纺织厂空调与除尘-图求解空气的含湿量、含热量和水蒸气分压

（一）确定空气状态及其参数

在i—d图上每一点都代表湿空气的一个状态，故只需知道湿空气的任意两个独立参数，便可在i—d图上确定湿空气的状态点并找出其他的参数。

图2－4　例2－7图

例2－7　纺织厂某车间空气温度为30℃，相对湿度为60％，大气压力为1013.25hPa，试用i—d图求出空气的含湿量、含热量、水蒸气分压力。

解：选用B=1013.25hPa的i—d图，如图2－4所示。首先在i—d图上找出t1=30℃、φ1=60％的交点1。从1点引等i线向下，并从1点引等d线向上，分别与含湿量d坐标线及水蒸气分压力Pq变换线相交于2点和3点。由此便可从图上直接查得i1=71kJ/kg干，d1=16g/kg干，Pq=2530Pa。

（二）确定空气被热湿处理后的终状态点

前已述及，如果已知空气的初始状态及变化过程的热湿比ε值，又知道变化过程终了状态的任一参数，则可得空气被热湿处理后的终状态点。

例2－8　已知大气压力为1013.25hPa，空气初状态t1=20℃，φ1=60％，当空气吸收总热量Q=3.49kW和总湿量W=2.094kg/h后，温度变为t2=32℃，求空气终状态点。

解：在大气压力为1013.25hPa的i—d图上，按t1=20℃、φ1=60％，确定出空气状态点1，并查得i1=42.3kJ/kg干、d1=8.7g/kg干。

由空气所吸收的总热量和总湿量得知其热湿比ε为：

根据此值，在i—d图的热湿比标尺上找到相应的ε线。然后过1点作该线的平行线，即为空气状态变化过程线。此线与t2=32℃等温线的交点2就是空气终状态点。由图查得φ2=40％、d2=12g/kg干、i2=62.9kJ/kg干，如图2－5所示。

图2－5　例2－8图

（三）确定空气的露点温度

湿空气的露点温度是指空气在含湿量（或水蒸气分压力）不变的情况下，将此空气冷却到饱和状态，即相对湿度φ=100％时所对应的温度，以符号t1表示，单位为℃。

从饱和湿度的概念可知，空气的饱和含湿量（或饱和水汽分压力）和温度有关。当温度降低时，饱和含湿量（或饱和水汽分压力）也随着降低，也就是说温度降低时，空气容易达到饱和状态。因此，当空气中实际的含湿量（或水汽分压力）不变时，随温度降低，愈来愈接近饱和含湿量（或水汽分压力），也就是说空气的相对湿度愈来愈高。如果相对湿度达到100％，即空气达到饱和状态，如再继续降低温度，空气中便会有水蒸气凝结出来，空气的含湿量便开始减小。因此，空气的露点温度也可以认为是把空气冷却到使原来状态空气中所含有的水蒸气量达到饱和状态，而开始凝露时的温度。

在大气压力B一定时，露点温度的高低只与空气中水蒸气含量有关，水蒸气含量愈多，露点温度愈高，故露点温度也是反映空气中水蒸气含量的一个物理量。判断物体表面是否有凝结水，主要是将与空气接触的物体的表面温度t与空气的露点温度相比较，如果t＞t1就不会结露，如果t＜t1就要结露。

图2－6　例2－9图

使用i—d图求空气的露点温度十分简便，只要在i—d图上找出已知空气的状态点，再根据空气露点温度的定义，只需从该点引等d线向下与φ=100％的饱和线相交，此交点所对应的等温线的标定温度值即为空气的露点温度。

例2－9　已知某地大气压力B=1013.25hPa，空气温度为30℃，相对湿度为60％，求空气的露点温度。

解：使用B=1013.25hPa的i—d图，如图2－6所示。按t1=30℃、φ1=60％，确定出空气状态点1，查得含湿量d1=16g/kg干，即指此空气的实际含湿量为16g/kg干，空气是未饱和状态。然后，过1点引等d线向下与φ=100％的饱和线相交于2点。由于温度不断降低，空气中所含水汽量达到饱和状态，点2所对应的温度为t2=21.4℃，则空气的露点温度即为t1=21.4℃。

