暖通空调-空气热湿处理过程与设备课件

土木与水利工程学院——祝健供暖通风与空气调节重点：空气热湿处理依据、途径与方案分析；表面式空气冷却器和加热器的构造类型、工作特性与选择计算；散热器供暖方式及其选择计算。第3章空气热湿处理过程与设备（重点章）3.1空气热湿处理的依据与途径3.2用喷水室处理空气3.3用表面式换热器处理空气3.4其他加湿处理过程与设备3.5其他减湿处理过程与设备3.6其他加热处理过程与设备3.1.1送风状态与送风量1.夏季送风状态与送风量（1）房间通风量与换气次数目的在于解决：送什么状态（O）的空气入室？送多少数量（G）的空气入室？应区别不同环控方式——采暖、通风还是空气调节？涉及房间能量、质量——热、湿、有害物质、通风量的平衡问题。空调房间热、湿、风量平衡分析：3.1空气热湿处理的依据与途径讨论：Δio（＝iN－io）、Δdo（＝dN－do）→G愈大，设备容量↑，初投资↑，运行费↑。送风温差Δt：取决于AC精度、冷源类型、气流组织形式等。换气次数n：n＝L/υ（次/h）。（衡量、制约送风量大小的指标）。(2)新风量的确定

对于混合式通风、空调系统而言，新风量Gw仅占总送风量G中的一部分。合理地确定新风量应符合以下3原则：a.满足人的卫生要求；b.足以补充室内局部排风量并维持其正压要求；c.系统新风量在总风量所占百分比应根据各房间所需最大值来确定，且≮10%。按以上原则确定的各个新风量中选取最大值作为所需的设计新风量Gw。新风（百分）比m：m＝Gw/G×100%第六章全空气系统与空气一水系统

满足卫生要求：（1）CO2有害：人不断呼出CO2、吸入O2

，O2

CO2（2）稀释空气CO2浓度：MO=Z/Yn-Ys

式中：Z—有害气体质量mg/h

Yn—允许浓度mg/m3

；

Ys—送风浓度mg/m3（3）计算：Mo=n×gw

式中：n-人数

gw=m3/h.人（查规范）空调系统的新风量第六章全空气系统与空气一水系统补充排风量或燃烧所需的空气量：（1）燃烧量的计算液体燃烧：VL＝0.228×10-3

ql气体燃烧：Vg＝0.252×10-3

qgql_——液体燃烧的热值，Kj/kgqg_——气体燃烧的热值，Kj/m3补充燃烧所需要的空气量：Mo=V×Vg或m×VL（2）补充燃烧所需要的空气量：空调系统的新风量第六章全空气系统与空气一水系统保持正压所需新风量：目的：防上外界空气侵入，干扰房间的温湿度与洁净度。正压风量计算：在一定压差下，通过门窗缝隙渗出的风量。（1）Vi=µAc（∆p）nm3/sAC—门窗面积缝隙面积㎡；µ-流量系数0.39~0.46；∆p：5-10pa；n-流动指数0.5~1取0.65（2）估算：1）舒适性：Vi=N.V,V-房间体积

N：有外窗：N~1~2次/h，无外窗0.5~0.75次/h空调系统的新风量第六章全空气系统与空气一水系统

2)洁净空调：室内与室外5~10pa不同级别之间压差

N：密封性好1~3次/h，密封性差4~6次/h安全要求：Mo=10%Ms总结：MO1=n×gw

MO2=Mc+Vi+MvL（或Mvg）

MO3=10%Ms，取MO=Max（MO1、MO2、Mo3）空调系统的新风量第六章全空气系统与空气一水系统2.冬季送风状态与送风量冬季送风量G'以夏季为基础进行考虑。通常有以下2种选择：1)冬、夏送风量相同（G‘=G)；2)冬季送风量减少(G‘<G)（提高送风温度ts）

ts≯45℃（当采用热风采暖：30～50℃）一旦冬季送风量G'确定下来，同样可借用式（3.2）和(3.4)确定所需送风状态之参数。第六章全空气系统与空气一水系统全空气系统的送风量计算步骤：1）在h-d

