1、暖通空调课程讲座暖通空调课程讲座焓湿图焓湿图一、空气的组成一、空气的组成干空气的成分：主要成分是氮（干空气的成分：主要成分是氮（N2）和氧（）和氧（O2）。干空）。干空气中气中N2的体积分数约为的体积分数约为78%；O2的体积分数约为的体积分数约为21%；其余的其余的1%左右时其他气体。左右时其他气体。湿空气：由干空气和一定量的水蒸气混合而成湿空气：由干空气和一定量的水蒸气混合而成的大气。大气中的水蒸气含量是不多的，它与的大气。大气中的水蒸气含量是不多的，它与干空气的质量比在千分之几到千分之二十几的干空气的质量比在千分之几到千分之二十几的范围内。虽然湿空气中水蒸气的含量少，但其范围内。虽然湿空
2、气中水蒸气的含量少，但其变化会引起湿空气干、湿度变化，进而对人体变化会引起湿空气干、湿度变化，进而对人体感觉、产品质量、工艺过程和设备维护等都有感觉、产品质量、工艺过程和设备维护等都有直接影响：同时，湿空气中水蒸气含量的变化直接影响：同时，湿空气中水蒸气含量的变化又会使湿空气的物理性质随之变化。因此，从又会使湿空气的物理性质随之变化。因此，从空气调节的角度来说，空气的潮湿程度是我们空气调节的角度来说，空气的潮湿程度是我们十分关心的问题。十分关心的问题。二、 湿空气的物理性质湿空气的物理性质 湿空气的物理性质除和它的组成成分有关外，湿空气的物理性质除和它的组成成分有关外，还决定于它所处的状态。湿
3、空气的状态通常可以还决定于它所处的状态。湿空气的状态通常可以用压力用压力p、温度、温度t、相对湿度、相对湿度 、含湿量、含湿量d及比焓及比焓h等参数来度量和描述。这些参数称为湿空气的状等参数来度量和描述。这些参数称为湿空气的状态参数。态参数。一、空气的压力一、空气的压力 根据道尔顿分压力定律：混合气体总压力等根据道尔顿分压力定律：混合气体总压力等于各组成气体分压力之和。湿空气的总压力就等于各组成气体分压力之和。湿空气的总压力就等于干空气分压力和水蒸气分压力之和，于干空气分压力和水蒸气分压力之和， 即即 ：p=pg+ps。 湿空气中含水蒸气的分压力大小，是衡量湿空湿空气中含水蒸气的分压力大小，是
4、衡量湿空气干燥与潮湿程度的基本指标。气干燥与潮湿程度的基本指标。 标准大气压力是标准大气压力是p=101325Pa。道尔顿气体分压定律道尔顿气体分压定律 在任何容器内的气体混合物中，如果各组分之间不发生化学反应，则每一种气体都均匀地分布在整个容器内，它所产生的压强和它单独占有整个容器时所产生的压强相同。也就是说，一定量的气体在一定容积的容器中的压强仅与温度有关。例如，零摄氏度时，1mol 氧气在 22.4L 体积内的压强是 101.3kPa 。如果向容器内加入 1mol 氮气并保持容器体积不变，则氧气的压强还是 101.3kPa，但容器内的总压强增大一倍。可见， 1mol 氮气在这种状态下产生
5、的压强也是 101.3kPa 。 道尔顿（Dalton）总结了这些实验事实，得出下列结论：某一气体在气体混合物中产生的分压等于它单独占有整个容器时所产生的压力；而气体混合物的总压强等于其中各气体分压之和，这就是气体分压定律（law of partial pressure）。 二、空气的温度二、空气的温度干球温度干球温度：是温度计在普通空气中所测出的温度，即我们：是温度计在普通空气中所测出的温度，即我们一般天气预报里常说的气温一般天气预报里常说的气温 。湿球温度湿球温度：指同等焓值空气状态下，空气中水蒸汽达到饱：指同等焓值空气状态下，空气中水蒸汽达到饱和时的空气温度，在空气焓湿图上是由空气状态点
6、沿等焓和时的空气温度，在空气焓湿图上是由空气状态点沿等焓线下降至线下降至100%相对湿度线上，对应点的干球温度相对湿度线上，对应点的干球温度 。露点温度露点温度：在含湿量不变的条件下冷却空气，一直冷却到：在含湿量不变的条件下冷却空气，一直冷却到空气中的水蒸气开始凝结成水的那一时刻的温度。空气中的水蒸气开始凝结成水的那一时刻的温度。在冬天的玻璃窗上或夏季的自来水管上常常可以看到有凝在冬天的玻璃窗上或夏季的自来水管上常常可以看到有凝结水或露水存在。这一现象可以用露点温度形成来解释。结水或露水存在。这一现象可以用露点温度形成来解释。干湿球湿度计干湿球湿度计：是测定气温、气湿：是测定气温、气湿的一种仪
