焓湿图应用

人体同周围空气环境时刻都在进行传热和传质交换过程。正常人体内部体温大约在36．5,～37℃，如果环境条件使人体很容易保持热平衡，就会产生舒适感。当环境条人体散热困难，或者散热太快，就会感到炎热或者寒冷，即产生不舒适感。

人体内部新陈代谢的结果要产生热量，这些热量必须向周围环境散发。人体散热的方式有两种，一种是通过对流和导热方式散发显热，另一种是通过出汗蒸发的方式散发潜热。如果环境温度升高，人体同周围环境的温差减少，显热散热减少，为了维持人体的热平衡身体就不得不增加出汗，以蒸发潜热的方式来增加散热。如果环境湿度较大，人体通过汗水发散热能力就降低，所以在高温高湿时，人感到很闷热，就是这个道理。

空气流动速度对人体散热也是不可忽视的因素。空气流速增加能加强对流散热，在出汗时还会加强蒸发散热。

实践证明，多数人感到舒适的环境条件如裹下表所示．

舒适环境条件

许多工业部门如电子、纺织、光学仪器、精密机械制造、计量室，电子计算机房、国防科研对空气参数都有各自的特殊要求。有的要求全年恒温恒湿，有的对空调基数比较严格，有的对空调

精度要求比较高，有的则需要超净空调。

农业方面如大型温室、机械化养殖场也需要一定的温、湿度条件，而种子冷库(为能在10～20年内保存良种品质，以防霉烂的冷藏库)则需要维持低温兼干燥的条件。

一些地下工程(人防指挥部、洞库、坑道及地下铁道等)需要通风或进行降湿为主的空气调节。

随着人们物质文化生活水平的不断提高，不仅对一些现代化的大型公共建筑，如大会堂，影剧院和体育馆，要求设置空调系统，而且一些图书馆、宾馆、医院等也在逐步设置完善空调系统。

应当指出，空调是一门涉及大量能耗的技术。在我国能源不很丰富的现实条件下，工作就显得十分重要。能不设空调的尽量不要安装空调设备，夏季空调基数尽量往高限靠，冬季尽量往低限靠。空调精度要求很低的尽量低些，还要注意空调系统中能量的综合利用问题．、

空气的组成及其主要状态参数

空调技术主要是同空气打交道，因此首先要了解空气的物理性质及其状态参数之间的关系

1.空气的组成

自然界中的空气(大气)是由干空气、水蒸气组成的混合物。干空气的成分和比例主要由表所示的几种气体混合组成。干空气的平均分子量为28．97。

干空气的组成

实际上单纯的干空气在自然界是不存在的。因为地球表面大部分是海洋、湖泊和江河，每时每刻有大量的水分蒸发为水蒸气到大气中去，使大气成为干空气和水蒸气的混合气体，称为湿空气，习惯上称为空气。

在高度90km以下，干空气的组成成分及比例基本稳定不变，而且它对整个湿空气的热工性能无特殊意义，所以在空调中往往把干空气当作一个不变的整体看待。湿空气中的水蒸气，其含量虽然不大，但当它的含量变化时，却对湿空气的物理特性影响很大，其含量的多少决定了空气的干燥和潮湿程度，对生产和生活都有很大的影响。因此，在空气调节方面，首先应当掌握湿空气的物理性质。

湿空气的物理性质是用一些称为状态参数的物理量来衡量

的。其主要状态参数有温度，压力、湿度，焓等．

2．空气温度

空气温度表示空气的冷热程度。我国工程上一般用摄氏温标t(℃)，有时也用绝对温标T(K)．美、英等国过去习惯用华氏温标：℉(t)来表示温度的高低。

3.空气压力

1·大气压力

地球表面的空气层在单位面积上所形成的压力称为大气压力，常用符号B表示，单位为帕(Pa)或千帕(kPa)。

除此之外，大气压力还有其他几种使用单位，如气象上习惯以巴(bar)或毫巴(mbar)表示，物理上以毫米汞柱(mmHg)表示。上述各单位间的换算关系如表。。

大气压力不是一个定值，它随着地区海拔高度的不同而存在差异，同时还随季节，天气的晴雨变化而稍有高低。如上海市海拔为4．5m，夏季的大气压力为1005mbar，冬季为1025mbar，而西藏拉萨地区，海拔为3658m，夏季大气压力为622．4mbar，冬季为650．7mbar，气压比沿海城市低得多。大气压力与海拔高度之间的近似关系式是。

