空氣與其焓濕圖

第2章空氣與其焓濕圖

主要內(nèi)容2.1空氣的組成與狀態(tài)2.2空氣的狀態(tài)參數(shù)2.3空氣狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系2.4空氣的焓濕圖及其應(yīng)用

2.4.1焓濕圖的組成

2.4.2焓濕圖的應(yīng)用2.4

空氣的焓濕圖及其應(yīng)用在實際工作中，很少直接使用公式來計算空氣狀態(tài)參數(shù)，公式所代表的空氣各個參數(shù)的內(nèi)在關(guān)系，通常是以二維線算圖(簡稱線算圖)的形式來表示，將計算工作轉(zhuǎn)化為查圖工作，以方便工程應(yīng)用。線算圖有多種形式，我國普遍采用的是以焓為縱坐標(biāo)、含濕量為橫坐標(biāo)的焓濕圖，也叫h-d圖。焓濕圖最基本的應(yīng)用是查找參數(shù)。此外，焓濕圖還可以用于判斷空氣的狀態(tài)、表示空氣的狀態(tài)變化和處理過程等。2.4.1

焓濕圖的組成焓濕圖看上去比較復(fù)雜，實際上只有5種線條

45°的等焓線垂直的等含濕量線近似水平的等溫線弧型的等相對濕度線與等焓線幾乎是平行

的等濕球溫度線(圖

2－2中未顯示)圖2－2焓濕圖簡要說明圖

1.焓濕圖的繪制作出縱坐標(biāo)軸和45°的斜橫坐標(biāo)軸，兩軸間的夾角為135°(為了使圖面開闊、線條清晰)。按一定間隔畫出相應(yīng)的垂直等含濕量線和45°傾斜的等焓線。根據(jù)式(2-3)畫出等溫線。在大氣壓力不變的前提下，根據(jù)附錄A和式(2-4)畫出等相對濕度線。在大氣壓力不變的前提下，由式(2-1)可知含濕量和水蒸氣分壓力一一對應(yīng)，即含濕量和水蒸氣分壓力在焓濕圖中是共用一組等值線，只是代表的數(shù)值各不相同。根據(jù)式(2-5)推導(dǎo)出等濕球溫度線。等d線等h線dh135°0等t線等溫線的繪制根據(jù)公式h=1.01t+(2.5+0.00184t)d例如繪制t=10℃的等溫線公式則變成h=10.1+2.5184d即10℃等溫線是一條以10.1為截距，2.5184為斜率的直線。由于0.00184項很小，所以基本上可以把等溫線看作是截距不同，斜率相等的平行線。0hd等

線

等相對濕度線的繪制要借助等t線和等d線來確定。

例如繪制80%的等相對濕度線，首先選擇一個溫度，例如10℃，查附錄得到該溫度下的飽和水蒸氣分壓力pqb，根據(jù)公式計算d

這樣，由選擇的t和計算得的d就確定了一點，再計算下一個溫度確定另一點，最后把所有點連接起來就繪制出80%的等相對濕度線了。100%等相對濕度線(飽和線)0hdφ完整的焓濕圖等d線等φ線等t線等h線0hd關(guān)于焓濕圖，需要特別注意以下幾點1)飽和空氣線即相對濕度為100%的等相對濕度線，見圖1-2中最右下方的弧線。這條弧線通常稱為“飽和線”，其上每一點都是空氣的飽和狀態(tài)。飽和空氣的一個特點就是干球溫度、濕球溫度、露點溫度完全相等。2)大部分焓濕圖中沒有畫出等濕球溫度線。因為等濕球溫度線與等焓線基本平行，故工程上近似地用等焓線代替等濕球溫度線，即過某一點的等濕球溫度線就是過該點的等焓線。3)焓濕圖中也沒有等露點溫度線。等含濕量線就是等露點溫度線。因為露點溫度的定義已說明含濕量相同的狀態(tài)點，露點溫度均相同?？諝飧汕驕囟?、濕球溫度和露點溫度在焓濕圖上的查找方法干球溫度tg濕球溫度ts露點溫度tLtg≥ts≥tL等焓線等含濕量線4)由于繪制焓濕圖所依據(jù)的部分公式如式(2-4)和式(2-5)中，含有大氣壓力pB的常數(shù)因子，故而每張焓濕圖都是在某一大氣壓力值條件下繪制的。在使用焓濕圖時，須先看一下該圖的大氣壓力值是多少，與設(shè)計采用的大氣壓力值差多少。如果差別不大，工程計算時可近似使用；如果差別較大，則需直接套用公式計算或借助相關(guān)軟件計算。在實際工作中，認(rèn)為一般情況下，直接使用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力的焓濕圖精度是足夠的。5)我國以及前蘇聯(lián)和東歐國家所采用的線算圖，是以含濕量為橫坐標(biāo)，焓為45°斜坐標(biāo)的焓濕圖，而美、英、日等國家采用的則是溫濕圖。溫濕圖的基礎(chǔ)坐標(biāo)系是以溫度為橫坐標(biāo)，含濕量為縱坐標(biāo)的直角坐標(biāo)系。雖然焓濕圖和溫濕圖的形式不同，但實質(zhì)內(nèi)容是一樣的。溫度t含濕量d相對濕度φ焓h溫濕圖示意圖