7、器。由两支规格完全相同的一种仪器。由两支规格完全相同的温度计组成，一支称为干球温度的温度计组成，一支称为干球温度计，其温泡暴露在空气中，用以测计，其温泡暴露在空气中，用以测量环境温度；另一支称为湿球温度量环境温度；另一支称为湿球温度计，其温泡用特制的纱布包裹起来，计，其温泡用特制的纱布包裹起来，并设法使纱布保持湿润，纱布中的并设法使纱布保持湿润，纱布中的水分不断向周围空气中蒸发并带走水分不断向周围空气中蒸发并带走热量，使湿球温度下降。水分蒸发热量，使湿球温度下降。水分蒸发速率与周围空气含水量有关，空气速率与周围空气含水量有关，空气湿度越低，水分蒸发速率越快，导湿度越低，水分蒸发速率越快，导致湿
8、球温度越低。可见，空气湿度致湿球温度越低。可见，空气湿度与干湿球温差之间存在某种函数关与干湿球温差之间存在某种函数关系。干湿球湿度计就是利用这一现系。干湿球湿度计就是利用这一现象，通过测量干球温度和湿球温度象，通过测量干球温度和湿球温度来确定空气湿度的。来确定空气湿度的。三、含湿量三、含湿量含湿量含湿量d是指单位质量干空气中含有的水蒸汽量。是指单位质量干空气中含有的水蒸汽量。单位是单位是kg/kg（干空气）或（干空气）或g/kg（干空气）。（干空气）。含湿量含湿量d的数值计算：的数值计算：d=0.622ps/（p-ps）四、相对湿度四、相对湿度相对湿度相对湿度是空气中水蒸气分压力和同温度下饱和
9、水蒸气分是空气中水蒸气分压力和同温度下饱和水蒸气分压力之比，也称为饱和度。相对湿度反映了湿空气中水蒸压力之比，也称为饱和度。相对湿度反映了湿空气中水蒸气含量接近饱和的程度。气含量接近饱和的程度。空气的相对湿度空气的相对湿度 越大，也就是越潮湿。越大，也就是越潮湿。 的最大值是的最大值是1（或（或100%），这相当于饱和空气。如果），这相当于饱和空气。如果 =0，这表明空气，这表明空气中不含水蒸气（干空气）。中不含水蒸气（干空气）。五、比焓五、比焓 在空气调节工程中，湿空气的状态经常发生变化，常需要在空气调节工程中，湿空气的状态经常发生变化，常需要确定状态变化过程内热量的交换量。确定状态变化过程
10、内热量的交换量。 从热工基础可知，在压力不变化的情况下，焓差值等于热从热工基础可知，在压力不变化的情况下，焓差值等于热交换量。交换量。 而在空气调节过程里，湿空气的状态变化过程可以看成是而在空气调节过程里，湿空气的状态变化过程可以看成是在定压下进行的，所以能够用湿空气状态变化前后的焓差值在定压下进行的，所以能够用湿空气状态变化前后的焓差值来计算空气得到或失去的热量。来计算空气得到或失去的热量。包含单位质量干空气的湿空气的比焓值包含单位质量干空气的湿空气的比焓值h应是应是h=hg+dhs=1.01t+d（2500+1.84t）或）或h=（1.01+1.84d）t+2500d湿空气焓湿图湿空气焓湿
11、图理论上，对于一定的大气压，只要知道空气的任意两个参数，理论上，对于一定的大气压，只要知道空气的任意两个参数，就能算出所有其他参数。在工程应用中，用公式计算和用查就能算出所有其他参数。在工程应用中，用公式计算和用查表方法来确定空气状态和参数，比较繁琐，而且对空气的状表方法来确定空气状态和参数，比较繁琐，而且对空气的状态变化过程的分析也缺乏直观的感性认识。因此，为了便于态变化过程的分析也缺乏直观的感性认识。因此，为了便于工程实际应用，通常把一定大气压力下，各种参数之间的相工程实际应用，通常把一定大气压力下，各种参数之间的相互关系作成线算图来进行计算。根据所取坐标系的不同，线互关系作成线算图来进行
12、计算。根据所取坐标系的不同，线算图也有好几种，国内常用的是焓湿图，简称算图也有好几种，国内常用的是焓湿图，简称h-d图。图。这里需要强调的是，每一张这里需要强调的是，每一张h-d图都是按规定的大气压绘图都是按规定的大气压绘制的，因此在计算工作中，应选用与要求大气压相符的制的，因此在计算工作中，应选用与要求大气压相符的（或接近的）焓湿图。（或接近的）焓湿图。 对于一定的大气压，只要知道空气的任意两个参数，就对于一定的大气压，只要知道空气的任意两个参数，就能算出所有其他参数。在工程应用中，用公式计算和用查表方能算出所有其他参数。在工程应用中，用公式计算和用查表方法来确定空气状态和参数，比较繁琐，而