查附表1可知，当空气温度继续降低至20℃时，db=14.7g/kg干，此时将有1.3g/kg干的水汽从空气中凝结成小水珠析出。不难看出，不同状态的空气，只要其含湿量相等，其露点温度必然相同。

（四）确定空气的湿球温度

一般水银温度计的水银球始终处于干燥状态，其所显示的是空气的温度，也称干球温度，用符号tg表示。若将水银球表面包上湿纱布，使其始终保持湿润状态，则其显示的温度，便称为湿球温度，用符号ts表示，单位为℃。

水分在蒸发成水蒸气时，必须要吸收汽化潜热，若水温高于空气的干球温度时，其所需汽化潜热将由其自身供给，从而使水温下降，一直降至空气的干球温度以下，此时水分蒸发所需汽化潜热，便开始由空气供给一部分，一部分仍来自水的自身，直至水温降至某一温度，此时水分蒸发所需之汽化潜热，完全是由空气供给时，水温不再下降，湿球温度计上显示的温度不再变化，此时的温度就是湿球温度。

湿球周围的一薄层空气因为提供热量给水分蒸发，其显热减少，温度便下降，直至和水温相等，所以湿球温度既是湿球表面水的温度，也代表湿球周围薄层空气的温度，这一温度一般都低于空气的干球温度。

如果湿球表面的水温低于空气的干球温度，那么水分蒸发所需的汽化潜热一开始便由空气供给，由于空气和水有温度差，还需供给热量使水温升高。当水温升高到某一温度，使空气仅仅供给水蒸发所需的汽化潜热，水温和湿球周围薄层空气温度相等时，此时湿球上显示的温度亦即湿球温度。

空气在供给水所需汽化潜热的同时，其温度降低，但因为吸收了水蒸气，含湿量增加。在温度下降、含湿量增加的情况下，很快地达到饱和状态，湿球温度就表示湿球周围这一薄层饱和空气层的温度。

由于空气提供水蒸发所需的热量，失去了显热，同时却因水汽量增加，得到了潜藏在水汽中的等量汽化潜热，因而可以认为空气的含热量没有变化。但是，严格地说，水本身有一定的温度和热量，在变为水蒸气时，这一部分被称之为液体热的热量随水汽一起带给了空气，实际上空气的含热量是增加的，但是因为这一部分热量很小，一般可以忽略不计。

通过以上叙述，可以认为湿球温度就是使一定状态的空气在含热量不变的条件下，使其温度降低、含湿量增加，达到饱和状态时的温度。

在i—d图上确定空气的湿球温度是很方便的，只需通过已知空气状态点，作沿等i线向下的直线与饱和线相交的一点所对应的温度，就是该状态空气的湿球温度。

例2－10　已知某地大气压力B=1013.25hPa，空气温度为t=32℃、φ=50％，求空气的湿球温度。

解：选用B=1013.25hPa的i—d图，如图2－7所示。按t=32℃、φ=50％，确定出空气状态点1，查得含热量i=70.5kJ/kg干，空气是未饱和状态。然后过点1引等i线向下与φ=100％的饱和线相交于点2，空气达到饱和状态。点2所对应的温度就是空气的湿球温度ts=23.8℃。

湿球温度并不是空气的真正温度，而只是表示空气状态的一种物理量，但却是非常重要的物理量。在空气调节中，常用干球温度与湿球温度之差来确定空气的相对湿度，见附表2，其原理将在第九章中阐述。同时，空气湿球温度的高低是进行空气调节的主要依据。

图2－7　例2－10图

（五）表示不同状态空气的混合过程

在空气调节中，经常要用两种不同状态的空气进行混合，混合之后的空气状态可以用下面介绍的两种方法来确定。

1.计算法假定质量为m1（kg）的状态1（i1、d1）空气和质量为m2（kg）的状态2（i2、d2）空气混合，且与外界没有热湿交换。混合后的空气质量为m3=（m1+m2），混合状态3（i3、d3）则可以确定如下。

