空气与其焓湿图

第2章空气与其焓湿图

主要内容2.1空气的组成与状态2.2空气的状态参数2.3空气状态参数间的关系2.4空气的焓湿图及其应用

2.4.1焓湿图的组成

2.4.2焓湿图的应用2.4

空气的焓湿图及其应用在实际工作中，很少直接使用公式来计算空气状态参数，公式所代表的空气各个参数的内在关系，通常是以二维线算图(简称线算图)的形式来表示，将计算工作转化为查图工作，以方便工程应用。线算图有多种形式，我国普遍采用的是以焓为纵坐标、含湿量为横坐标的焓湿图，也叫h-d图。焓湿图最基本的应用是查找参数。此外，焓湿图还可以用于判断空气的状态、表示空气的状态变化和处理过程等。2.4.1

焓湿图的组成焓湿图看上去比较复杂，实际上只有5种线条

45°的等焓线垂直的等含湿量线近似水平的等温线弧型的等相对湿度线与等焓线几乎是平行

的等湿球温度线(图

2－2中未显示)图2－2焓湿图简要说明图

1.焓湿图的绘制作出纵坐标轴和45°的斜横坐标轴，两轴间的夹角为135°(为了使图面开阔、线条清晰)。按一定间隔画出相应的垂直等含湿量线和45°倾斜的等焓线。根据式(2-3)画出等温线。在大气压力不变的前提下，根据附录A和式(2-4)画出等相对湿度线。在大气压力不变的前提下，由式(2-1)可知含湿量和水蒸气分压力一一对应，即含湿量和水蒸气分压力在焓湿图中是共用一组等值线，只是代表的数值各不相同。根据式(2-5)推导出等湿球温度线。等d线等h线dh135°0等t线等温线的绘制根据公式h=1.01t+(2.5+0.00184t)d例如绘制t=10℃的等温线公式则变成h=10.1+2.5184d即10℃等温线是一条以10.1为截距，2.5184为斜率的直线。由于0.00184项很小，所以基本上可以把等温线看作是截距不同，斜率相等的平行线。0hd等

线

等相对湿度线的绘制要借助等t线和等d线来确定。

例如绘制80%的等相对湿度线，首先选择一个温度，例如10℃，查附录得到该温度下的饱和水蒸气分压力pqb，根据公式计算d

这样，由选择的t和计算得的d就确定了一点，再计算下一个温度确定另一点，最后把所有点连接起来就绘制出80%的等相对湿度线了。100%等相对湿度线(饱和线)0hdφ完整的焓湿图等d线等φ线等t线等h线0hd关于焓湿图，需要特别注意以下几点1)饱和空气线即相对湿度为100%的等相对湿度线，见图1-2中最右下方的弧线。这条弧线通常称为“饱和线”，其上每一点都是空气的饱和状态。饱和空气的一个特点就是干球温度、湿球温度、露点温度完全相等。2)大部分焓湿图中没有画出等湿球温度线。因为等湿球温度线与等焓线基本平行，故工程上近似地用等焓线代替等湿球温度线，即过某一点的等湿球温度线就是过该点的等焓线。3)焓湿图中也没有等露点温度线。等含湿量线就是等露点温度线。因为露点温度的定义已说明含湿量相同的状态点，露点温度均相同。空气干球温度、湿球温度和露点温度在焓湿图上的查找方法干球温度tg湿球温度ts露点温度tLtg≥ts≥tL等焓线等含湿量线4)由于绘制焓湿图所依据的部分公式如式(2-4)和式(2-5)中，含有大气压力pB的常数因子，故而每张焓湿图都是在某一大气压力值条件下绘制的。在使用焓湿图时，须先看一下该图的大气压力值是多少，与设计采用的大气压力值差多少。如果差别不大，工程计算时可近似使用；如果差别较大，则需直接套用公式计算或借助相关软件计算。在实际工作中，认为一般情况下，直接使用标准大气压力的焓湿图精度是足够的。5)我国以及前苏联和东欧国家所采用的线算图，是以含湿量为横坐标，焓为45°斜坐标的焓湿图，而美、英、日等国家采用的则是温湿图。温湿图的基础坐标系是以温度为横坐标，含湿量为纵坐标的直角坐标系。虽然焓湿图和温湿图的形式不同，但实质内容是一样的。温度t含湿量d相对湿度φ焓h温湿图示意图