H＝(18.4+0.067t)lg

式中，H为观察点的海拔高度，km，t为观察点的室外平均气温，℃；B为观察点处的大气压力，mbar．

通常，以纬度45。处海平面上平均大气压力定义为物理大

气压(又称为标准大气压)，其值为1013．25mbar(760mmHg)．在海拨2000米以内,可近似认为每升高12米大气压降低133帕,即约1毫米汞柱

在空调系统中，空气的压力是用仪表测得的，但仪表指示的压力不是空气的绝对压力值，而是“表压力”，又称为工作压力，它等于空气的绝对压力与当地大气压力之差值。

应当指出，只有空气的绝对压力才是其基本状态参数．而且一般规定，凡是未指明是工作压力，均应理解为绝对压力。

． 2．水蒸气分压力

由热力学可知，常温常压条件下组成干空气的各种气体都可看作是理想气体，水蒸气严格来讲不能当作理想气体，但由于空气中水蒸气含量很少，多数处于过热状态，将其近似看作理想气体对整个湿空气来说所造成的误差很小，在工程上可以忽略不计，所以空调工程中可把湿空气近似看作理想的混合气体。其压力、比容和温度之间的关系符合理想气体状态方程，即

pv=RT

式中：p为气体的压力，Pa；v为气体的比容，

V=，m3／kg；

T为气体的绝对温度，K；R为气体常数，取决于气体性质，干空气Rg=287J／(kg·K)；水蒸气R s=461J／(kg·K)．

道尔顿定律指出，理想混合气体的总压力等于组成该混合气

体的各种气体的分压力之和，每种气体都是在它各自分压力作用之下；参与组成的各种气体都具有与混合气体相同的体积，相同的温度。

所谓分压力是指混合气体中的某一种气体，在它与混合气体相同的温度下，单独占据该混合气体的总容积时，所具有的压力。

空气既是由干空气和水蒸气组成。

空气湿度

空气湿度是指空气中所含水蒸气量的多少。它可以有下列几种表示方法：

1．绝对湿度

每m3空气中含有的水蒸气量(kg)称为空气的绝对湿度，。单位为(kg／m3)

2．含湿量

每kg干空气所伴有的水蒸气质量(g)称为空气的含湿量．用符号d表示，其单位为(g／kg干空气)。

．在空调系统中，含湿量同温度一样是一个重要的状态参数．对空气进行减湿或加湿处理时

干空气的质量是保持不变的，仅是水蒸气含量发生变化，所以空调工程计算中，常用含湿量的变化来表达加湿和去湿程度．3·相对湿度

我们在日常生活中可以观察到：

(1)在地面上洒上一层水，不久以后·水迹会消失。水分吸热

变成水蒸气而散到空气中去了

(2)是衣服挂在空气干燥的房间里，衣服会较快地被晾干．而

挂放在较潮湿的房间里，衣服就不易晾干。

(3)湿衣服挂在通风的房间里要比挂在不通风的房间里干得快。

(4)．煮开水时，会冒出大量的白色“热气”．人们往往以为是水蒸气．实际上水蒸气是无色的，看不见的，我们看到的却是悬在空气中在光线反射下显白色的大量小雾滴(浴室内也有此类现象)。

由(1)例说明，空气能够吸收和容纳水蒸气。

’由(2)例说明，空气在容纳和吸收水蒸气的速度受到空气自身水蒸气含量多少的限制，同样温度下，空气中水蒸气含量多的，吸收得慢。而水蒸气含量少的吸收得快·

由(3)例说明，同样状态的空气，空气量大，吸收水蒸气量也多。

由(4)例说明，空气能够吸收和容纳水蒸气的能力不是无限的，而是有限的。可见，空气在吸收和容纳水蒸气方面具有下列特性：在一定压力和温度条件下，一定数量的空气只能容纳一定限度的水蒸气量。在某一温度下，空气吸收水蒸气量若达到该温度下容许的最大限值，空气就不能再吸收水蒸气了，空气中水蒸气含量已呈饱和状态，称为饱和空气。饱和空气的状态参数P s、

d、Z分别称为饱和水蒸气分压力P sd，饱和含湿量d b，饱和绝对湿度Z b·

凡是在空气中水蒸气含量未达到该温度下的最大限值，这种空气称为未饱和空气。

空气中能容纳水蒸气量的限值与温度有关，空气温度愈高，其限值愈大；空气温度愈低，其限值愈小。这是由于空气中水蒸气在其自身分压力作用下保持其固有的饱和特性之缘故。其数值如空气密度表。由此规律可以推论：某一温度下的饱和空气，若在水蒸气分压力不变的条件下，将其温度提高，它就变成未饱和空气。相反，某一温度的未饱和空气，如在水蒸气分压力不变的条件下，将其温度下降到某一温度时，它就可变成饱和空气，这时的温度实际上就是对应于水蒸气分压力的饱和温度，通常称为空气的露点温度t L。如果空气温度降到露点温度以下，空气中水蒸气含量超出了该温度下所允许的最大限值。此时，空气中

