 送回蒸发水箱。 送回蒸发水箱。选用的回水泵流量应大于各喷水室的 最大回水量之和。 最大回水量之和。注意： 注意：?喷水室的水泵一般仅设置一个，但也可以 喷水室的水泵一般仅设置一个， 设置大小不同的两个，因为冬季加湿时， 设置大小不同的两个，因为冬季加湿时， 可能不需要很大的喷水量， 可能不需要很大的喷水量，此时另设一台 水泵，可节约电能。 水泵，可节约电能。 ?水系统中的止回阀主要用来防止停泵时高 位水箱的水向低位水池自流， 位水箱的水向低位水池自流，最后从溢水管 流入下水道， 流入下水道，引起冷水的无益流失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。 空气与水直接接触时，在假想条件下。可以实 种过程。 现7种过程。 所谓假想条件， 所谓假想条件，一是指用以处理空气的水量无 限大，所以水温不变， 限大，所以水温不变，二是指空气与水的接触时间 非常充分，以致所有空气都能达到饱和， 非常充分，以致所有空气都能达到饱和，而且空气 温度最终与水温一样。 温度最终与水温一样。 但是在实际的喷水室里，喷水量总是有限的， 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， 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， 和水温都是不断变化的，而且空气的终状态也难达 到饱和。 到饱和。实际过程分析假设水滴与空气的运动方向相同，因为空气 假设水滴与空气的运动方向相同， 总是先与具有初温t 的水相接触， 总是先与具有初温tw1的水相接触，而且有一小部 分达到饱和，且温度等于t 分达到饱和，且温度等于tw1，这小部分空气与其 余空气混合得到状态点1 此时水温已升至t 余空气混合得到状态点1，此时水温已升至tw??。 如此继续下去， 如此继续下去，最后可得到一条表示空气状态变化 过程的折线，点取得多时，便成了曲线。 过程的折线，点取得多时，便成了曲线。在逆流的 情况下，按同样的分析方法，可得到另外一条曲线。 情况下，按同样的分析方法，可得到另外一条曲线。顺流 逆流tw2 tw1 tw tw? ?? tw2tw1tw? tw??注意： 注意：实际喷水室中，无论是逆喷还是顺喷，水滴与空 实际喷水室中，无论是逆喷还是顺喷， 气的运动方向都不是纯粹的逆流或顺流， 气的运动方向都不是纯粹的逆流或顺流，而是比较 复杂的交叉流动， 复杂的交叉流动，所以空气的终状态将既不等于水 终温，也不等于水的平均温度。 终温，也不等于水的平均温度。?实际工作中，人们关心的是处理后的空气状态，而 实际工作中，人们关心的是处理后的空气状态，不是状态变化的轨迹，所以还是用直线来表示空气 不是状态变化的轨迹， 状态的变化过程。 状态的变化过程。?空气与水的接触时间不够充分，所以空气的终状态 空气与水的接触时间不够充分，往往达不到饱和。单级喷水室， 能达到95%； 往往达不到饱和。单级喷水室，φ能达到95%；双级 φ能达到100%。习惯上称喷水室后的这种空气状态 能达到100%。 机器露点” 为“机器露点”。（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 热交换效率系数η 以冷却减湿过程为例， 以冷却减湿过程为例，空气 的状态变化和水温变化如图。 的状态变化和水温变化如图。 喷水室的热交换效率系数η 喷水室的热交换效率系数η （第一热交换效率或全热交 换效率）是同时考虑空气 换效率） 和水的状态变化的 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， 线投影到饱和线上，并近似 的将这一段饱和曲线看成直 可表示为： 线，则η1可表示为：t11ts1 t2 2 2′ tw2 tw1 t3 3 i2 4 5 i31′i1ts2 ?tw2 12′+45 (ts1 ?ts2) +(tw2 ?tw1) (ts1 ?tw1) ?