2.热湿比和热湿比线为了说明空气状态变化的方向和特征，常用空气状态变化前后的焓差Δh和含湿量差Δd的比值来表示。这个比值称为热湿比ε(单位为kJ/kg)

，也称为角系数，即

(2-6)在空调过程中，空气常常由一个状态(A)变为另一个状态(B)。在整个状态变化过程中，如果空气的热湿变化是同时进行的，那么在焓湿图上，状态A和状态B之间的直线连线就是空气状态变化的过程线，称为热湿比线。从热湿比的定义式可知，ε实际上是直线的斜率。而直线的斜率与直线的起始位置无关，两条斜率相同的直线必然平行。根据直线斜率的特性，在焓湿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，就可画出该空气状态的变化过程线了。该作法称为平行线法(参见图2-3)。图2-3平行线法绘制热湿比线

热湿比线的另一种作法是辅助点法(图2-4)在焓湿图上找到空气的初状态点A。任取一个Δd值，则可计算出Δh＝εΔd。在焓湿图上找到比A点的焓值大Δh的等焓线，和比A点的含湿量值大Δd的等含湿量线，以及这两条线的交点B。连接A、B两点，这条连线就是所要作的热湿比线。图2-4辅助点法绘制热湿比线

如果忽略空气与所含干空气两者质量的微小差异，将式(2-6)分子、分母同乘qmkg的空气量，将得到

(2-7)可见，质量为qmkg的空气量在被处理过程中所得到(或失去)的热量Q和湿量W的比值，与相应1kg(干)空气的比值是完全一致的。对于空调专业人员来说，焓湿图是一个重要的工具，无论是工程设计、系统调试，还是运行管理，都需要用到焓湿图。

焓湿图的应用主要包括确定空气所处状态查找空气状态参数分析空气状态变化过程确定两种不同状态空气混合后的状态点2.4.2焓湿图的应用

1.确定空气状态及查找参数根据任意两个独立的空气状态参数，就可以在焓湿图上找到相应的状态点，并可判断出空气是处于什么状态，还可查找出其他的状态参数。

【例2-2】已知某日气象台预报的天气温度是30℃，相对湿度是60%。

1）在焓湿图中标出相应状态点。

2）查出该状态空气的其余参数。

3）画出过此状态点的等湿球温度线和等露点温度线。2.4.2焓湿图的应用

【解】1)在焓湿图上找到30℃等温线与60%等相对湿度线的交点A。2)由过A点的45°斜线查得其焓为71kJ/kg干，过A点的垂直线查得其含湿量为16.15g/kg干，水蒸气分压力为25.50×102Pa。30℃图2－5已知干球温度和相对湿度求其他参数

16.15g/kg干25.50×102Pa71kJ/kgg3)过A点作等湿球温度线(其实就是等焓线并以虚线表示)，与饱和线相交于B点。由于饱和线上的干球温度与湿球温度相同，故B点的干球温度也就是B点的湿球温度,也即A点的湿球温度为23.9℃。30℃图2-5已知干球温度和相对湿度求其他参数

16.15g/kg干25.50×102Pa23.9℃71kJ/kg干4)过A点作等露点温度线(其实就是等含湿量线并以点划线表示)，与饱和线相交于C点。由于饱和线上的干球温度与露点温度相同，故C点的干球温度也就是C点的露点温度，也是A点的露点温度，为21.8℃。30℃图2－5已知干球温度和相对湿度求其他参数