13、且对空气的状态变化法来确定空气状态和参数，比较繁琐，而且对空气的状态变化过程的分析也缺乏直观的感性认识。因此，为了便于工程实际过程的分析也缺乏直观的感性认识。因此，为了便于工程实际应用，通常把一定大气压力下，各种参数之间的相互关系作成应用，通常把一定大气压力下，各种参数之间的相互关系作成线算图来进行计算。根据所取坐标系的不同，线算图也有好几线算图来进行计算。根据所取坐标系的不同，线算图也有好几种，国内常用的是焓湿图，简称种，国内常用的是焓湿图，简称h-d图。图。 湿空气的湿度图 ： 图上共有五种线，图上任一点都代表一定温度图上共有五种线，图上任一点都代表一定温度t和湿度和湿度的的湿空气状态。湿
14、空气状态。 l等湿度线等湿度线( (等等H H线线) )：l等焓线等焓线( (等等I I线线) )：l等温线等温线( (等等t t线线) )：l等相对温度线（等等相对温度线（等线）线）l水蒸汽分压线：水蒸汽分压线：l这里需要强调的是，每一张这里需要强调的是，每一张h-d图都是按规定的大图都是按规定的大气压绘制的，因此在计算工作中，应选用与要求大气压绘制的，因此在计算工作中，应选用与要求大气压相符的（或接近的）焓湿图。气压相符的（或接近的）焓湿图。湿空气焓湿图湿空气焓湿图等等 线是曲线线是曲线等等h线是倾斜直线线是倾斜直线等等d线是垂直线线是垂直线等等t线接近水平，看似平线接近水平，看似平行，实
15、际互不平行。行，实际互不平行。最低的一根等 线，其值为 =100%。这条曲线称为饱和线。状态在这条线上的空气处于饱和状态。在其他 线上的空气都是非饱和的。空气状态不可能位于饱和线以下的区域中。湿空气焓湿图湿空气焓湿图等等 线是曲线线是曲线等等h线是倾斜直线线是倾斜直线等等d线是垂直线线是垂直线等等t线接近水平，看似平线接近水平，看似平行，实际互不平行。行，实际互不平行。最低的一根等 线，其值为 =100%。这条曲线称为饱和线。状态在这条线上的空气处于饱和状态。在其他 线上的空气都是非饱和的。空气状态不可能位于饱和线以下的区域中。1 等湿度线等湿度线(等等H线线)2 等焓线等焓线(等等I线线)3
16、 等温线等温线(等等t线线)I=(1.88t+2490)H+1.01t 当空气的干球温度当空气的干球温度t不变时，不变时，I与与H成直线关系，故在成直线关系，故在I-H图中图中对应不同的对应不同的t，可作出许多等，可作出许多等t线。线。 各种不同温度的等温线，其各种不同温度的等温线，其斜率为斜率为(1.88t+2492)，故温度愈高，其斜率愈大。因此，这许多，故温度愈高，其斜率愈大。因此，这许多成直线的等成直线的等t线并不是互相平行的。线并不是互相平行的。 一组与纵轴平行的直线。在同一条等一组与纵轴平行的直线。在同一条等H线上，湿空气的露点线上，湿空气的露点td不变。不变。 一组与横轴平行的直
17、线一组与横轴平行的直线 。在同一条等。在同一条等I线上，湿空气的温度线上，湿空气的温度t随湿度随湿度H的增大而下降，但其焓值不变。的增大而下降，但其焓值不变。4 等相对温度线（等等相对温度线（等线）线）sspPpH622.0HHPpv622. 0 当湿空气的湿度当湿空气的湿度为一定值时，温度愈高，其相对湿度为一定值时，温度愈高，其相对湿度值值愈低，即其作为干燥介质时，吸收水汽的能力愈强，故湿空气愈低，即其作为干燥介质时，吸收水汽的能力愈强，故湿空气进入干燥器之前必须经过预热器预热提高温度，目的除了提高进入干燥器之前必须经过预热器预热提高温度，目的除了提高湿空气的焓值使其作为载热体外，也是为了降
18、低其相对湿度而湿空气的焓值使其作为载热体外，也是为了降低其相对湿度而作为载湿体。作为载湿体。5 水蒸汽分压线水蒸汽分压线 该线表示空气的湿度该线表示空气的湿度与空气中的水蒸汽分压与空气中的水蒸汽分压pv之间关系曲之间关系曲线。当湿空气的总压线。当湿空气的总压不变时，水蒸汽的分压不变时，水蒸汽的分压pv随湿度而变随湿度而变化。水蒸汽分压标于右端纵轴上，其单位为化。水蒸汽分压标于右端纵轴上，其单位为kN/m2。 AEDFBCtwtd =1HpI 干球温度干球温度t、露点、露点td、湿球温、湿球温度度tw（或绝热饱和温度（或绝热饱和温度tas）都）都是由等是由等t线确定的。线确定的。 根据湿空气任意