2.熱濕比和熱濕比線為了說明空氣狀態(tài)變化的方向和特征，常用空氣狀態(tài)變化前后的焓差Δh和含濕量差Δd的比值來表示。這個比值稱為熱濕比ε(單位為kJ/kg)

，也稱為角系數(shù)，即

(2-6)在空調(diào)過程中，空氣常常由一個狀態(tài)(A)變?yōu)榱硪粋€狀態(tài)(B)。在整個狀態(tài)變化過程中，如果空氣的熱濕變化是同時進(jìn)行的，那么在焓濕圖上，狀態(tài)A和狀態(tài)B之間的直線連線就是空氣狀態(tài)變化的過程線，稱為熱濕比線。從熱濕比的定義式可知，ε實際上是直線的斜率。而直線的斜率與直線的起始位置無關(guān)，兩條斜率相同的直線必然平行。根據(jù)直線斜率的特性，在焓濕圖上以任意點為中心作出一系列不同值的ε標(biāo)尺線，實際應(yīng)用時，只需把等值的ε標(biāo)尺線平移到空氣狀態(tài)點，就可畫出該空氣狀態(tài)的變化過程線了。該作法稱為平行線法(參見圖2-3)。圖2-3平行線法繪制熱濕比線

熱濕比線的另一種作法是輔助點法(圖2-4)在焓濕圖上找到空氣的初狀態(tài)點A。任取一個Δd值，則可計算出Δh＝εΔd。在焓濕圖上找到比A點的焓值大Δh的等焓線，和比A點的含濕量值大Δd的等含濕量線，以及這兩條線的交點B。連接A、B兩點，這條連線就是所要作的熱濕比線。圖2-4輔助點法繪制熱濕比線

如果忽略空氣與所含干空氣兩者質(zhì)量的微小差異，將式(2-6)分子、分母同乘qmkg的空氣量，將得到

(2-7)可見，質(zhì)量為qmkg的空氣量在被處理過程中所得到(或失去)的熱量Q和濕量W的比值，與相應(yīng)1kg(干)空氣的比值是完全一致的。對于空調(diào)專業(yè)人員來說，焓濕圖是一個重要的工具，無論是工程設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試，還是運行管理，都需要用到焓濕圖。

焓濕圖的應(yīng)用主要包括確定空氣所處狀態(tài)查找空氣狀態(tài)參數(shù)分析空氣狀態(tài)變化過程確定兩種不同狀態(tài)空氣混合后的狀態(tài)點2.4.2焓濕圖的應(yīng)用

1.確定空氣狀態(tài)及查找參數(shù)根據(jù)任意兩個獨立的空氣狀態(tài)參數(shù)，就可以在焓濕圖上找到相應(yīng)的狀態(tài)點，并可判斷出空氣是處于什么狀態(tài)，還可查找出其他的狀態(tài)參數(shù)。

【例2-2】已知某日氣象臺預(yù)報的天氣溫度是30℃，相對濕度是60%。

1）在焓濕圖中標(biāo)出相應(yīng)狀態(tài)點。

2）查出該狀態(tài)空氣的其余參數(shù)。

3）畫出過此狀態(tài)點的等濕球溫度線和等露點溫度線。2.4.2焓濕圖的應(yīng)用

【解】1)在焓濕圖上找到30℃等溫線與60%等相對濕度線的交點A。2)由過A點的45°斜線查得其焓為71kJ/kg干，過A點的垂直線查得其含濕量為16.15g/kg干，水蒸氣分壓力為25.50×102Pa。30℃圖2－5已知干球溫度和相對濕度求其他參數(shù)

16.15g/kg干25.50×102Pa71kJ/kgg3)過A點作等濕球溫度線(其實就是等焓線并以虛線表示)，與飽和線相交于B點。由于飽和線上的干球溫度與濕球溫度相同，故B點的干球溫度也就是B點的濕球溫度,也即A點的濕球溫度為23.9℃。30℃圖2-5已知干球溫度和相對濕度求其他參數(shù)

