湿空气参数与比焓计算方法

空气的状态是由空气的参数确定的。空调工程经常用到的空气参数是压力p、温度t、比焓h、含湿量χ和相对湿度φ。

（1）空气的压力 空气的压力p由干空气的分压力p_g和水蒸气的分压力p_s两部分组成，即

p=p_g+p_s （5-1）

一般空调情况下空气的压力就是指大气压力。法定计量单位中，压力单位是Pa。标准大气压力是p_a=101325Pa。

（2）空气的温度 空气的温度分干球温度和湿球温度。空调中常常用到这两个温度。一般不注明干球或湿球的温度，是指干球温度。温度的单位是K或℃。

（3）含湿量 它是指单位质量干空气中含有的水蒸气量。含湿量符号d，单位是kg/kg（干空气）或g/kg（干空气）。以后单位中的“kg（干空气）”简化为“kg（干）”。

含湿量d的数值计算如下：

【例5-1】 已知大气压力p=101325Pa，水蒸气分压力p_s=1800Pa，求含湿量。

解 利用式（5-2），可以算得含湿量为

（4）比焓 比焓h是用来表示物质系统能量状态的一个参数，其数值等于比定压热容c_p乘以温度t，即

h=c_pt （5-3）

干空气的比定压热容c_p，g=1.01kJ/（kg·K），故温度为t时干空气的比焓值h_g为

h_g=1.01t （5-4）

水蒸气的比定压热容c_p，s=1.84kJ/（kg·K）。温度为t时水蒸气的比焓值h_s为

h_s=2500+1.84t （5-5）

式中的2500是单位质量的水在0℃时变成水蒸气所需要的汽化热（kJ/kg）。

湿空气的比焓是以单位质量干空气作为基数计算的。伴随着单位质量干空气的还有d质量水蒸气。可见包含单位质量干空气的湿空气的比焓值h应是

h=h_g+dh_s=1.01t+d（2500+1.84t） （5-6）

【例5-2】 已知空气的温度t=25℃，含湿量d=0.012kg/kg（干），求其比焓。

解 按式（5-6），该空气的比焓值为

h=[1.01×25+0.012（2500+1.84×25）]kJ/kg=55.8kJ/kg（干）

作为参数，空气的比焓值很有用处。空气得到热量时（如被加热），比焓值增加；空气失去热量时（如被冷却），比焓值下降。可以利用空气比焓的变化来判断空气处理过程中空气的得热量或失热量。

现以空气加热器为例。以h₁表示空气进入加热器前的比焓，h₂表示它离开加热器时的比焓，q_m表示干空气的质量流量。则加热器提供给空气的热量为

Q=q_m（h₂-h₁） （5-7）

式中 Q——空气得到的热量（kW）。

这里要说明一点，对湿空气来说，决定比焓值大小的不仅是温度，还有含湿量。在有些处理过程中，空气的温度有所下降，但是其含湿量却会增加。当后者的增值足够大时，空气的比焓值反而会提高。

如果空气经过一冷却器，空气的比焓下降了，即h₂＜h₁，冷却器这时向空气提供了“冷量”。此冷量的大小为

Q=q_m（h₁-h₂） （5-8）

【例5-3】 空气流经一冷却器，其比焓从h₁=70kJ/kg（干）下降到h₂=55kJ/kg（干）。已知空气的流量为q_m=5kg（干）/s，求该冷却器提供的冷量。(www.xing528.com)

解 根据式（5-8），此冷量值为

Q=5（70-55）kW=75kW

（5）相对湿度 它反映的是空气的潮湿程度，是水蒸气的相对含量，不是空气含水蒸气的绝对量。空气能包含的水蒸气量不能超出某一最大值，即最大含湿量。达到最大含湿量的空气称为饱和空气。饱和空气的水蒸气分压力称为饱和水蒸气压力，以p_s，b表示。p_s，b值与空气的温度有关，它随温度的升高而增加。表5-1所列的是在不同温度下的水蒸气饱和压力p_s，b值。空气中水蒸气含量没有达到最大值时，该空气称为非饱和空气。它的水蒸气分压力p_s小于水蒸气饱和压力，即p_s＜p_s，b。故p_s与p_s，b二值的差异，反映了空气的饱和程度（或潮湿程度）。相对湿度φ就是二者的比值，即

空气的相对湿度φ越大，也就是越潮湿。φ的最大值是1（或100%），这相当于饱和空气。如果φ=0，这表明空气中不含水蒸气（干空气）。

表5-1 水蒸气饱和压力（水面） （单位：Pa）

（续）

【例5-4】 已知空气的温度t=28℃，相对湿度φ=0.60（60%），求该空气的水蒸气分压力。

解 从表5-1中查得，28℃时的饱和水蒸气压力p_q，b=3779.31Pa。利用式（5-9），算得水蒸气分压力为

p_q=φp_q，b=0.60×3779.31Pa=2267.59Pa

【例5-5】 接上例，计算该空气的含湿量和比焓，已知大气压力p=101325Pa。

解 根据式（5-2），可计算含湿量值为

用式（5-6）计算单位质量干空气的焓h为

h=[1.01×28+0.01424（2500+1.84×28）]kJ/kg=64.61kJ/kg（干）

（6）密度 空气的密度可以用下式计算：

式中 ρ——空气的密度（kg/m²）；

p——空气的压力（Pa）；

t——空气的温度（℃）；

d——空气的含湿量〔kg/kg（干）〕。

对于干空气，由于χ=0，则其密度ρ₀的计算式变为

在标准大气压下，p_a值为101325Pa。代入式（5-11），得到适用于标准大气压的干空气密度计算式为

式中 T——空气的热力学温度（K）。

有时要快速估算空气的密度，如果空气压力接近标准大气压，且其含湿量不甚大时，用式（5-12）计算要方便得多，算得的结果与实际值不致相差太多。