(ts2 ?tw2) ′ = = =1? η1 = ts1 ?tw1 ts1 ?tw1 ts1 ?tw1 15 ′ts2=tw2 时,η1=1 ts2与tw2差值越大,说明热湿交换越不完善, 差值越大,说明热湿交换越不完善, η1越小2、接触系数η2或E’ 接触系数η 喷水室的η 第二热交换效率或通用热交换效率） 喷水室的η2（第二热交换效率或通用热交换效率） 只考虑空气的状态变化，因此它可以表示为： 是只考虑空气的状态变化，因此它可以表示为：12 η2 = 13若把图上一段饱和的曲线近似看成直线，则有 若把图上一段饱和的曲线近似看成直线，12 1′2′ 1′3 ? 2′3 2′ 3 η2 = = = = 1? 13 1′3 1′ 3 1′ 3由于2′3 22′ t2 ? ts 2 = = 1′3 11′ t1 ? ts1t11ts11′所以t2 ? t s 2 η2 = 1 ? t1 ? ts1tw2 tw1t22 2′ i1t33 i2 4 5 i3分析绝热加湿过程的η 分析绝热加湿过程的η1和η2 可看做等焓过程， 可看做等焓过程，所以空气初 终状态的湿球温度相等。 终状态的湿球温度相等。且水 温不变， 温不变，并等于空气的湿球温 度，即空气的状态变化过程线 在饱和曲线上的投影成了一个 在理想条件下， 点。在理想条件下，空气终状 态能达到点3 态能达到点3，但实际过程中只 能达到点2 能达到点2。t 2 ? t s1 t 2 ? t s2 t1 ? t 2 = 1? = 1? η2 = = 13 t1 ? t s1 t1 ? t s1 t1 ? t s1 1212 3t s 2 ? t w2 η1 = 1 ? t s1 ? t w1此时η 已无意义1t3=ts1=ts2（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 影响喷水室热交换效果的因素很多， 质量流量、喷嘴类型与布置密度、 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、 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。 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： 空气质量流量的影响：G 2 νρ = kg m ? s 3600 f常用范围：2.5~3.5kg/(m2.s) 常用范围：单位时间内通过每m 单位时间内通过每 2 喷水室断面的空气质 量，不随温度而变（三）影响喷水室热交换效果的因素2、喷水系数的影响W ?= G在一定范围内增大μ可增大η1 η2； 在一定范围内增大μ可增大η1，η2； η1， μ的具体值应由热工计算确定（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： 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 喷嘴密度: m2喷水室断面上布置的单排喷嘴个数 喷水室断面上布置的单排喷嘴个数，取n=13~24个/（m2.排） n=13~24个③ 喷水方向：单排逆喷效果好，双排对喷效果好 喷水方向：单排逆喷效果好， ④ 排管间距：通常采用600mm 排管间距：通常采用600mm ⑤ 喷嘴孔径：优先选用大孔径 喷嘴孔径： 4、空气与水初参数的影响空气与水的初参数决定了喷水室内热湿交换的方向和大小（四）喷水室的热工计算方法―双效率法 喷水室的热工计算方法―1、η1和η2的经验公式――附录3-2 p295 η1和η2的经验公式――附录 的经验公式――附录3m n η1 = A( υρ ) ? m' n' η 2 = A'( υρ ) ?2、热工计算任务喷水室本身具有 η1和 的η1和η21）空气处理过程所需要的η1应等于喷水室能达到的η1 