16.15g/kg干25.50×102Pa23.9℃71kJ/kg干4)過A點作等露點溫度線(其實就是等含濕量線并以點劃線表示)，與飽和線相交于C點。由于飽和線上的干球溫度與露點溫度相同，故C點的干球溫度也就是C點的露點溫度，也是A點的露點溫度，為21.8℃。30℃圖2－5已知干球溫度和相對濕度求其他參數(shù)

16.15g/kg干25.50×102Pa23.9℃21.8℃71kJ/kgg5)找到30℃等溫線與飽和線的交點D，D點的水蒸氣分壓力即為A點的飽和水蒸氣分壓力，其值為42.2×102Pa。30℃圖2－5已知干球溫度和相對濕度求其他參數(shù)

16.15g/kg干25.50×102Pa23.9℃21.8℃42.2×102Pa71kJ/kgg

【例2-3】為了知道某房間內(nèi)空氣的狀態(tài)，使用一個干濕球溫度計進(jìn)行實測，測得干球溫度為30℃，濕球溫度為20℃。

求該房間內(nèi)空氣的其他參數(shù)。

【解】1)先在飽和線上找到干球溫度為20℃的狀態(tài)點B，由于B點在飽和線上，此點的干球溫度與濕球溫度相等，故B點的濕球溫度也為20℃。2)過B點，作等濕球溫度線(近似以等焓線代替)，與30℃的等溫線相交于A點，此點就是房間內(nèi)空氣的狀態(tài)點。由于A點在飽和線的上部區(qū)域，故房間空氣為未飽和空氣。3)其余參數(shù)的查找方法參見例2-2。圖2－6已知干、濕球溫度求其他參數(shù)

【例2-4】已知

大氣壓力pB=101325Pa，空氣初狀態(tài)A的溫度tA=20℃，相對濕度φA＝60%。當(dāng)空氣吸收Q=10000kJ/h的熱量和W=2kg/h的濕量后，空氣狀態(tài)發(fā)生變化，變化后的焓hB=59kJ/kg干。

求空氣終狀態(tài)B?！窘狻?1)平行線法求終狀態(tài)B1)在焓濕圖上根據(jù)tA=20℃，

φA＝60％確定出空氣的初狀態(tài)點A。60％20℃100％A2)求熱濕比值

3)根據(jù)ε值在焓濕圖的標(biāo)尺上找到

ε＝5000kJ/kg的參照線，過A點作與ε＝5000kJ/kg

平行的線。4)過程線與hB=59kJ/kg干的等焓線的交點B，就是所求的終點狀態(tài)B。5)查焓濕圖得B點的空氣其他狀態(tài)參數(shù)為

tB

=28℃

φB=51%

dB=12g/kg干

hB=59kJ/kg干(2)輔助點法求終狀態(tài)B

1)計算熱濕比

2)因為ε還可以用Δh/Δd×10－3表示，故任取Δd＝4g/kg干，則由

ε＝Δh/Δd×10－3

得

Δh

=εΔd×10－3=5000×4×10－3kJ/kg干

=20kJ/kg干3)由于空氣狀態(tài)是在吸熱、吸濕后由A變到B，因此空氣的焓和含濕量均要增大，于是分別在初狀態(tài)點A的右邊作與其相差Δd＝4g/kg干的等含濕量線和相差Δh

＝20kJ/kg干的等焓線，設(shè)兩線的交點為B′，則AB′的連線就是ε＝5000kJ/kg的空氣狀態(tài)變化過程線。4)過程線與h=59kJ/kg干的等焓線的交點B就是所求的終點狀態(tài)點B。h=59kJ/kg干59kJ/kg干B′

2.表示空氣的狀態(tài)變化過程空調(diào)的一個基本任務(wù)就是對空氣進(jìn)行這樣和那樣的“加工”，例如將冬季的室外冷空氣加熱；將夏季的室外熱空氣冷卻；對空氣進(jìn)行除濕或加濕等，這些對空氣的加工過程統(tǒng)稱為“熱濕處理”。熱濕處理過程中空氣的狀態(tài)要發(fā)生變化，因為空氣的每個狀態(tài)在焓濕圖上都可以用一個點來表示，而連續(xù)的點就是線，因此空氣狀態(tài)變化的情況可以在焓濕圖上用線條表示出來。

2.4.2焓濕圖的應(yīng)用

(1)加熱過程是等濕加熱過程或等含濕量加熱過程的簡稱。特點空氣的含濕量保持不變(dB=dA，即Δd＝0)，但溫度升高，焓增加(hB＞hA，即Δh＞0)。在焓濕圖上用垂直向上的直線A－B表示。空氣狀態(tài)變化的熱濕比值為AB100%d空氣通過電加熱器和熱水或蒸汽加熱器時所發(fā)生的狀態(tài)變化過程即為加熱過程。加熱器的加熱量為Q=qm(hB–hA)kw