根据热平衡和湿平衡的原理，列出下列平衡式：

m1i1+m2i2=（m1+m2）i3 m1d1+m2d2=（m1+m2）d3

由此可得：

由式（2－29）、式（2－30）就可以确定混合后的空气状态参数i3和d3，然后在i—d图上，便可找到相应点3，其余参数亦可从图上查得，如图2－8所示。

2.作图法由上述两个平衡式可推导出：

则：

由图2－8可见，根据解析几何原理可以证明，在i—d图中，显然（i2－i3）/（d2－d3）之比值是点2和点3之间连线的斜率，而（i3－i1）/（d3－d1）之比值则是点3和点1之间连线的斜率。因两斜率相等，因此直线和互相平行。又因点3为公共点，因而1、2、3点必然在同一直线上。

由式（2－31）可得：

由式（2－33）可知，混合点3将线段分成两段，两段长度之比和参与混合的两种空气质量成反比，混合点则靠近质量大的空气状态点一端。

例2－11　某空调室采用室内回风m1=2000kg，状态为t1=20℃、φ1=60％；室外新风m2=500kg，状态为t2=35℃、φ2=65％，混合进行处理。求混合后空气状态。(www.xing528.com)

解：根据已知条件，在i—d图上确定状态点1和状态点2，将1、2两点用直线相连，并在直线上求混合点3。由式（2－33）可得。将线段分为五等分，则混合空气状态点3位于靠近状态点1的一等分处，如图2－9所示。由图上查得t3=23℃，φ3=66.5％，i3=52.8kJ/kg干，d3=11.6g/kg干等空气状态参数。

图2－8　两种状态空气的混合

图2－9　例2－11图

混合状态点3亦可完全用计算法求得，根据已知条件t1、φ1和t2、φ2，用前面讲过的公式计算出i1、d1和i2、d2，再用式（2－29）、式（2－30）求出i3、d3。在图上找出3点，其余参数即可查得。所得结果和用作图法的得数基本相同，但用作图法却方便得多。

（六）表示空气状态的变化过程

i—d图不仅能确定空气的状态和状态参数，更重要的是能表示空气状态的变化过程，而这个变化过程的方向和特征又可用热湿比ε值表示。图2－10绘制了空气状态变化的各种过程，现分述如下：

图2－10　空气状态变化过程

1.加热过程OA冬季为了提高车间温度，在纺织厂空调中常用表面式蒸汽加热器对空气进行加热处理。处理过程中空气的温度提高了，但含湿量没有变化，因此空气状态呈等湿增焓升温变化，过程线为OA。在d不变的情况下加热空气由初态O（iO、dO）至终态A（iA、dA），则表示该状态变化过程的方向线（ε线），应与d为常数之直线平行。由于iA＞iO、dA=dO，则：

通过加热过程，空气温度升高，焓值增加，而相对湿度降低了，即空气变干燥了。加热过程还可以用电加热器或表面式热水加热器进行。

2.加热加湿过程（AOE区域）空气从初态O变化至终态G（iG、dG），就属于加热加湿过程，表示该状态变化过程的热湿比ε为：

由于空气加热加湿量的不同，其热湿比可在0至+∞之间变化，其结果可使空气温度升高、不变或降低，而相对湿度也有降低、不变或增大的不同。

特别是空气温度不变的加热加湿过程OC，这种变化过程称为等温加湿过程，常采用将有限量的水蒸气直接喷射到空气中的方法来达到。因为空气的初态为O，吸收了水蒸气后，变为C点，则此过程的热平衡方程式为：

iC=iO+0.001Δd×iq

式中：Δd——每1kg干空气所吸收的水汽量，g/kg干；

iq——1kg水蒸气的含热量，kJ/kg干。可按iq=2500+1.84tq计算，在一个大气压时，tq=100℃，则iq=2684kJ/kg干。

则直接向空气中喷入水蒸气变化过程的热湿比为：

由于ε=2684的过程线接近于等温线，故可认为是等温加湿过程。但需注意不可喷射过热蒸汽，因为水蒸气温度若过高，iq亦愈高，则过程线愈是向温度升高的方向，偏离等温线，这将使车间内空气温度升高。如喷入tq=120℃的水蒸气，车间温度将升高0.5℃。

在纺织厂中，每当干燥季节，为了达到加湿空气的效果，有时采用在空调室内或在风道内应用干蒸汽加湿器或在车间内设置多孔管等装置把水蒸气直接喷入被处理空气中。空气中增加水蒸气后，含湿量值必然提高。