空气处理过程所需要的η1应等于喷水室能达到的η1 η1应等于喷水室能达到的 2）空气处理过程所需要的η2应等于喷水室能达到的η2 空气处理过程所需要的η2应等于喷水室能达到的 应等于喷水室能达到的η2 3）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 喷水室的热工计算方法―m n t s 2 ? t w2 η1 = A( υρ ) ? = 1 ? t s1 ? t w1 m' n' t 2 ? t s2 η 2 = A'( υρ ) ? = 1 ? t1 ? t s1 Q = WC (t w2 ? t w1) = G (i1 ? i 2)（四）喷水室的热工计算方法―双效率法 喷水室的热工计算方法― 3、计算类型――设计性和校核性 计算类型――设计性和校核性 已知条件： 已知条件： 设计性： 设计性：G（空气量） 空气量） 空气的初终参数 T1,ts1,i1 ；T2,ts2,i2求解内容： 求解内容：喷水室结构 喷水量W 喷水量W 水的初终温度tw1、 水的初终温度tw1、tw2校核性： 校核性：G（空气量） 空气量） 空气的初终参数 T1,ts1,i1 ； 喷水室结构 喷水量W 喷水量W 水的初温tw1 水的初温tw1空气终参数 T2,tw2,i2 水的终温度tw2 水的终温度tw2（四）喷水室的热工计算方法―双效率法 喷水室的热工计算方法― 以例3 以例3-1，讲解设计性计算的计算步骤和注意问题。 讲解设计性计算的计算步骤和注意问题。 深井水量的计算公式的推导（板书） 深井水量的计算公式的推导（板书）出练习题让学生课堂完成（五）喷水温度与喷水量的关系? t 'w1 ? t l1 = ' t l1 ? t w1 ?tl1---被处理空气的露点温度（初态） tl1---被处理空气的露点温度 初态） 被处理空气的露点温度（ tw1’---新水温 tw1’---新水温 μ’―与新水温对应的喷水系数五、喷水室的阻力计算?H = ?H d + ?H p + ?H w ρυ2 d (1) ?H d = ∑ ξ d 2 ρυ2 (2) ? H p = 0 . 1Z 2 (3) ? H W = 11 . 80 b ? P§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， 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。 水冷式或直接蒸发式表冷器。一、表面式换热器的构造： 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， 空调工程中常用的是用肋片管制成的肋管式换热器， 肋片管制成的肋管式换热器 它的基本构造如图
常见的肋片管形式1）皱褶式绕片管―绕片换热器 皱褶式绕片管―皱褶作用： 皱褶作用：增加肋片与管子间的接触面积及空 气流动时的扰动性，因而能提高传热系数；同时， 气流动时的扰动性，因而能提高传热系数；同时， 它的存在也增加了空气通过时的阻力，且容易集灰， 它的存在也增加了空气通过时的阻力，且容易集灰， 不易清理。 不易清理。 2）串片管―串片式换热器 串片管― 在肋片上率先冲好相应的孔， 在肋片上率先冲好相应的孔，再将肋片与管束 串在一起，多用铜和铝。 多用于手工操作， 串在一起，多用铜和铝。以前 多用于手工操作，现 在则用冲片机，弯管机，串片机，胀管机， 在则用冲片机，弯管机，串片机，胀管机，焊接机 等代替手工操作，提高效率，保证质量。 等代替手工操作，提高效率，保证质量。 3）轧片管―轧片式换热器，通常是在铜管或铝管 轧片管―轧片式换热器， 上轧出肋片，优点是肋片和管子是套体， 上轧出肋片，优点是肋片和管子是套体，传热效果 更好。 更好。4）二次翻片式―即从管孔处翻两次 二次翻片式― 边，增强传热效果5）其他型式：波纹型，条缝型，百叶缝型，针刺型 其他型式：波纹型，条缝型，百叶缝型，注意：为使表面式换热器性能稳定， 注意：为使表面式换热器性能稳定，应 力求管子与肋片间接触紧密， 力求管子与肋片间接触紧密，保证长久使用 后也不会松动。 