幹空氣:乾和氧(O2)。幹空氣中N2的體積分數約為78%;O2的體積分數空氣的成分:主要成分是氮(N2)約為21%;其餘的1%左右時其他氣體。
溼空氣:由幹空氣和一定量的水蒸氣混合而成的大氣。大氣中的水蒸氣含量是不多的,它與幹空氣的質量比在千分之幾到千分之二十幾的範圍內。是空氣環境的主體及空氣調節的物件。
溼空氣基本狀態與引數
溼空氣的物理性質除和它的組成成分有關外,還決定於它所處的狀態。溼空氣的狀態通常可以用壓力p、溫度t、相對溼度φ 、含溼量d及比焓h等引數來度量和描述。這些引數稱為溼空氣的狀態引數。
1、壓力B
溼空氣的壓力即是所謂的大氣壓力,等於幹空氣的分壓力與水蒸氣的分壓力之和,即:B=Pg+Pq,PgV=MgRgT,PqV=MqRqT。
式中:Pg、Pq —分別為溼空氣、幹空氣、水蒸氣壓力,Pa ;
Mg、Mq—分別為幹空氣及水蒸氣的質量,Kg;
Rg、Rq—分別為幹空氣及水蒸氣的氣體常數,Rg=287J/Kg·K;Rq=461J/Kg·K。
水蒸氣分壓力對空氣性質的影響:
水蒸氣分壓力的大小,反映了溼空氣中水蒸氣含量的多少。水蒸氣含量越多,其分壓力也越大;
在一定溫度條件下,一定量的空氣中能夠容納水蒸氣的數量是有限度的。溼空氣的溫度越高,它允許的最大水蒸氣含量也越大。當空氣中水蒸氣的含量超過最大允許值時Pqb(t),多餘的水蒸氣會以水珠形式析出,這就是結露現象,此時水蒸氣達到飽和狀態,所對應的溼空氣稱為飽和溼空氣。
由此可知,未飽和空氣中,水蒸氣含量沒有達到最大允許值,它還具有吸收水蒸氣的能力。我們周圍的大氣通常都是未飽和空氣。
2、溫度t:溼空氣的溫度是表示空氣冷熱程度的標尺。
溼空氣中幹空氣的溫度與水蒸氣的溫度相等;溼空氣溫度的高低對人體的舒適感和某些生產過程的影響較大,因此溫度是衡量空氣環境對人和生產是否合適的一個非常重要的引數。
在空調中,通常採用攝氏溫度t,有時也用絕對溫度T,兩者的關係是T=273.15+t≈273+t。
3、密度ρs:溼空氣的密度等於幹空氣的密度與水蒸氣的密度之和,即:ρs=ρg+ρq。
根據理想氣體狀態方程,則有:ρs=0.00384B/T-0.00134Pq/T。實際計算中,在標況下,可近似取ρ=1.2Kg/m3。
4、含溼量d
基本定義:指1Kg幹空氣所含有的水蒸氣質量,單位為Kg/Kg·幹空氣或g/Kg·幹空氣。即:d=mq/mg
式中: mq、mg —分別為水蒸氣和幹空氣的質量,Kg。
含溼量可以確切地表示空氣中實際含有的水蒸氣量的多少。
空調中常用含溼量的變化來表示空氣被加溼或減溼的程度。
5、相對溼度Φ
基本定義:指空氣中的水蒸氣分壓力與同溫度下飽和水蒸氣分壓力之比。即:Φ=Pq/Pqb。
物理意義:Φ表示空氣接近飽和的程度。Φ值小,說明空氣乾燥,遠離飽和狀態,吸收水蒸氣的能力強;Φ值大,則說明空氣潮溼,接近飽和狀態,吸收水蒸氣的能力弱。Φ=100%為飽和空氣,Φ=0則為幹空氣。
相對溼度可近似用溼空氣的含溼量與同溫度下飽和含溼量之比來表示,即:Φ≈d/db。相對溼度是空調中的一個重要引數,相對溼度的大小對人體的舒適和健康、工業產品的質量都會產生較大的影響。
6、比焓h
基本定義:指1Kg幹空氣的比焓和d/1000Kg水蒸氣的比焓的總和,單位KJ/Kg幹空氣,取0℃時空氣的焓值為零,則 :h=1.005t+(2501+1.86t)d/1000
意義:比焓是空調中的一個重要引數,用來計算在定壓條件下對溼空氣加熱或冷卻時吸收或放出的熱量。
