空气热湿处理的通风与空气调节

1.1　空气热湿处理途径

由图分析可知，在空气处理过程中，为达到同一状态点，可以有不同的空气处理途径，现以全新风空气处理系统为例，如图9.1所示。一般地说，空调房间在冬夏两季需要的送风状态不同，这里为了说明问题，而作为相同状态点对待。夏、冬季空气的状态点分别为 W 、W ′状态，送风状态点为O点。达到要求的送风状态点，则可能有图9.1所示的各种不同的空气处理途径，这些空气的处理途径是由一些简单的空气处理过程组合而成的，表9.1列出了空气处理各种途径和设备的方案说明。

图9.1　空气热湿处理的各种途径

至于究竟采用何种途径，须结合各种空气处理设备的特点，经分析比较后确定。空气处理方案应满足经济、有效的原则。

表9.1　空气处理各种途径的方案说明

1.2　空气热湿处理设备类型

如前所述，h-d图上的一条直线代表了一个空气状态变化过程，但是在实际工程中，某一特定的空气状态变化过程要靠外部作用，即空气处理设备来实现。而某一特定的空气处理设备的工作原理和它所能实现的空气处理过程是有限制的。因此，实际的空调过程通常是在几种设备可以实现的处理过程的共同作用下完成的。这些设备总的来说可归结为直接接触式及间接接触式两大类。

直接接触式热湿交换设备是指热湿交换的介质直接和被处理的空气接触进行热湿交换的设备。例如在喷水室中喷入不同温度的水，可以实现空气的加热、冷却、加湿和减湿等过程。用蒸汽加湿器喷蒸汽，可以实现空气的等温加湿过程等；表面式热湿交换设备是指热湿交换的介质不直接和被处理的空气接触，而是通过空气处理设备的金属表面进行热交换的设备。例如在空气加热器中通入热水或蒸汽，可以实现空气的等湿加热过程，在表面式冷却器中通入冷水或制冷剂，可以实现空气的等湿冷却和减湿冷却过程。

在空调工程中，应用最多的热湿处理设备是喷水室和表面式换热器，下面主要对这两种空气处理设备的工作原理和选择计算做些介绍。

1.3　喷水室处理过程

1.3.1　喷水室处理空气状态变化过程

由湿球温度的形成过程可知，空气与水滴之间是通过水滴表面饱和空气边界层不断地进行着对流热交换和对流质交换，其中湿热交换取决于二者间的温差，潜热交换和湿（质）交换取决于水蒸气分压力差，而总热交换是以焓差为推动力。

当空气流经水面或水滴周围时，就会把边界层中的饱和空气带走一部分，而补充的新空气在与水滴表面进行热湿交换后，又达到饱和状态。这样，当水滴表面的饱和空气层不断地与流过的空气相混合，就使整个空气状态发生变化。因此，空气与水直接接触时的热湿交换过程可以看作是初始状态的空气与水滴边界层中饱和空气的混合过程。

根据两种不同状态空气混合的规律可知，混合后的状态点应当在空气的初始状态点与喷水温度下的饱和空气状态点的连线上。参与混合的饱和空气越多，空气的终状态点（即混合后的状态点）就越靠近饱和线。若满足下列假设条件时：①与空气接触的水量无限大；②空气与水接触的时间无限长，则全部空气都能达到饱和状态。这时，空气的终状态点将位于饱和线上，空气的终温就是喷水温度。由此，不难推知，当喷水温度（即与空气接触的水温）不同时，空气的状态变化过程也就不同。用喷水室处理空气，采用不同的喷水温度，可以实现如图9.2和表9.2所示的七种空气状态变化过程。下面对其中的A→2、A→4和A→6过程做些分析。

图9.2　空气与水直接接触时的状态变化过程

表9.2　喷水室处理空气状态变化过程的特点(www.xing528.com)