19、两个独立的参数，就可以在根据湿空气任意两个独立的参数，就可以在H-I图上确定该图上确定该空气的状态点，然后查出空气的其他性质。空气的状态点，然后查出空气的其他性质。 非独立的参数如：非独立的参数如：tdH，pH，tdp，twI，tasI等，它们均等，它们均在同一等在同一等H线或等线或等I线上。线上。湿焓图的说明与应用 通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点，已知条通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点，已知条件是：件是： 0HA =1ttwI1230HA =1ttdI1230HA =1tI12（）湿空气的干球温度（）湿空气的干球温度t和湿球温度和湿球温度tw； （）湿空气的干球温度
20、（）湿空气的干球温度t和露点和露点td ； （）湿空气的干球温度（）湿空气的干球温度t和相对湿度和相对湿度。tBtABAtBtABA=1HI1 加热和冷却加热和冷却 若空气的温度变化范围在露点以上，则空气中的含水量始终若空气的温度变化范围在露点以上，则空气中的含水量始终保持不变，且为不饱和状态，为等湿过程，过程线为垂直线。保持不变，且为不饱和状态，为等湿过程，过程线为垂直线。三、湿空气的基本状态变化过程2 冷却减湿冷却减湿BA =1HIHAHB 利用上述方法，如果将利用上述方法，如果将凝结出来的水分设法除去，凝结出来的水分设法除去，再将所得的饱和空气加热，再将所得的饱和空气加热，则不会恢复原来
21、的状态，而则不会恢复原来的状态，而空气的湿度小于原空气的湿空气的湿度小于原空气的湿度，即达到减湿的目的。度，即达到减湿的目的。 上述间壁式冷却过程当进行至露点，空气即达到饱和状态，上述间壁式冷却过程当进行至露点，空气即达到饱和状态，继续冷却时，水蒸气就在冷却壁面上凝结出来，而且温度不断继续冷却时，水蒸气就在冷却壁面上凝结出来，而且温度不断降低，但空气始终在饱和状态。降低，但空气始终在饱和状态。3 不同状态空气的混合不同状态空气的混合212211GGHGHGHn212211GGIGIGIn 若混合后的空气状态点落若混合后的空气状态点落入超饱和区，例如图中入超饱和区，例如图中3-4直线上的直线上的
22、d点，则混合物将点，则混合物将分成气态的饱和空气和液态分成气态的饱和空气和液态的水两部分，前者的状态点的水两部分，前者的状态点为过为过d点的等温线与点的等温线与=1线线的交点的交点e。 =1HII1InI2H1HnH21234detI 设有状态不同的空气设有状态不同的空气1和和2，对应的干空气的量为，对应的干空气的量为G1和和G2，对应的状态为（对应的状态为（H1，I1），（），（H2，I2）。两空气混合后，由物）。两空气混合后，由物料衡算和热量衡算，可求得料衡算和热量衡算，可求得4 绝热冷却增湿过程绝热冷却增湿过程BA =1HItAtas 绝热饱和过程的进行，其结绝热饱和过程的进行，其结果一
23、方面表现为空气的冷却，果一方面表现为空气的冷却，另一方面表现为空气的增湿，另一方面表现为空气的增湿，故称为绝热冷却增湿过程。故称为绝热冷却增湿过程。 空气和水直接接触时，空气的状态变化可视为空气和液态空气和水直接接触时，空气的状态变化可视为空气和液态水表面边界层内的饱和空气不断混合的过程。水表面边界层内的饱和空气不断混合的过程。 若空气（以若空气（以A点表示）与温度为点表示）与温度为tas的冷却水（其表面的饱的冷却水（其表面的饱和空气以和空气以B点表示）相接触，由于水温保持点表示）相接触，由于水温保持不变，不变，B B点的位置点的位置也固定不变，则空气的不断混合过程就表现为空气状态从也固定不变，则空气的不断混合过程就表现为空气状态从A点点不断向不断向B点移动。点移动。结结 束束