后也不会松动。各种肋管式换热器的构造二、表面式换热器的安装1）可以垂直、水平或倾斜安装，对于用蒸汽做热媒 可以垂直、水平或倾斜安装， 的空气加热器而言，为便于排除凝结水， 的空气加热器而言，为便于排除凝结水，安装时应 有一定的坡度。 有一定的坡度。 2）表面式换热器可串，可并或既有并又有串。通 ）表面式换热器可串，可并或既有并又有串。 空气量多时多用并联，需要的空气温升（ 常，空气量多时多用并联，需要的空气温升（降） 大时多多用串联。 大时多多用串联。 热媒和冷媒管也有串、并联之分。 热媒和冷媒管也有串、并联之分。对于使用 蒸汽做热媒的表面式换热器， 蒸汽做热媒的表面式换热器，蒸汽管路与各换热 器之间只能并联， 器之间只能并联，对于使用水作冷媒或热媒的表 面式换热器，水管与换热器之间串、并联均可。 面式换热器，水管与换热器之间串、并联均可。 通常相对于空气来说，并联的冷却器， 通常相对于空气来说，并联的冷却器，其冷水管 路也常并联；串联的冷却器， 路也常并联；串联的冷却器，其冷水管路也常串 联。3）表冷器工作时，会有水分从空气中冷凝出来， 表冷器工作时，会有水分从空气中冷凝出来， 所以下部安装滴水盘的排水管 所以下部安装滴水盘的排水管。 另外，冷、热媒的管路上应设截止阀，以便调节或 另外， 热媒的管路上应设截止阀， 关断换热器。 关断换热器。 对于蒸汽系统来说，回水管路上应设疏水器， 对于蒸汽系统来说，回水管路上应设疏水器，否则 有蒸汽入水泵，会引起冷蚀。 有蒸汽入水泵，会引起冷蚀。 换热器水系统最高点要设排空气装置，最低点要设 换热器水系统最高点要设排空气装置， 泄水和排污阀门。 泄水和排污阀门。滴水盘与排水管三、表面式换热器的传热系数用表面式换热器处理空气时能实现的三种过程： 用表面式换热器处理空气时能实现的三种过程： 等湿加热― 等湿加热―空气加热器处理空气 等湿冷却―表冷器处理空气， 等湿冷却―表冷器处理空气，表面温度高于露点 温度（干工况） 温度（干工况） 减湿冷却―表冷器处理空气， 减湿冷却―表冷器处理空气，表面温度低于露点 温度（湿工况） 温度（湿工况） 在减湿冷却过程工程中， 在减湿冷却过程工程中，在水膜周围会形成一 个饱和空气边界层，因此空气与表冷器之间， 个饱和空气边界层，因此空气与表冷器之间，不但 发生热交换，还会发生湿交换和潜热交换， 发生热交换，还会发生湿交换和潜热交换，此时换 热能力更大。 热能力更大。 表面式换热器的热交换能力， 表面式换热器的热交换能力，在F和△t一定 和 一定 的情况下，主要取决于传热系数的大小。 的情况下，主要取决于传热系数的大小。（一）等湿冷却和加热过程对于结构一定的肋片式换热器来说，K只与内 对于结构一定的肋片式换热器来说， 外表面的换热系数有关，可用下式计算： 外表面的换热系数有关，可用下式计算：k=τδ τ + + α w? o λ α n11W m ? C2 oαw―外表面换热系数 外表面换热系数 φo―肋表面全效率 肋表面全效率 λ―管壁导热系数 管壁导热系数αn―内表面换热系数 内表面换热系数 δ―管壁厚度 管壁厚度 τ―肋化系数 肋化系数实际常用的经验公式1 1 ?1 k =[ + n ] (a) m AVy Bwk = A(v ρ ) w (b)m′ n′对于以热水为热媒的空气加热器，常用（ 对于以热水为热媒的空气加热器，常用（b）式 对于以蒸汽为热媒的空气加热器， 对于以蒸汽为热媒的空气加热器，则基本上不考 虑蒸汽流速的影响，此时公式为： 虑蒸汽流速的影响，此时公式为：k = A (v ρ )′′m ′′w m ? C2 o部分空气加热器的传热系数试验公式见附录3-7 部分空气加热器的传热系数试验公式见附录（二）减湿冷却过程减湿冷却过程既有 湿交换， 湿交换，又有显热 交换，此时它的K 交换，此时它的K如 何计算？ 何计算？ 