16.15g/kg干25.50×102Pa23.9℃21.8℃71kJ/kgg5)找到30℃等温线与饱和线的交点D，D点的水蒸气分压力即为A点的饱和水蒸气分压力，其值为42.2×102Pa。30℃图2－5已知干球温度和相对湿度求其他参数

16.15g/kg干25.50×102Pa23.9℃21.8℃42.2×102Pa71kJ/kgg

【例2-3】为了知道某房间内空气的状态，使用一个干湿球温度计进行实测，测得干球温度为30℃，湿球温度为20℃。

求该房间内空气的其他参数。

【解】1)先在饱和线上找到干球温度为20℃的状态点B，由于B点在饱和线上，此点的干球温度与湿球温度相等，故B点的湿球温度也为20℃。2)过B点，作等湿球温度线(近似以等焓线代替)，与30℃的等温线相交于A点，此点就是房间内空气的状态点。由于A点在饱和线的上部区域，故房间空气为未饱和空气。3)其余参数的查找方法参见例2-2。图2－6已知干、湿球温度求其他参数

【例2-4】已知

大气压力pB=101325Pa，空气初状态A的温度tA=20℃，相对湿度φA＝60%。当空气吸收Q=10000kJ/h的热量和W=2kg/h的湿量后，空气状态发生变化，变化后的焓hB=59kJ/kg干。

求空气终状态B。【解】(1)平行线法求终状态B1)在焓湿图上根据tA=20℃，

φA＝60％确定出空气的初状态点A。60％20℃100％A2)求热湿比值

3)根据ε值在焓湿图的标尺上找到

ε＝5000kJ/kg的参照线，过A点作与ε＝5000kJ/kg

平行的线。4)过程线与hB=59kJ/kg干的等焓线的交点B，就是所求的终点状态B。5)查焓湿图得B点的空气其他状态参数为

tB

=28℃

φB=51%

dB=12g/kg干

hB=59kJ/kg干(2)辅助点法求终状态B

1)计算热湿比

2)因为ε还可以用Δh/Δd×10－3表示，故任取Δd＝4g/kg干，则由

ε＝Δh/Δd×10－3

得

Δh

=εΔd×10－3=5000×4×10－3kJ/kg干

=20kJ/kg干3)由于空气状态是在吸热、吸湿后由A变到B，因此空气的焓和含湿量均要增大，于是分别在初状态点A的右边作与其相差Δd＝4g/kg干的等含湿量线和相差Δh

＝20kJ/kg干的等焓线，设两线的交点为B′，则AB′的连线就是ε＝5000kJ/kg的空气状态变化过程线。4)过程线与h=59kJ/kg干的等焓线的交点B就是所求的终点状态点B。h=59kJ/kg干59kJ/kg干B′

2.表示空气的状态变化过程空调的一个基本任务就是对空气进行这样和那样的“加工”，例如将冬季的室外冷空气加热；将夏季的室外热空气冷却；对空气进行除湿或加湿等，这些对空气的加工过程统称为“热湿处理”。热湿处理过程中空气的状态要发生变化，因为空气的每个状态在焓湿图上都可以用一个点来表示，而连续的点就是线，因此空气状态变化的情况可以在焓湿图上用线条表示出来。

2.4.2焓湿图的应用

(1)加热过程是等湿加热过程或等含湿量加热过程的简称。特点空气的含湿量保持不变(dB=dA，即Δd＝0)，但温度升高，焓增加(hB＞hA，即Δh＞0)。在焓湿图上用垂直向上的直线A－B表示。空气状态变化的热湿比值为AB100%d空气通过电加热器和热水或蒸汽加热器时所发生的状态变化过程即为加热过程。加热器的加热量为Q=qm(hB–hA)kw