3.等焓加湿过程OE在纺织厂里，春、秋、冬三季采用喷淋水温等于空气湿球温度的水处理空气，进行加湿，或在车间中用直接喷雾的方法进行加湿，这时水滴蒸发需要的汽化热只能来自周围的空气，因此使空气的显热减少，温度下降。而这些小水滴蒸发成水汽后，就扩散到空气中，使空气含湿量增加，同时也把空气传给它的热量又带回到空气中，所以对空气来说，由于温度下降而失去的显热，等于含湿量增加所带回的汽化潜热，i几乎不变，因此称等焓加湿过程，又称蒸发冷却过程或绝热加湿过程。

由于这一过程是在绝热情况下完成的，表示该状态变化过程的热湿比线与i为常数之直线平行。由于iE=iO、dE＞dO，则：

在此过程中，空气的温度下降，含热量不变，含湿量增加，相对湿度增大。

4.冷却过程OB夏季为了降低车间温度，送进车间的空气要先经过空气冷却器进行冷却（当冷却器表面无凝结水现象时）处理。空气通过冷却器，温度下降，含湿量不变，因此在i—d图上沿等d线向下变化，如图2－10中OB所示。这一过程与第一种情况相反，称为冷却过程。

由于iB＜iO、dB=dO，则：

在此过程中，空气的温度下降，含湿量不变，含热量减少，相对湿度增大。

当空气温度冷却到空气的露点温度时，空气达到饱和状态，如果继续降温，则空气中部分水汽将凝结析出，使空气的含湿量减少，就变为去热去湿过程。

5.去热去湿过程（BOF区域）空气从初态O变化至终态H（iH、dH），由于iH＜iO、dH＜dO，故表示该状态变化过程的热湿比为：

由于空气去热去湿量的不同，其热湿比可在0至－∞之间变化，其结果可使空气的温度降低、不变或升高，而相对湿度也有增加、不变或降低的不同。

降温的去热去湿过程称为冷却去湿过程。普遍用于纺织厂夏季的空气调节过程中。用温度低于空气露点温度的水喷淋空气即可达到去热去湿过程。

特别是空气温度不变的去热去湿过程OD，称为等温去湿过程，要用氯化锂水溶液喷淋空气才能实现，纺织厂里一般不予采用。

6.等焓去湿过程OF这一过程与第3种情况相反，表示该状态变化过程的热湿比是平行于i为常数之直线。由于iF=iO、dF＜dO，则：

当空气通过固体吸湿剂，如硅胶（SiO2）、铝胶（Al2O3）、活性炭等物质时，空气中的水蒸气被吸湿剂吸附而成为液态水，同时放出汽化潜热，潜热重又成为显热，从而使空气的温度升高，含湿量减少，相对湿度降低，含热量基本不变，只略为减少了水所带走的液态热，热湿比ε=0，如图2－10中OF所示，故此称为等焓去湿过程。

如果从空气的初态O点出发，以上述ε=±∞和ε=0这四条过程线为界，可以划分为四个区域，分别代表四个不同的状态变化范围，如图2－11所示。它们的变化性质见表2－2。

例2－12　将t1=30℃，φ1=70％的空气送进去湿机中进行除湿，在去湿机中空气温度下降到t2=10℃，然后再加热到t3=20℃，试计算含1kg干空气的湿空气在去湿机中除掉多少水分和最后空气的相对湿度。

解：如图2－12所示，在i—d图上查得i1=78.3kJ/kg干、d1=18.8g/kg干。通过点1作等d线与φ=100％饱和线交于点1'，并沿饱和线向左下方移动至温度等于10℃的点2，查得i2=29.0kJ/kg干、d2=7.6g/kg干，则含1kg干空气的湿空气在去湿机中除掉的水分为：

Δd=d1－d2=18.8－7.6=11.2（g/kg干）

通过点2作等d线与t2=20℃的等温线交于点3，查图得d3=d2=7.6g/kg干、i3=39.0kJ/kg干，最后空气的相对湿度φ3=52％。

图2－11　空气状态变化过程分区

图2－12　例2－12的i－d图

表2－2　空气状态变化过程分区

续表