在空调工程中应用的表冷器中，热湿交换规律符合 在空调工程中应用的表冷器中， 刘伊斯关系式σ=α/cp（σ―对流质交换系数），这 对流质交换系数）， 刘伊斯关系式 对流质交换系数），这 样，会有下式成立dQz = σ (i ? ib )dF通常用ξ 通常用ξ表示因存在湿交换而增大了的换热 量，ξ的定义式为 i ? ib ξ= C p (t ? tb )可以反映凝结水析出的多少，称为析湿系数。 可以反映凝结水析出的多少，称为析湿系数。 干工况时，ξ=1，湿工况时ξ&1 干工况时，ξ=1，湿工况时ξ&1i ? ib = ξ (t ? tb )σ =αw pdQ Z = α wξ ( t ? t b ) dF认为此时外表面的换热系数比 干工况时增大了ξ倍 干工况时增大了 倍c此时K可 此时 可 表达为k =1 1α w? oξ+τδ τ + λ αnw m 2 ?o C湿工况下的K 不仅与迎风面风速V 湿工况下的K，不仅与迎风面风速Vy 、 管内水流速有关， 还与ξ有关。 管内水流速有关， 还与ξ有关。实际工作 也是通过测定整理出实验公式： 中，也是通过测定整理出实验公式：1 1 ?1 2 o k =[ + n] w m ? C AVy mξ p Bw其他一些表冷器的传热系数实验公式见 附录3 附录3-4四、表面式换热器的热工计算回忆换热器 计算步骤（一）、空气加热器的计算 ）、空气加热器的计算 空气加热器的计算分两种类型： 空气加热器的计算分两种类型：设计性计算和 校核性计算。 校核性计算。 设计性计算目的： 设计性计算目的：根据被加热空气量加热要求 按一定热媒参数选择合适的加热器型号。 ，按一定热媒参数选择合适的加热器型号。 校核性计算目的：根据已有的加热器型号， 校核性计算目的：根据已有的加热器型号，校 核它能否满足预定的要求。 核它能否满足预定的要求。空调工程中常用的是设计性计算1、计算原则及基本计算公式原则： 原则：加热空气需要的热量等于空气加热器供 给的热量。 给的热量。 基本公式：已知空气量为 （ ），加热前 基本公式：已知空气量为G（kg/s），加热前 ）， 后空气温度为t1、 ， 后空气温度为 、t2，则加热空气需要热量为 Q=G?Cp(t2-t1) kw 加热器供给的热量： 加热器供给的热量： Q?=KF△tm △ 是热媒与空气之间的对数平均温差。 △tm是热媒与空气之间的对数平均温差。 是热媒与空气之间的对数平均温差△tm的确定：对加热过程来说，由于 的确定：对加热过程来说， 冷热流体在进、 冷热流体在进、出口端的温差比值常 常小于2 常小于2，用算术平均温差代替对数 平均温差，也不会引起很大误差， 平均温差，也不会引起很大误差，所 以t w1 + t w 2 t1 + t2 ? 热媒为热水时： 热媒为热水时： ?t p = 2 2热媒为蒸汽时： 热媒为蒸汽时：t1 + t 2 ? t p = tq ? 22、计算方法和步骤（1）初选加热器的型号： 初选加热器的型号： vρ值 然后根据f=G/ vρ求出加热 先假定 vρ值，然后根据f=G/ vρ求出加热 器需要的有效截面积，提高vρ，可使K 器需要的有效截面积，提高vρ，可使K↑，从而减 少加热器的传热面积，降低设备的投资。但是vρ↑ 少加热器的传热面积，降低设备的投资。但是vρ↑， 阻力也将↑ 使运行费↑ 阻力也将↑，使运行费↑. 通常采用“经济质量流速” 通常采用“经济质量流速”：即采用使运行费 和初投资的总和为最小的vρ值 通常在8kg/m2s左 和初投资的总和为最小的 值，通常在 左 右2）计算加热器的传热系数 （ ） 有了加热器的型号和空气质量流速后， 有了加热器的型号和空气质量流速后，查取相 应经验公式便可计算传热系数。 应经验公式便可计算传热系数。 若经验公式使用的不是vρ而是 而是vy， 若经验公式使用的不是 而是 ，则应根据有 效截面系数α使用 使用vy=α(vρ)/ ρ求出 后再计算 求出vy后再计算 效截面系数 使用 求出 后再计算K热媒为热水时，还要用到w，w的确定如下： 的确定如下： 热媒为热水时，还要用到w一般是取w=0 一般是取w=0.6~0.8m/s，如果热媒是高 m/s， 温热水，温降大，水的流速应取更小。 