影響因數:溼空氣的比焓不是溫度 t 的單值函式,而取決於溫度和含溼量兩個因素。溫度升高,焓值可以增加,也可以減少,取決於含溼量的變化情況。
要明白的幾個專業術語:
乾球溫度:是溫度計在普通空氣中所測出的溫度,即我們一般天氣預報裡常說的氣溫 。
溼球溫度:指同等焓值空氣狀態下,空氣中水蒸汽達到飽和時的空氣溫度,在空氣焓溼圖上是由空氣狀態點沿等焓線下降至100%相對溼度線上,對應點的乾球溫度 。
露點溫度:在含溼量不變的條件下冷卻空氣,一直冷卻到空氣中的水蒸氣開始凝結成水的那一時刻的溫度。
在冬天的玻璃窗上或夏季的自來水管上常常可以看到有凝結水或露水存在。這一現象可以用露點溫度形成來解釋。
溼空氣焓溼圖
理論上,對於一定的大氣壓,只要知道空氣的任意兩個引數,就能算出所有其他引數。在工程應用中,用公式計算和用查表方法來確定空氣狀態和引數,比較繁瑣,而且對空氣的狀態變化過程的分析也缺乏直觀的感性認識。因此,為了便於工程實際應用,通常把一定大氣壓力下,各種引數之間的相互關係作成線算圖來進行計算。根據所取座標系的不同,線算圖也有好幾種,國內常用的是焓溼圖,簡稱h-d圖。
這裡需要強調的是,每一張h-d圖都是按規定的大氣壓繪製的,因此在計算工作中,應選用與要求大氣壓相符的(或接近的)焓溼圖。
比焓h—縱座標,以含溼量d—橫座標,表示大氣壓力B一定時溼空氣各個引數之間的關係。包含五種線群:
等焓線(為使圖線不過密,兩座標軸間夾角為135℃)
等溫線(乾球溫度線)
等相對溼度線Φ
水蒸氣分壓力線Pq
熱溼比線
作用:
1.確定溼空氣的狀態引數;
2.表示溼空氣的狀態變化過程。
等φ 線是曲線;
等h線是傾斜直線;
等d線是垂直線;
等t線接近水平,看似平行,實際互不平行。
最低的一根等φ 線,其值為φ =100%。這條曲線稱為飽和線。狀態在這條線上的空氣處於飽和狀態。在其他φ線上的空氣都是非飽和的。空氣狀態不可能位於飽和線以下的區域中。
獨立狀態引數:在B一定的條件下,在h , d , t , Φ中,已知任意兩個引數,則溼空氣狀態就確定了,亦即在h-d圖上有一確定的點,其餘引數均可由此點查出,因此,將這些引數稱為獨立引數。
熱溼比ε:又稱為角係數,為溼空氣的焓變化與含溼量變化之比,即:
ε=△h/△d=Q/W
若在h-d圖上有1、2兩狀態點,則由1至2的熱溼比為
ε=(h2-h1)/(d2-d1)
ε的大小及正負表示了溼空氣狀態變化過程的方向和特徵。
熱溼比線的應用:在h-d圖的右下方有以任意點為中心畫出的不同數值的ε線。
實際應用時,利用推平行線的方法,透過已知初狀態點,作一條平行於給定ε值的線,就可畫出該空氣狀態變化的過程線。
若已知終了狀態的任一引數值,就可在h-d 圖上確定其終了狀態點。
1、露點溫度tl:是溼空氣的一個重要狀態引數。
定義:某狀態下的未飽和空氣,在含溼量不變的情況下將其冷卻到飽和狀態( Φ=100% )時所對應的溫度,稱為該狀態空氣的露點溫度。在h-d圖上的確定方法:
結露現象:若將某表面溫度降低到周圍空氣的露點溫度以下,周圍空氣與該表面接觸時,就將從未飽和空氣變為飽和空氣,進而又達到過飽和狀態,於是空氣中的一部分水蒸氣將會在冷表面上凝結成水珠,這就是所謂的結露現象。
結露在空調中的應用:在空調技術中,利用結露這一現象,使被處理的空氣流過低於其露點溫度的表面冷卻器,或用低於其露點溫度的冷水去噴淋被處理空氣,從而可獲得使被處理空氣冷卻減溼的處理效果。
簡之,溼球溫度計的讀數,既是溼紗布上水的讀數,也是緊貼溼紗布的飽和空氣層的讀數。