同上找到R点；2）计算出ε=Qc/MW,并过R点上作ε线；3）确定Δts，取出ts=？定S点；4）计算Ms，并校核换气次数N以空气为介质处理室内负荷的送风量和送风参数的确定确定送风量的步骤：1.根据所设计空调房间的温、湿度在焓湿图上找出空调房间内的空气状态点N。2.由计算出的空调房间冷负荷Q、湿负荷W求出热湿比ε。3.在焓湿图上过N点作过程线ε。4.由选定的送风温差△t0算出送风温度ts＝tn－△t0。5.由等温线ts与过程线ε的交点，确定送风的初始状态点s的比焓hs和含湿量ds。6.由公式G＝Q/(hn-hs)=W/(dn-ds)求出送风量。式中hn、dn分别为房间空气状态的焓和含湿量。7.将送风量G折合成空调房间的换气次数n，看是否满足该类型空调房间的换气要求，否则调整送风温差后，再计算。以空气为介质处理室内负荷的送风量和送风参数的确定1、某空调房间，要求全年保持tR=21ºC，dR=9.5g/kg干，冷负荷为3500w，湿负荷为1500g/h，送风温差取8ºC。试求1）送风状态点tR

，dR

iR

2)送风量Ms3)若将送风量减少30%，则新的送风状态点tR

，dR

iR

各为何值？2、某车间为450m3，工作人员为10人，计算送风量5000m3/h，车间内密闭工作台的排风量为400m3/h，车间内要求维持正压的渗透风量相当于二次换气次数，且每人满足卫生要求所需要的新风量为30m3/h，试求该车间空调系统的最小新风量。习题：课堂讨论（1）预习思考题：A.自学“3.1.2空气热湿处理的基本过程”内容，阐明图3.5中热湿处理各基本过程相应所需之处理设备，分析各过程之状态变化特征。B.自学“3.1.3空气热湿处理的途径与方案”内容，对图3.6中W（orW’)→O的某热湿处理方案加以评述，并选择或构思一新方案与之进行技术经济分析、比较。□课外作业：习题1-6课堂讨论（1）实施：喷水室应用历史最长，适于调湿（纺织、卷烟厂等），有利改善IAQ。3.2.1构造与类型3.2用喷水室处理空气熟悉喷水室构造与功能部件：喷咀、挡水板、外壳、底池、4种管道、照明灯、检修门。新型式：立式、高速型(开利圆形、瑞士卢瓦）、带旁通型、带填料层型等。3.2.2喷水室处理空气的过程分析7种典型的状态变化过程喷水处理空气的几种过程：（1）假设过程（假设条件）水量无限而接触时间足够长空气变化过程是一条直线，空气可被处理至饱和状态。（2）理想过程（理想条件）水量有限而接触时间足够长空气变化过程是一条曲线空气变化过程是一条直线，空气可被处理至饱和状态。（3）实际过程（实际条件）空气很难被处理至饱和状态。3.2.3喷水室的设计与选择1.喷水室的热工计算（1）喷水室的热交换效率

a.全热交换效率E由图中几何意义导出E的定义表达式：实验公式：对于一定的空气处理过程和结构特性的喷水室：热工计算类型：依上述3方程中3个了解未知量的安排而定。2.喷水室的阻力计算实践中多已实现工艺化定型生产喷淋段，产品资料应提供热工性能及风阻实验公式与图表。

表面式空气加热器——按冷媒分：热水或蒸汽

表面式空气冷却器——按冷媒分：冷水、制冷剂

应用特点：（1）结构十分紧凑，占地面积减小；（2）通常采用闭式循环水路，有利节能，水质保证也易解决；（3）由工厂定型生产，为设计选用、施工安装带来便利；（4）水系统简单且多为闭路循环，减少管理维修工作量；（5）对空气热湿处理的功能十分受限，净化作用也较差；（6）需要耗用较多的金属材料。3.3用表面式换热器处理空气3.3.1表面式换热器的构造与安装1.表面式换热器的构造应用广泛的是肋片管：基管（带联箱）＋肋片与护板。（F↑，K↑，易清洁）肋片管按加工方法分类：绕片管（及镶片管）；串片管；轧片管；强化传热管。强化传热措施：（1）优化结构参数，增大传热面积，减小接触热阻；（2）以2次翻边片取代1次翻边；（3）采用波纹片、条缝片和波形冲片等新型肋片；（4）采用内螺纹管；（5）应用亲水性表面处理技术（镀亲水膜），等等。2.表面式换热器的连接与安装安装形式与位置：位置：集中式AHU；半集中式末端FCU；散热器、单元式房间空调器内。安装形式：垂直式（肋片亦保持垂直）；水平式（用汽时注意坡度）；倾斜式（利于紧缩设备体积）。组合形式：按空气通路：并联——适于G大，所需F大，（风阻ΔH↓）串联——“加大空气Δt和Q（风阻ΔH↑）混联——兼具以上2种需要。按冷、热媒通路：并联——适于W大或Δt小，（水阻ΔH↓,蒸汽限比）串联——“w提高（稳定水力工况），K值提高（水阻ΔH↑）混联——兼具以上2种需要。※通常作法：风路上并（串）联时，冷热媒通路亦采用并（串）联，且二通路间呈逆交叉流流动（即二介质出口处于异侧）。冷热共用者，热水温宜<65℃（防垢）。尚应装设（冷热媒管路上）必要附属构件：调节阀、压力表、温度计；蒸汽管路设调压阀、疏水器；水系统高位排气、低位泄水、排污阀、接水盘、排水管、水封。3.3.2表面式换热器处理空气的过程其热湿交换系在表面边界（空气）层与主体空气间（t，Pq作用下）进行的。1.等湿加热与等湿冷却（干工况）条件：等湿加热——t边界>t主体等湿冷却——t边界<t主体，但t边界>tl.主体。显热传热过程换热量Q＝KFΔtm