温热水，温降大，水的流速应取更小。 选定w 选定w后，可用下式确定通过加热器的水量 （3）计算需要的加热面积和加热器台数 ）F=Q?/K△tm △ 先按Q 算出需要的加热面积 算出需要的加热面积， 先按 ?=Q算出需要的加热面积，再根据每台加热器的实际 加热面积确定加热器的排数和台数。 加热面积确定加热器的排数和台数。 （4）检查加热器的安全系数 ） 由于加热器的质量和运行中内外表面积垢等原因，选 由于加热器的质量和运行中内外表面积垢等原因， 用时应考虑一定的安全系数， 用时应考虑一定的安全系数，一般取传热面积的安全系数为 1.1~1.2。 。w = f w w ×103 kg s（5）计算加热器的阻力选定空气加热器后，还必须计算它的空气阻力 选定空气加热器后， 和水阻力。 和水阻力。 空气阻力：通常按△H=B（ vρ ）p 空气阻力：通常按△ （ Pa热媒是蒸汽，依靠保持一定的工作压力， 热媒是蒸汽，依靠保持一定的工作压力，不必计算 热媒是热水， 热媒是热水，△h=c?wq 建议△ 的安全系数取 的安全系数取1.1， 取为1.2 建议△H的安全系数取 ， △h取为 取为（二）水冷式表冷器的选择计算1、表冷器的热交换效率系数和接触系数 表冷器的热交换效率系数同时考虑了空气和水的状 态变化，接触系数则只考虑空气的状态变化。 态变化，接触系数则只考虑空气的状态变化。两个 系数的定义式为 t2 ? t s 2 t1 ? t2 t1 ? t2 ε2 = = 1? ε1 = t1 ? t3 t1 ? ts1 t1 ? tw1 （1）ε1的确定：通常是先确定 （传热单元数） ） 的确定：通常是先确定β（传热单元数） 和γ（水当量比）查表确定或者通过测定 （水当量比）回忆其是如何 定义的？ 定义的？t1 ? t2 ε1 = t2 ? tw1表冷器需要的1 ? e ? β (1?γ ) ε1 = 1 ? γ ? e? β (1?γ )γ= ξ ?G ?CpW ?C表冷器能达到的G = Fy ?Vy ? ρ kg sKs ? F β= ξ ?G ?CpW = f w ? W ×103 kg s（2）接触系数通常利用下式计算： 通常利用下式计算：t2 ? t s 2 ε2 = 1? t1 ? ts1ε2 = 1? e?α w ?λ ? N V y ? ρ ?C pε2随N↑而↑，随VY↑而↓ N↑而↑， ↑而N―肋片管的排数 肋片管的排数 α―肋通系数，每排肋片管外表面积与迎风面积的 肋通系数， 肋通系数 比值2、表冷器热工计算类型设计性：选择冷却器，以满足要求的初、终态参数 设计性：选择冷却器，以满足要求的初、 校核性：检验一定型号的冷却器， 校核性：检验一定型号的冷却器，能否满足要求 3、表冷器热工计算的原则： 表冷器热工计算的原则： 空气处理过程需要的ε 空气处理过程需要的ε1应等于表冷器能达到的值 空气处理过程需要的ε 空气处理过程需要的ε2应等于表冷器能达到的值 空气放出的热量应等于表冷器能吸收的热量 t1 ? t2 1 ? e ? β (1?γ ) 即 ε1 = = t2 ? tw1 1 ? γ ? e? β (1?γ )t2 ? t s 2 ε2 = 1? = 1? e t1 ? ts1?α w ?λ ? N Vy ? ρ ?C pQ = G (i1 ? i2 ) = w(tw 2 ? tw1 )c设计性计算：先根据给定的空气初、终参 设计性计算：先根据给定的空气初、 数计算需要的ε 根据ε 确定冷却器的型号、 数计算需要的ε2，根据ε2确定冷却器的型号、 台数与排数， 台数与排数，然后就可以求出冷却器能够 达到的ε 根据ε 确定t 达到的ε1，根据ε1确定tw1。