乾溼球溫度在h-d圖上的表示
當溼球紗布的水溫達到空氣的溼球溫度時,溼球表面的飽和空氣層與周圍空氣之間的總換熱量為零,因此可認為周圍空氣由不飽和狀態變為溼球表面的飽和空氣狀態這一變化過程,可近似認為是等焓過程。
表示溼空氣狀態的變化過程:
空氣乾球溫度、溼球溫度和露點溫度在焓溼圖上的查詢方法
2.熱溼比和熱溼比線
為了說明空氣狀態變化的方向和特徵,常用空氣狀態變化前後的焓差Δh和含溼量差Δd的比值來表示。這個比值稱為熱溼比ε(單位為kJ/kg) ,也稱為角係數,即:
在空調過程中,空氣常常由一個狀態(A)變為另一個狀態(B)。在整個狀態變化過程中,如果空氣的熱溼變化是同時進行的,那麼在焓溼圖上,狀態A和狀態B之間的直線連線就是空氣狀態變化的過程線,稱為熱溼比線。
從熱溼比的定義式可知,ε實際上是直線的斜率。而直線的斜率與直線的起始位置無關,兩條斜率相同的直線必然平行。
根據直線斜率的特性,在焓溼圖上以任意點為中心作出一系列不同值的ε標尺線,實際應用時,只需把等值的ε標尺線平移到空氣狀態點,就可畫出該空氣狀態的變化過程線了。該作法稱為平行線法(參見下圖)。
熱溼比線的另一種作法是輔助點法(下圖)
在焓溼圖上找到空氣的初狀態點A。
任取一個Δd值,則可計算出Δh=εΔd。
在焓溼圖上找到比A點的焓值大Δh的等焓線,和比A點的含溼量值大Δd的等含溼量線,以及這兩條線的交點B。
連線A、B兩點,這條連線就是所要作的熱溼比線。
如果忽略空氣與所含幹空氣兩者質量的微小差異,將分子、分母同乘qmkg的空氣量,將得到:
可見,質量為qmkg的空氣量在被處理過程中所得到(或失去)的熱量Q和溼量W的比值,與相應1kg(幹)空氣的比值是完全一致的。
幹空氣:乾和氧(O2)。幹空氣中N2的體積分數約為78%;O2的體積分數空氣的成分:主要成分是氮(N2)約為21%;其餘的1%左右時其他氣體。
溼空氣:由幹空氣和一定量的水蒸氣混合而成的大氣。大氣中的水蒸氣含量是不多的,它與幹空氣的質量比在千分之幾到千分之二十幾的範圍內。是空氣環境的主體及空氣調節的物件。
溼空氣基本狀態與引數
溼空氣的物理性質除和它的組成成分有關外,還決定於它所處的狀態。溼空氣的狀態通常可以用壓力p、溫度t、相對溼度φ 、含溼量d及比焓h等引數來度量和描述。這些引數稱為溼空氣的狀態引數。
1、壓力B
溼空氣的壓力即是所謂的大氣壓力,等於幹空氣的分壓力與水蒸氣的分壓力之和,即:B=Pg+Pq,PgV=MgRgT,PqV=MqRqT。
式中:Pg、Pq —分別為溼空氣、幹空氣、水蒸氣壓力,Pa ;
Mg、Mq—分別為幹空氣及水蒸氣的質量,Kg;
Rg、Rq—分別為幹空氣及水蒸氣的氣體常數,Rg=287J/Kg·K;Rq=461J/Kg·K。
水蒸氣分壓力對空氣性質的影響:
水蒸氣分壓力的大小,反映了溼空氣中水蒸氣含量的多少。水蒸氣含量越多,其分壓力也越大;
在一定溫度條件下,一定量的空氣中能夠容納水蒸氣的數量是有限度的。溼空氣的溫度越高,它允許的最大水蒸氣含量也越大。當空氣中水蒸氣的含量超過最大允許值時Pqb(t),多餘的水蒸氣會以水珠形式析出,這就是結露現象,此時水蒸氣達到飽和狀態,所對應的溼空氣稱為飽和溼空氣。
由此可知,未飽和空氣中,水蒸氣含量沒有達到最大允許值,它還具有吸收水蒸氣的能力。我們周圍的大氣通常都是未飽和空氣。
2、溫度t:溼空氣的溫度是表示空氣冷熱程度的標尺。