式中qm——空气的质量流量，单位为kg/s。

(2)冷却过程凡是空气在状态变化过程中温度要降低的过程统称为冷却过程，按冷却过程是否有结露现象发生，冷却过程又可分为干冷过程和湿冷过程两种。1)干冷过程即等湿冷却过程或称等含湿量冷却过程。特点空气的含湿量保持不变(dc=dA，即Δd＝0)，但温度降低(不低于露点温度)，焓减小(hc＜hA，即Δh＜0)。在焓湿图上用垂直向下的直线A－C表示。空气状态变化的热湿比值为AB100%Cd空气通过制冷装置的蒸发器或空调设备的表冷器、冷却盘管时无结露现象发生，以及与温度为tl的水进行热湿交换时的状态变化过程均为干冷过程。在干冷过程中空气放出的热量也即处理空气所需要的冷量为Q=qm(hC-hA)kw2)湿冷过程又称为减焓减湿过程。特点空气的温度要降低到其露点温度以下，因此会有结露现象发生，这就意味着空气的含湿量要减少(dc

＜dA，即Δd＜0)。湿冷过程在焓湿图上一般用直线A－C

表示。(空气状态的实际变化过程是先由A点到饱和线上的C

点，再保持饱和状态由C

点减含湿量变化到C

点)。由于湿冷过程不仅空气的焓要减小(Δh

＜0)，含湿量也要减少(Δd

＜0),因此其热湿比值为AB100%CC

C

d空气通过制冷装置的蒸发器或空调设备的表冷器、冷却盘管时，有结露现象发生以及与温度低于tl的水进行热湿交换时的状态变化过程均为湿冷过程。湿冷过程是夏季空调中最常用的空气热湿处理过程。在此过程中，空气放出的热量也即处理空气所需要的冷量(又称为制冷量)为Q=qm

(

hB

-hA)kW湿冷过程凝结出的水蒸气量为W=qm(dB

-dA)g/s

(3)等焓过程凡是空气在状态变化过程中焓保持不变的过程统称为等焓过程或绝热过程。按空气在等焓变化过程中含湿量是增加还是减少，等焓过程又分为等焓加湿过程和等焓减湿过程两种。1)等焓加湿过程特点焓不变(Δh＝0)，含湿量增加(Δd＞0)。又称为绝热加湿过程。在焓湿图上用45°的直线A－D表示。AB100%CDdhC

C

在等焓加湿过程中，空气状态变化的焓湿比值为当往空气中喷雾(微小水滴)加湿时，工程上把此过程当作等焓加湿过程对待。同理，水在空气中的自然蒸发，工程上也当作等焓加湿过程对待。空气经雾化式或自然蒸发式加湿装置处理，或与温度为tS的水进行热湿交换时的状态变化过程均按等焓加湿过程对待。等焓加湿过程对空气的加湿量为W=qm(dD–dA)g/s2)等焓减湿过程特点空气的焓不变(Δh＝0)，含湿量减少(Δd＜0)，在焓湿图上用45°直线A－E表示。空气状态变化的焓湿比值为用固体吸湿剂(如硅胶)

处理空气时，工程上近似按等焓减湿过程对待。该过程从空气中除去的湿量为

W=qm(dE–dA)g/sAB100%CDEdhC

C

(4)等温加湿过程简称等温过程特点空气的温度不变，含湿量增加，在焓湿图上用接近水平的直线A-F表示。工程上把对空气进行喷蒸汽加湿处理的过程视为等温加湿过程。该过程的加热量为

Q=qm(hF

－hA)kW该过程的加湿量为

W=qm(dF

－dA)g/sAB100%CDEFdhtC

C

加热过程A→B冷却过程A→C干冷过程A→C湿冷过程A→C″等焓过程等焓加湿过程A→D等焓减湿过程A→E

等温过程A→F2.4.2焓湿图的应用

3.确定两种不同状态空气混和后的状态点

假设将A、B两种状态的空气进行混合，混合后的状态为C，则根据能量守恒定律和