。（当结构、介质温度给定时，K则是决定因素）K值公式:2.减湿冷却（湿工况：t边界<tL

主体）换热扩大系数（析湿系数）：3.3.3表面式换热器的热工计算讨论：为使E'：可使N——但风阻ΔH↑，且后部换热能力↓；(N≤8排）可使υy——但过低将导致设备体积↑，初投资↑，换热能力亦可能↓。（υy＝2～3m/s）(2)表冷器的热工计算类型

2类：设计性；校核性。联立求解上述3～4个方程，即可确定待定表冷器的型号、台数、排数以及tw1、tw2、W、Q、t2、ts2……计算步骤与方法：（思路）（1）设计性计算：

a.设计性（I）（tw1未知）计算：根据空气初终参数计算E'→确定表冷器N、型号和台数→确定其能达到的Eg（多用于理论计算）→确定tw及其他参数。

b)设计性（II）（W未知）计算：先按定义计算Eg→通过调整（W→改变W；υy→改变并联台数；N→改变Ks和F。）从而使所有选定的表冷器所能达到的Eg应能满足处理过程所需的Eg。（2）校核计算：因空气终态未知，ξ值则难于确定，Eg亦难先定。其时，应先计算β、γ值→理论计算Eg值，但此过程增加了Ks和两个未知数，必须补充两个辅助方程：Ks＝f（υy，W，ξ），和ξ＝（i1－i2）/Cρ（t1－t2），从而以“试算法”（比如假定υy，W或（和）t2等）联解5～6个方程。表冷器长期使用后，因（外表面积灰、内表面积垢）→K↓、Q↓。（1）选择计算之初，将求得的Eg乘以安全系数a：冷却用0.94。冷热二用0.90；（2）在表冷器规格选定之后，将计算所定水初温tw1再降低一些（如按水温升的10％～20％考虑）2.表面式空气加热器的计算其热工计算仍分2类：设计性；校核性。计算原则：Q需＝Q供。(1)平均温差法设计性计算步骤：

假定υ、ρ'求加热器有效截面f'→初选型号规格定f和υ、ρ'→按经验公式计算K值→按Q供＝Q需计算所需加热面积F→确定其排数、台数→检查其安全系数。其热工计算仍分2类：设计性；校核性。计算原则：Q需＝Q供。(1)平均温差法3.3.4表面式换热器的阻力计算1.空气加热器的阻力当采用蒸汽作热媒时，不必计算热媒流动阻力。（设备入口处留有≮0.03MPa的剩余压力）2.表冷器的阻力计算方法基本用于空气加热器，但应区分（空气阻力）：干工况ΔHg；湿工况ΔHs——较为大，且与ξ有关。3.3.5喷水式表冷器和直接蒸发式表冷器1.空气加热器的阻力1.喷水室表冷器表冷器＋喷水的优点：兼具表冷器、喷水室二者的优点，可实现空气加湿；利于净化空气；冷却能力有所增加。（水膜增大F，喷水扰动水膜）热工计算：可运用表冷器的双效率法，但需使用Eg、E'的实验公式。（不便进行理论计算）应用限制：增大水系统与能耗，运行管理较麻烦，费用亦加大；空气阻力会加大。※热湿交换过程极复杂，稳定后的喷淋循环水温twx≈tbp如下图2.直接蒸发式表冷器安装位置：（1）小型集中AC系统的AHU内。（2）单元式系统机组的AC－er内。系统构造：同时兼任制冷系统蒸发器和AC系统的表冷器。热工计算的特点：（1）计算原则上基于：AC系统的Q需＝制冷系统产冷量Q供。（2）计算方法上采用Es－E'双效率法，Es=(ts1-ts2)/(ts1-to)(式3.48）。