溼空氣中幹空氣的溫度與水蒸氣的溫度相等;溼空氣溫度的高低對人體的舒適感和某些生產過程的影響較大,因此溫度是衡量空氣環境對人和生產是否合適的一個非常重要的引數。
在空調中,通常採用攝氏溫度t,有時也用絕對溫度T,兩者的關係是T=273.15+t≈273+t。
3、密度ρs:溼空氣的密度等於幹空氣的密度與水蒸氣的密度之和,即:ρs=ρg+ρq。
根據理想氣體狀態方程,則有:ρs=0.00384B/T-0.00134Pq/T。實際計算中,在標況下,可近似取ρ=1.2Kg/m3。
4、含溼量d
基本定義:指1Kg幹空氣所含有的水蒸氣質量,單位為Kg/Kg·幹空氣或g/Kg·幹空氣。即:d=mq/mg
式中: mq、mg —分別為水蒸氣和幹空氣的質量,Kg。
含溼量可以確切地表示空氣中實際含有的水蒸氣量的多少。
空調中常用含溼量的變化來表示空氣被加溼或減溼的程度。
5、相對溼度Φ
基本定義:指空氣中的水蒸氣分壓力與同溫度下飽和水蒸氣分壓力之比。即:Φ=Pq/Pqb。
物理意義:Φ表示空氣接近飽和的程度。Φ值小,說明空氣乾燥,遠離飽和狀態,吸收水蒸氣的能力強;Φ值大,則說明空氣潮溼,接近飽和狀態,吸收水蒸氣的能力弱。Φ=100%為飽和空氣,Φ=0則為幹空氣。
相對溼度可近似用溼空氣的含溼量與同溫度下飽和含溼量之比來表示,即:Φ≈d/db。相對溼度是空調中的一個重要引數,相對溼度的大小對人體的舒適和健康、工業產品的質量都會產生較大的影響。
6、比焓h
基本定義:指1Kg幹空氣的比焓和d/1000Kg水蒸氣的比焓的總和,單位KJ/Kg幹空氣,取0℃時空氣的焓值為零,則 :h=1.005t+(2501+1.86t)d/1000
意義:比焓是空調中的一個重要引數,用來計算在定壓條件下對溼空氣加熱或冷卻時吸收或放出的熱量。
影響因數:溼空氣的比焓不是溫度 t 的單值函式,而取決於溫度和含溼量兩個因素。溫度升高,焓值可以增加,也可以減少,取決於含溼量的變化情況。
要明白的幾個專業術語:
乾球溫度:是溫度計在普通空氣中所測出的溫度,即我們一般天氣預報裡常說的氣溫 。
溼球溫度:指同等焓值空氣狀態下,空氣中水蒸汽達到飽和時的空氣溫度,在空氣焓溼圖上是由空氣狀態點沿等焓線下降至100%相對溼度線上,對應點的乾球溫度 。
露點溫度:在含溼量不變的條件下冷卻空氣,一直冷卻到空氣中的水蒸氣開始凝結成水的那一時刻的溫度。
在冬天的玻璃窗上或夏季的自來水管上常常可以看到有凝結水或露水存在。這一現象可以用露點溫度形成來解釋。
溼空氣焓溼圖
理論上,對於一定的大氣壓,只要知道空氣的任意兩個引數,就能算出所有其他引數。在工程應用中,用公式計算和用查表方法來確定空氣狀態和引數,比較繁瑣,而且對空氣的狀態變化過程的分析也缺乏直觀的感性認識。因此,為了便於工程實際應用,通常把一定大氣壓力下,各種引數之間的相互關係作成線算圖來進行計算。根據所取座標系的不同,線算圖也有好幾種,國內常用的是焓溼圖,簡稱h-d圖。
這裡需要強調的是,每一張h-d圖都是按規定的大氣壓繪製的,因此在計算工作中,應選用與要求大氣壓相符的(或接近的)焓溼圖。
比焓h—縱座標,以含溼量d—橫座標,表示大氣壓力B一定時溼空氣各個引數之間的關係。包含五種線群:
等焓線(為使圖線不過密,兩座標軸間夾角為135℃)
等溫線(乾球溫度線)
等相對溼度線Φ
水蒸氣分壓力線Pq
熱溼比線
作用:
1.確定溼空氣的狀態引數;
2.表示溼空氣的狀態變化過程。
等φ 線是曲線;
等h線是傾斜直線;
等d線是垂直線;
等t線接近水平,看似平行,實際互不平行。