若已知条件给出tw1，此时需要的ε1已定，则热 ，此时需要的 已定 已定， 若已知条件给出 工计算的目的就在于通过调整水流速w或者调整 工计算的目的就在于通过调整水流速 或者调整 vy和N等办法，使选择的表冷器能够达到空气处 等办法， 和 等办法 理过程需要的ε1。 理过程需要的 。 校核性计算：空气终参数尚未求出之前， 校核性计算：空气终参数尚未求出之前，ξ不能求 此时求解会更复杂，通常采用试算法。 出，此时求解会更复杂，通常采用试算法。6、用湿球温度效率法计算表冷器的湿工况定义式： 定义式：（1）判别工况 ）t s1 ? t s 2 εs = t s1 ? t w1由于湿工况的计算才采用湿球温度效率， 由于湿工况的计算才采用湿球温度效率，所以解题 之前要先判断工况。 之前要先判断工况。 方法： 方法：等价工况 定义：对于风量、水量、 定义：对于风量、水量、水初温相同的表冷器工况 而言， 而言，如果某一干工况的进风焓值与一湿工况的进 风焓值相等，而且它们的出风焓值i2与接触系数也 风焓值相等，而且它们的出风焓值 与接触系数也 相等，则称这个干工况为该湿工况的等价干工况。 相等，则称这个干工况为该湿工况的等价干工况。t1 ? t2 ε1 = t1 ? tw1t1 ? t 2 ε2 = t1 ? t 3根据ε 根据ε1、ε2的定义可推导出干、 的定义可推导出干、 湿工况的界限判据ε1 t1 ? t3 = ε 2 t1 ? tw1ε1 D = ε2令：t1 ? tl1 To = t1 ? tw1对于临界工况： 所以T 对于临界工况：tL1=t3 所以 O=D 对于湿工况： 所以T 对于湿工况： tL1&t3 所以 O&D 对于干工况： 所以T 对于干工况： tL1&t3 所以 o&D（2）方法内容1? e ε1 = ? β ′ (1?γ ) 1 ? γ ′? e? β ′ (1?γ )干蒸汽加湿器管式电热元件离心式加湿器冷冻减湿机原理转轮除湿机工作原理
第三章 空气的热湿处理 1、空气热湿处理设备的类型:a、接触式热湿交换设备和表面式热湿交换设备。前者包括: 喷水室、蒸汽加湿器、局部补充加湿装置以及使用液体...计算送风量 G=Q/(hN-hO) 或者 G=W/(dN-dO) 第三章:空气的热湿处理 喷水室的四种管道: 循环管:底池通过过滤水器与循环管相连,使落入底池的水能重复...第三章 空气热湿处理过程与设备 3-1 某车间夏季显热余热量 Q=65kW,工作地点温度要求为 tn=28℃;为排除有害气体设置的 排风系统的排风量和车间正压渗透风量...d O 第三章:空气的热湿处理 1.空气热湿处理装置: (1)接触式热湿交换设备:喷淋室,喷漆加湿器,高压喷雾加湿器,湿膜加湿器,超 声波加湿器以及使用液体吸湿剂的...室内热源 1、电动设备 2、照明设施得热 3、人体散热与散湿 第三章 空气的热湿处理 1、空气热湿处理设备的类型:a、接触式热湿交换设备和表面式热湿交换设备。...四、 第三章 空气的热湿处理 1、空气热湿处理设备的类型:a、接触式 热湿交换设备和表面式热湿交换设备。前 者包括:喷水室、蒸汽加湿器、局部补充 加湿装置...第三章空气的热湿处理? 1、空气热湿处理设备的类型:a、接触式热湿交换设备和表面式热湿交换设备。前者包括: 喷水室、蒸汽加湿器、局部补充加湿装置以及使用液体...第五章 空气热湿处理及净化处理设备 第一节 空气热湿处理设备 5.1.1 空气热湿处理设备的类型 直接接触式:包括喷水室,蒸汽加湿器,局部补充加湿装置以及使用液体...对于处理过程型号一定的表冷器而言,热工计算原则就是满足下列三 种条件: t1 -...3-10 试在 i-d 图上分别画出下列各空气状态变化过程: a.喷雾风扇加湿 b....(热)负荷简化计算方法 第三章 空气的热湿处理 §3.1 空气热湿处理途径及设备 §3.2 空气与水直接接触时的热湿交换 §3.3 用喷水室处理空气(1) §3.3 ...
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