Es=f(结构特性，υy，制冷剂性质，……）借助厂家试验提供的湿球温度效率Es和通用热交换效率E'，可用类似表冷器方法进行计算。通常系对蒸发器作“校核计算”，从中定出合理的to、tk、冷却水量和水温等。

3.4其他加湿处理过程与设备3.4.1空气加湿方法与类型集中加湿（设备位于AHU或送风道内）局部补充加湿（设备位于末端机组或室内）按方式

水加湿——喷水室、超声波式、离心式、加压喷雾、湿面、电动喷雾蒸汽加湿——蒸汽喷管、透湿膜、电垫式、电极式、红外线、PTC按工作介质

等温加湿（借外部热源产生蒸汽）等焓加湿（水吸收空气显热而蒸发）按热湿传递过程介质

3.4.2典型的空气加热器1.蒸汽喷管和干蒸汽加湿器结构:通常以长度不大于1m。直径略大于供汽管的钢管，其上开小孔（d＝2～3mm，孔间距不小于50mm）。喷汽量:应用特点:结构简单，易加工；喷汽带水滴，影响加湿效果。2.电极式和电热式加热器电加热器系列利用电能使水汽化并混入空气中。电功率配置：电极式加湿器（图3.22）：

以3根铜棒（或不锈钢棒）作电极，插入盛水容器。电极通了相电源，水成为导电电阻而受其产生蒸汽。加湿量控制——水位控制（如改变溢流管高度）。应用特点——结构紧凑，加湿量w易于控制；耗电多，电极易积水垢。多限于小型AC系统使用。电热式加湿器：系统管状电热元件置于开式水盘中做成。加湿量大小取决于水温Tw、水面积F应用特点——应用中采用浮球阀自动补水，应注意防止“断水空烧”。结构较电极式欠紧凑，也只适合于小型AC系统。3、红外线和PTC蒸汽加湿器红外线（蒸汽）加湿器：主要由红外管、反射器、水箱、水盘及水位自动控制阀等部件组成。使用红外线灯作热源（T=2200度）,箱内水表面在红外辐射热作用下产生过热蒸汽。应用特点——很适合于对T、Q控制要求严格、加湿量不大的中小型AC和洁净AC系统。PTC蒸汽加湿器：系将PTC热电变阻器（氧化陶瓷半导体）发热元件直接放入水中，通电后产生蒸汽。应用特点——运行平稳，安全，蒸发迅速，不接露，寿命长，控制维修简便。适宜用于T、Q控制要求严格的中小型AC系统。4、透湿膜加湿器系日本于20世纪80年代依据膜蒸馏理论开发出来的一种清洁、节能的新产品。加湿元件：内置垫片的透湿膜袋于波纹隔板叠合并卷成螺旋状，再嵌入外框。其加湿能力主要取决于：水温，进风口t、d和风速v。应用特点：结构简单，紧凑。初投资省，能耗低，对加湿量有自行调节特性，能实现纯净蒸汽加湿等。适合中小容量空调机组、新风机组和洁净AC。5、超声波加湿器系利用高频电力从水中向水面发射具有一定强度、波长相当于红外线波长的超声波，水面会激起细小的“雾柱”（几微米微细水粒），水分微粒吸收空气热量而蒸发。应用特点——运行安装可靠，雾化效果好，省电节能，雾化过程伴生负氧离子。初投资较高，雾化过程可能伴生水体微粒污染。应用日渐广泛，产品已商品化进入家用市场。6、离心加湿器（图3.24）水泵管吸水并送至旋转园盘上面形成水膜，由于离心力作用被甩向破碎流而被“雾化”。水雾中水滴吸收空气热量而蒸发。应用特点——节省电能、寿命长、安装维护简单，可与通风机组配合以加大容量。不足之处在于雾粒较大，水的利用率较低，使用软化水经济性差。※同类产品：高压喷雾加湿器、压缩空气喷雾加湿器和电动喷雾机等。7、湿面蒸发式加湿器系利用吸水填料之湿表面或不吸水材料表面水膜在空气中吸热蒸发。应用特点——定型产品价格较贵，，填料易产生微生物污染。同类方法中尚可用水面自由蒸发（敞口水槽、湿帘、洒水等）简便易行，但占地较多，加湿量不易控制。空气加湿的意义：关乎人体舒适、健康和生产工艺过程的正常进行。它是建筑环境控制中相当重要的环节。减湿方法与分类：按除湿原理分为：升温降湿，通风排湿，吸收、吸附除湿，渗透除湿※空气减湿易采用专用气象资料来确定新风计算参数。3.5.1加热通风降湿3.5其他减湿处理过程与设备单纯加热：t↗→Φ↘但d不变,仅适用于工艺无特殊要求、室内余热量不大或人员少的地下生产厂房。单纯通风：当dw<<dN时，通风可使dN↘或保持不变，但却无法调节tN和ΦN。该方法简便，经济，掌握有利外气条件，仍有应用价值。加热＋通风：兼具前两种之有点，可同时调节tN和ΦN。其初投资、运行费均较省，应予充分应用。3.5.2冷冻除湿机减湿1、作用原理与系统流程2、空气状态变化过程主要包括二过程：