式中qm——空氣的質(zhì)量流量，單位為kg/s。

(2)冷卻過程凡是空氣在狀態(tài)變化過程中溫度要降低的過程統(tǒng)稱為冷卻過程，按冷卻過程是否有結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生，冷卻過程又可分為干冷過程和濕冷過程兩種。1)干冷過程即等濕冷卻過程或稱等含濕量冷卻過程。特點空氣的含濕量保持不變(dc=dA，即Δd＝0)，但溫度降低(不低于露點溫度)，焓減小(hc＜hA，即Δh＜0)。在焓濕圖上用垂直向下的直線A－C表示?？諝鉅顟B(tài)變化的熱濕比值為AB100%Cd空氣通過制冷裝置的蒸發(fā)器或空調(diào)設(shè)備的表冷器、冷卻盤管時無結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生，以及與溫度為tl的水進(jìn)行熱濕交換時的狀態(tài)變化過程均為干冷過程。在干冷過程中空氣放出的熱量也即處理空氣所需要的冷量為Q=qm(hC-hA)kw2)濕冷過程又稱為減焓減濕過程。特點空氣的溫度要降低到其露點溫度以下，因此會有結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生，這就意味著空氣的含濕量要減少(dc

＜dA，即Δd＜0)。濕冷過程在焓濕圖上一般用直線A－C

表示。(空氣狀態(tài)的實際變化過程是先由A點到飽和線上的C

點，再保持飽和狀態(tài)由C

點減含濕量變化到C

點)。由于濕冷過程不僅空氣的焓要減小(Δh

＜0)，含濕量也要減少(Δd

＜0),因此其熱濕比值為AB100%CC

C

d空氣通過制冷裝置的蒸發(fā)器或空調(diào)設(shè)備的表冷器、冷卻盤管時，有結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生以及與溫度低于tl的水進(jìn)行熱濕交換時的狀態(tài)變化過程均為濕冷過程。濕冷過程是夏季空調(diào)中最常用的空氣熱濕處理過程。在此過程中，空氣放出的熱量也即處理空氣所需要的冷量(又稱為制冷量)為Q=qm

(

hB

-hA)kW濕冷過程凝結(jié)出的水蒸氣量為W=qm(dB

-dA)g/s

(3)等焓過程凡是空氣在狀態(tài)變化過程中焓保持不變的過程統(tǒng)稱為等焓過程或絕熱過程。按空氣在等焓變化過程中含濕量是增加還是減少，等焓過程又分為等焓加濕過程和等焓減濕過程兩種。1)等焓加濕過程特點焓不變(Δh＝0)，含濕量增加(Δd＞0)。又稱為絕熱加濕過程。在焓濕圖上用45°的直線A－D表示。AB100%CDdhC

C

在等焓加濕過程中，空氣狀態(tài)變化的焓濕比值為當(dāng)往空氣中噴霧(微小水滴)加濕時，工程上把此過程當(dāng)作等焓加濕過程對待。同理，水在空氣中的自然蒸發(fā)，工程上也當(dāng)作等焓加濕過程對待。空氣經(jīng)霧化式或自然蒸發(fā)式加濕裝置處理，或與溫度為tS的水進(jìn)行熱濕交換時的狀態(tài)變化過程均按等焓加濕過程對待。等焓加濕過程對空氣的加濕量為W=qm(dD–dA)g/s2)等焓減濕過程特點空氣的焓不變(Δh＝0)，含濕量減少(Δd＜0)，在焓濕圖上用45°直線A－E表示。空氣狀態(tài)變化的焓濕比值為用固體吸濕劑(如硅膠)

處理空氣時，工程上近似按等焓減濕過程對待。該過程從空氣中除去的濕量為

W=qm(dE–dA)g/sAB100%CDEdhC

C

(4)等溫加濕過程簡稱等溫過程特點空氣的溫度不變，含濕量增加，在焓濕圖上用接近水平的直線A-F表示。工程上把對空氣進(jìn)行噴蒸汽加濕處理的過程視為等溫加濕過程。該過程的加熱量為

Q=qm(hF

－h(huán)A)kW該過程的加濕量為

W=qm(dF

－dA)g/sAB100%CDEFdhtC

C

加熱過程A→B冷卻過程A→C干冷過程A→C濕冷過程A→C″等焓過程等焓加濕過程A→D等焓減濕過程A→E

等溫過程A→F2.4.2焓濕圖的應(yīng)用

3.確定兩種不同狀態(tài)空氣混和后的狀態(tài)點

假設(shè)將A、B兩種狀態(tài)的空氣進(jìn)行混合，混合后的狀態(tài)為C，則根據(jù)能量守恒定律和