（1）A→2过程

用温度等于空气露点温度的水（tW=tL）喷淋空气时可以实现这一过程。这时，空气虽然与水接触，但由于d2=da，过程的湿交换量为零，空气既没加湿也没减湿，只是由于t2＜tA，存在显热交换，空气向水传热而使温度下降，空气的状态变化为等湿冷却过程。

（2）A→4过程

用温度等于空气湿球温度的水（tW=ts）喷淋空气时可以实现这一过程。这时，由于t4 ＜ tA，表明空气向水传热，温度下降，显热减少。但由于d4＞dA，说明空气被加湿，由于空气得到了在湿球温度下蒸发的Δd千克水蒸气所具有的潜热，空气的潜热增加。如果忽略空气得到的原来处于ts温度下的液体热 Δd·c·ts，则空气的总热交换量为零。空气的状态变化为一等湿球温度过程。由于等湿球温度线与等焓线非常接近，此过程近似为等焓加湿降温过程。

（3）A→6过程

用温度等于空气干球温度的水喷淋空气时可以实现这一过程。这时，因为tW=tA，空气与水之间无显热交换，但由于d6＞dA，说明空气被加湿，同时潜热增加。空气状态变化的总效果是一为等温增焓加湿过程。

根据处理上面这三种典型的空气状态变化过程的喷水温度，可判断在某一特定的喷水温度下，可以实现的空气变化过程是加湿还是减湿，是增焓还是减焓，是升温还是降温过程。如表9.2所示。

1.3.2　用喷水室处理空气的实际过程

前面介绍用喷水室处理空气，根据喷水温度不同，可以实现七种空气状态变化过程时指出，在满足两个假设条件的基础上，空气的终状态将位于饱和线上，而且空气的终温就是喷水温度。但是，实际用喷水室处理空气时，喷水量总是有限的，空气与水接触的时间也不可能无限长。因此，空气状态和水温都是在不断地发生变化，空气的最终状态也很难达到饱和。实践表明，对于双排喷嘴的喷水室空气终状态的相对湿度一般只能达到95%～98%，采用双级处理空气时，空气终状态的相对湿度才能达到100%。

实际的喷水室处理空气时，空气状态和水温都在不断变化，因此，喷水室中空气状态变化的实际过程在h-d图上不是直线，而是一条曲线。该曲线的弯曲程度和空气与水的相对运动方向有关。

在顺喷时，因为空气和水滴的运动方向相同，空气是先与具有初始温度的水接触，有一小部分空气达到饱和，这部分饱和空气的温度为tw1，它们与其余的空气混合，达到混合状态点1，这时水的温度由于吸收了空气中的热量变为。状态1的空气和温度为的水滴接触，又有一小部分空气达到饱和，温度为，这部分饱和空气和其余的空气混合后，达到混合状态点2，同时水的温度由于吸收了空气中的热量又升高为。状态2的空气再与温度为的水滴接触，使一小部分空气达到饱和，温度为，这部分饱和空气和其余的空气混合后，达到混合状态点3，同时水的温度由于吸收了空气中的热量又升高为……这样一直继续下去，最后可以得到一条表示空气状态变化过程的折线A123……tw2。当点取的足够多时变为一条曲线，如图9.3（a）所示。

在逆喷时，空气状态的变化过程的分析和顺喷时一样，只是这时空气和水滴的运动方向相反，状态A的空气与具有终态温度tw2的水先接触，空气的状态变化过程是A123……tw1，如图9.3（b）所示。

从上面的分析可知，无论是顺喷，还是逆喷，喷水室中的空气状态变化过程在h-d图上都不是直线，而是一条曲线。如果接触时间充分，顺喷时，空气的终态温度等于水的终温tw2，逆喷时，空气的终状态等于水的初温tw1。

图9.3　喷水室处理空气状态变化的实际过程

在实际的喷水室中，空气与水滴的相对运动情况既不是顺流，也不是逆流，而是复杂的交叉流。由于在实际工程中，所关心的只是喷水室处理后的空气状态，而不是空气状态变化的轨迹，所以，在分析计算中采用连接空气初终状态的直线来表示实际的空气状态变化过程。