蒸发器中1→2、冷凝器中2→3此外，由前述公式可以导出除湿机减湿量。3、应用特点

效果可靠，使用方便，无需热源（节约热能）等。但使用环境受限，维护保养麻烦。3.5.3液体吸湿剂减湿1、常用吸湿剂与吸湿原理盐水溶液:溶剂（水）、溶质。2、盐水溶液的性质LiCl溶液的图（图3.28）①盐水溶液的浓度：由图可知：不同温度下总有如下关系：据此，在I—d图中，对应某φ值总是存在着确定的值。从而可以应用I－d图来进行盐水吸湿热力过程的分析。②盐水溶液的再生：盐水溶液吸湿后使其↘（相应t略为升高）→Pg↘。通常采用加热方法，使盐水溶液脱去部分水分，从而使↗（浓缩）。系统类型：按再生方法：蒸发冷凝再生式和空气再生式蒸发冷凝再生式液体减湿系统（图3.30）3、固体吸湿剂减湿系统①空气处理流程：新风→过滤→喷液室→混合→表冷器→逆风机②吸湿剂吸湿：溶液箱→溶液泵→溶液冷却器→喷液室→溶液箱③盐溶液再生：溶液箱→溶液泵→热交换器→蒸发器→再生溶液泵→热交换器→溶液箱④冷却水系统：冷却水→溶液冷却器→冷凝器→下水道⑤蒸汽系统：蒸汽→蒸发器→凝结水4、液体吸湿过程与计算（1）空气状态变化过程理想条件下，被处理空气状态将朝着溶液表面“饱和空气层”进行，并最终达到一种平均状态3。不同t、参数所确定的“盐水状态”（实现其表面饱和空气层状态）几乎布满i—d图全部湿空气区，故其减湿范围甚宽。但是，工程中通常多采用下述三种过程：A→1升温减湿热湿比Φ＜1A→2等温减湿热湿比Φ=1A→3降温减湿热湿比Φ>1（2）减湿过程的计算喷液室的选择计算与喷水室类似，任包括热工计算和阻力计算潜热比Φ：盐水吸湿中，空气传给溶液的总热量与潜热之比。利用以上两个效率和热、质平衡方程，即可在给定条件下进行喷液室的热工计算，并确定出溶液初、终温度、浓度等必要参数。实践中，对定型喷液室仍应由生产厂家提供形如E＝f（vρ，μr，φ）的试验公式。通常保持vρ≯3㎏/（㎡.s）、μr＝1～3。5、应用特点优点：（1）用单一过程即可实现所需送风状态;(2)减湿幅度大，可达甚低d状态。缺点：系统复杂，设备管路需作防腐处理，维护管理麻烦。3.5.4固体吸湿剂减湿1、固体吸附剂得性质与吸湿原理固定吸湿:吸附（纯物理作用）－利用材料孔隙中凹形液面上Pg较低的特性。（1）硅胶（SiO2.nH2O）：粒径2～5㎜，球状，分粗孔，细孔，原色，变色。仅使用35℃以下。（2）铝胶：吸湿能力次于硅胶，且只用于干燥35℃以下的空气。（3）活性炭和分子筛（含水硅胶盐）：表面孔隙率高达32％～45％，常用于高温、低温特殊环境，其特有的吸附、筛分性能可用以清除空气中某些有害气体。2、固体吸附剂的减湿过程与方法固体吸附剂吸湿过程中，伴随水分凝结将放出吸附热2930kJ/kg,其中含凝结潜热和湿润热。空气本身在失去潜热之后，擦不多又以显热形式传了回来，因而过程近似于i＝const。几种应用方案:（2）铝胶：吸湿能力次于硅胶，且只用于干燥35℃以下的空气。装置类型：①静态吸湿：空气自然流动，适合小容量、小空间减湿。

②动态吸湿：空气强制