最低的一根等φ 線,其值為φ =100%。這條曲線稱為飽和線。狀態在這條線上的空氣處於飽和狀態。在其他φ線上的空氣都是非飽和的。空氣狀態不可能位於飽和線以下的區域中。
獨立狀態引數:在B一定的條件下,在h , d , t , Φ中,已知任意兩個引數,則溼空氣狀態就確定了,亦即在h-d圖上有一確定的點,其餘引數均可由此點查出,因此,將這些引數稱為獨立引數。
熱溼比ε:又稱為角係數,為溼空氣的焓變化與含溼量變化之比,即:
ε=△h/△d=Q/W
若在h-d圖上有1、2兩狀態點,則由1至2的熱溼比為
ε=(h2-h1)/(d2-d1)
ε的大小及正負表示了溼空氣狀態變化過程的方向和特徵。
熱溼比線的應用:在h-d圖的右下方有以任意點為中心畫出的不同數值的ε線。
實際應用時,利用推平行線的方法,透過已知初狀態點,作一條平行於給定ε值的線,就可畫出該空氣狀態變化的過程線。
若已知終了狀態的任一引數值,就可在h-d 圖上確定其終了狀態點。
1、露點溫度tl:是溼空氣的一個重要狀態引數。
定義:某狀態下的未飽和空氣,在含溼量不變的情況下將其冷卻到飽和狀態( Φ=100% )時所對應的溫度,稱為該狀態空氣的露點溫度。在h-d圖上的確定方法:
結露現象:若將某表面溫度降低到周圍空氣的露點溫度以下,周圍空氣與該表面接觸時,就將從未飽和空氣變為飽和空氣,進而又達到過飽和狀態,於是空氣中的一部分水蒸氣將會在冷表面上凝結成水珠,這就是所謂的結露現象。
結露在空調中的應用:在空調技術中,利用結露這一現象,使被處理的空氣流過低於其露點溫度的表面冷卻器,或用低於其露點溫度的冷水去噴淋被處理空氣,從而可獲得使被處理空氣冷卻減溼的處理效果。
簡之,溼球溫度計的讀數,既是溼紗布上水的讀數,也是緊貼溼紗布的飽和空氣層的讀數。
乾溼球溫度在h-d圖上的表示
當溼球紗布的水溫達到空氣的溼球溫度時,溼球表面的飽和空氣層與周圍空氣之間的總換熱量為零,因此可認為周圍空氣由不飽和狀態變為溼球表面的飽和空氣狀態這一變化過程,可近似認為是等焓過程。
表示溼空氣狀態的變化過程:
空氣乾球溫度、溼球溫度和露點溫度在焓溼圖上的查詢方法
2.熱溼比和熱溼比線
為了說明空氣狀態變化的方向和特徵,常用空氣狀態變化前後的焓差Δh和含溼量差Δd的比值來表示。這個比值稱為熱溼比ε(單位為kJ/kg) ,也稱為角係數,即:
在空調過程中,空氣常常由一個狀態(A)變為另一個狀態(B)。在整個狀態變化過程中,如果空氣的熱溼變化是同時進行的,那麼在焓溼圖上,狀態A和狀態B之間的直線連線就是空氣狀態變化的過程線,稱為熱溼比線。
從熱溼比的定義式可知,ε實際上是直線的斜率。而直線的斜率與直線的起始位置無關,兩條斜率相同的直線必然平行。
根據直線斜率的特性,在焓溼圖上以任意點為中心作出一系列不同值的ε標尺線,實際應用時,只需把等值的ε標尺線平移到空氣狀態點,就可畫出該空氣狀態的變化過程線了。該作法稱為平行線法(參見下圖)。
熱溼比線的另一種作法是輔助點法(下圖)
在焓溼圖上找到空氣的初狀態點A。
任取一個Δd值,則可計算出Δh=εΔd。
在焓溼圖上找到比A點的焓值大Δh的等焓線,和比A點的含溼量值大Δd的等含溼量線,以及這兩條線的交點B。
連線A、B兩點,這條連線就是所要作的熱溼比線。
如果忽略空氣與所含幹空氣兩者質量的微小差異,將分子、分母同乘qmkg的空氣量,將得到:
可見,質量為qmkg的空氣量在被處理過程中所得到(或失去)的熱量Q和溼量W的比值,與相應1kg(幹)空氣的比值是完全一致的。