的一部分水蒸气就会凝结成露珠而被分离出来。

相对湿度φ就是空气中的绝对湿度Z与同温度下饱和绝对湿度Z b之比值，常用百分数表示，

相对湿度φ表示空气接近饱和空气的程度。φ=0，则属于干空气；φ=100％·则称为饱和空气．可见，φ值能够比较确切地表示空气干燥和潮湿的程度。

空气的比容与密度

单位质量的空气所占有的容积称为空气的比容v．单位一般

为 m3／kg，比容倒数即为密度ρ单位为kg/ m3。所以，v及ρ只能看作一个状态参数。

空气焓值(i)

空气的焓值是指空气含有的总热量，通常以干空气的单位质量为基准．因此，空气焓值等于lkg干空气的焓值与(d／1000)kg 水蒸气焓值之和．

空气的焓湿图(h一d图)

上节介绍空气基本状泰参数的食义及它们之间的关系。其中温度、t，相对湿度φ，含湿量和焓i是主要参数。它们直接反映了空气的热力状态。在一定的大气压力下，已知其中任意两个参数，即可计算出其余参数。但是这些计算是相当繁杂的。

在空调工程中，为了简化计算，利用焓湿图(i－d图)应用此图能比较全面而简明地反映出空气的状态参数及其变化过程。 i-d图主要由i、d、t、φ四组定值线组成。我国现在使用的是以焓和含湿量为坐标轴的焓湿图。纵坐标为焓i，横坐标为含湿量d，为使图面开阔、线条清晰，两坐标轴之间夹角

为135°从图中可以看出，一系列等焓线与d轴平行，一系列

等含湿量线与i轴平行。实用中，为避免图面过长，常用一水平线代替实际的d轴，且标在图面顶部。

h--d图（焓湿图）的应用

h--d图是进行空调工程设计计算和分析空调设备运行工况的重要工具．

确定空气状态参数

在h--d图中，每一个点都代表空气的一个状态，只要知道t、d、φ、h中的任意两个数，就可以在h--d图上确定其他参数。

【例】已知大气压力为101 3．25mbar，室内空气的温度为25℃求：该空气的d与i。

反映空气状态变化过程

空气被加热、冷却、加湿或减湿时，空气从原来状态变成另

一种状态。在h--d图上可以用一点表示空气的某一状态，还可以用无数状态点联成的一条直线来表示空气从一种状态变化到另一种状态的变化过程。

例如，空气原来状态为A，见图质量为G(kg)，当加入热量Q(kJ)、加入水蒸

气量W(kg)后，空气状态变成B．联结A，B，直线AB即表示空气从A到B的变化过程．在这状态变化过程中，空气焓值的变化量

空气状态变化前后焓差△h和含湿量△d的比值称为空气状态变化过程的热湿比，常用符号ε表示

。实际上．ε就是直线AB的斜率，它反映了空气状态变化过程线的方向，故又称“角系数”，斜率与起始位置无关，因此，起始状态不同的空气只要斜率相同，其变化过程必定互相平行。根据这一特性，就可以在h—d图上以任意点为中心作出一系列不同值的ε标尺线。实际应用时，只需把等值的ε标尺线平移到空气状态点，就可绘出该空气状态的变化过程。

ε标尺线常绘在h--d图右下侧。

热湿比ε有几个特殊值：．·

当焓值增加，含湿量不变(△d=O)时，ε=+∞。，该过程线垂直向上；

当焓值减少，含湿量不变(△d=0)时，ε=-∞。，该过程线垂直向下；

当焓值不变(△h=O)，仅含湿量发生变化(△d≠O)时，ε=O。该过程线即为等焓线。

18．4．5求空气的湿球温度

常用的温度计只能测出空气的温度，而空气状态的确定需要有两个参数。为解决空气参数的测量，通常使用干、湿球温度计测出空气的干湿球温度，进而算出、其相对湿度和其他参数．干、湿球温度计是用两支完全相同的温度计组成，其中一支

的敏感件(温包)包以清洁的脱脂纱布，

纱布的一端浸入盛水的容器中，纱布的毛细现象能将水吸上来而呈湿润状态。另一支未包纱布的为干球温度计，其读数为干球温

度，简称为温度。见图

从水的蒸发机理可知，湿球温度计温包上湿纱布表面必然存在一层饱和空气层，其温度llp纱布含水的温度如。如果水温z，大于空气温度，且空气的9<100％时．纱布中水分就会向空气中蒸发，蒸发时吸取水本身热量(作为蒸发时汽化潜热)，致使水温下降．

当纱布水温度降到比空气温度低时，空气开始传潜热一部分来自空气，另一部分则仍取自水本身，因况下，由手水温越-束越低，空气传给水的热量随纱布降湿球袭面饱张空气的水蒸气分压力也逐渐减少，则也越来越小．：靛刭空气传给水的显热量正好等予纱热给水，此时水分子蒸发所需要的汽化而使水温继续下降。在空气温度不变情水温下降而增大。与此同时，因水温下蒸发量减小，其蒸发所需的汽化潜热量水分蒸发所需汽化潜热量时，纱布水温不再下降，稳定于一小谚数上，此读数称为空气的湿球温度tw。。

1．{1此可见，所滑滠球温度就是空气与湿球表面热湿交换的结果，即空气放出的显热量与纱布水蒸发所吸收汽化潜热量相等时湿球温度计上的读数。

周围空气越干燥(妒越小)．则纱布水蒸发量就越大．所需汽化潜热量也越大，乎球擎尝就越低；如果周围空气的相对湿度驴=lOo％湿球纱布上的水不蒸发，因此·干湿球两支温虔计读数相同。

应当指出，风速大小对所测湿球温度的精确性有很大影响。当流过泣球的风速较小日寺，空气与湿球表面热湿交换就不完善，湿球读数偏高。实践证明，当流经湿球表面风速为2．5

、4理／s以上时，所测得的湿球温度几乎不变，即为空调中定义的真实湿球温度t。。．

．空气在和湿纱布的热湿交换中，严格来说空气仍然获得丁热量，这是因为水蒸发带入空

莹竺登差警大于空气传入湿纱布的热，这个差值等于a，·t。。·形。湿球表面的一层饱和空气

层可以看作是G(kg)空气进行上述热湿交换的结果，其状态变化过程的热湿比‘

e=—三芝曼}生=—l—O—0ioc负w灭-汀t”矿b矿．W／G：4．1 9z，。(kJ／kg)，

式中：cw为水的定压比热4．19(kJ／kg．℃)：

状态变化的空气量，kg／h。

Ⅳ为散发到空气中去的水蒸气量，kg／h；备为

18．4．4求空气的露点温度

在一定的大气压力下，保持含湿

它的温度下降到该空气成为饱和状态

结．以露珠(雾滴)的形式从空气中分

图18—5用i—d图求露点温度

量不变(即水蒸气分压力不变)，将未饱和空气冷却，当

时，若温度再继续下降，则空气中一部分水蒸气就要凝

离出来，这种现象称为“结露”。使空气开始“结露”的

临界温度称为露点温度，常用缸表示。

露点温度可以很方便地用扣吨图求出。如图

18—5所示。假设空气的状态为4，通过4点向下作

等d线，它与9=too+饱和曲线之交点厶，即为状

态A空气的露点，其相应的温度t工l l+tlj为状态A空气

的露点温度。显然，不同状态的空气，只要他们含湿

量相同(即水蒸气分压力相同)，其露点温度就相

同，如图中A和召两种状态的露点温度都为z工，。反

之，含湿量不同，其露点温度也不同，含湿量大，露

点温度也高。如图中a点的露点温度t．L。>t五。。

应当注意，空气的露点温度与空调器的“机器露

点”是有区别的。后者将在第19章叙述．

。18·4·5确定两种不同状态空气的混合状态

在空调工程中，有时为了节能，通常利用空调房间的一部分

空气作园风，与室外新风或

处理后的空气混合。两种不同状态空气混合以后的状态参数可以用计算方法确定，也可以很

方便地运用卜咆图来确定。．

如果一种空气的质量为m-，状态参数为岳z，dz，另一种空气质量为仇。，状态参数为

·418·

￡。，岔。．贝lj根据质量和能量守恒原理：混合后空气的总质量m应等于混合前两种空气的质量

之和；混合后空气的总热量应等于混合前两种空气的热量之和；混合后空气的总湿量应等于

混合前两种空气的总湿量之和。设混合后空气的状态为《。，‰，则

、 m5m1+m2。

m·如=(m1+m2)赫=m1·d1+m2·岳2，

。m·dm=(仇l+m2)·dm='『)T bl·d1+m2·d2。

将上述各式整理后可得下面关系式，并见图

18-6．

乱一锄 d1一如m2 1M ’ ‘

赢2蕊2百2一M2。

‰一02 dm—d2 m1 。

岳l—一面2 岳1一瘟m 雹m一癌2

—gl-—d22—ah-—d一。2而·

由上式说明：

(1)混合状态点埘与点1的连线1厨和凹点与点

2的连线凹2具有相同的热湿比值，而且都等于点

1、2连线所具有的热湿比值。因此，混合点皿必定在。

点1和点2的连线上。

(2)混合点凹将12线段分为两段，两段的长度

IM与M2仅仅同参与混合的两种空气的质量ml、

'／n2成反比。

图18-6

上述结论使我们在俨吃图上很容易按反比例的关系找到混合状态点肜．

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