空气调节理论基础知识

引言第一章湿空气的物理性质及其焓湿图参考资料:[1]薛殿华主编，空气调节，清华大学出版社，2000年3月[2]清华大学暖通教研组，空气调节基础，中国建筑工业出版社，1991年7月[3]郑爱平编著，空气调节工程，科学出版社，2002年8月[4]沈维道等合编，工程热力学，高等教育出版社，1994年[5]章熙民等编，传热学（第二版），中国建筑工业出版社，1984年7月[6]连之伟等主编，热质交换原理与设备，中国建筑工业出版社，2001年9月空气调节（Air Conditioning）●空气调节的任务：采用技术手段，创造和满足一定要求的空气环境。

●一定要求的空气环境：一般是指在某一特定空间内对其空气温度——通过加温、降温，调节空气的温度空气湿度——通过加湿或减湿，调节空气的湿度空气清洁度——通过净化处理，使空气具有一定的洁净程度空气流动速度——使空气具有一定的流动速度（简称“四度”）进行调节，达到并保持满足人体舒适和工艺过程的要求。

●更高要求的空气环境：除上述之外，有时还需对空气的压力、成分、气味和噪声等进行调节和控制。

关于工程热力学的几个基本概念：1．理想气体与实际气体理想气体——是一种实际上不存在的气体。

就是假定该气体分子是些弹性的、不占据空间的质点，分子相互之间没有作用力。

实际气体——理想气体实质上是实际气体在压力趋近于零（P→0），比容趋近于无穷大（υ→∞）时的极限状态。

2．湿空气与干空气湿空气——是指含有水蒸汽的空气，它是干空气和水蒸汽的混合物。

存在于大气中的水蒸汽，由于其分压力通常很小，并大都处于过热状态，比热容很大，因此湿空气可按理想气体处理。

干空气——干空气是指完全不含有水蒸汽的空气。

在热力学中，常温常压下（空调属于此范畴）的干空气可认为是理想气体。

3．绝热过程是状态变化的任何一段微元过程中工质与外界都不发生热量交换的过程，即过程中每一瞬间都有dq=0整个过程与外界交换的热量当然亦为零q=0关于传热学的几个基本概念：1．质交换传质是在一个多组分的系统中进行的。

物质的分子总是处在不规则的热运动中，在有物质组成的二元混合物中，如果存在浓度差，由于分子的随机性，物质的分子会从浓度高处向浓度低处迁移，这种迁移称为浓度扩散或简称扩散，并通过扩散产生质交换。

2．产生质交换的动力浓度差是产生质交换的动力，温度差是传热的动力，压力差导致压力扩散。

在没有浓度差的二元体系（即均匀混合物）中，如果各处存在温度差或总压力差，就会产生热扩散或压力扩散，扩散的结果会导致浓度变化并引起浓度扩散。

3．质交换的两种基本方式分子扩散——在静止的流体或垂直于浓度梯度方向作层流运动的流体以及固体中的扩散是由微观分子运动所引起的，即为，它的机理类似于导热。

紊流扩散——在流体中由于紊流脉动（对流运动）引起的物质传递，即为，它比分子扩散传质要强烈得多。

4．质交换的分析方法质交换、热交换及动量交换三者在机理上是类似的，所以在分析质量交换的方法上也和热量交换及动量交换具有相同之处。

第一节湿空气的物理性质1．湿空气的物理性质湿空气由干空气和水蒸汽组成，遵循理想气体的变化规律。

2．湿空气的状态参数主要状态参数——{大气压力B，温度t，相对湿度Φ，含湿量d，焓i}（1）压力 P ——大气压力B，B = Pg + Pq (Pa)水蒸汽分压力Pq饱和水蒸汽分压力Pq,b干空气的分压力Pg要点：◆水蒸汽分压力的大小直接反映了水蒸气的含量的多少；◆在一定温度下，空气中的水蒸汽含量越多，空气就越潮湿，水蒸汽分压力也越大；◆湿空气中的水蒸汽含量达到最大限度时，多余的水蒸汽就会凝结成水从空气中析出；◆饱和水蒸汽分压力Pq,b是温度的单值函数，也即Pq,b值仅取决于温度，温度越高，Pq,b值越大。

（2）温度T绝对温标T （K）摄氏温标t （℃）华氏温标t （℉）（3）湿空气的密度ρ湿空气的密度等于干空气的密度与水蒸汽的密度之和，即ρ=ρg+ρq = Pg/R gT + Pq/R qT= 0.003484 B/T - 0.00134Pq/T (kg/m3)要点：◆湿空气的密度取决于Pq值的大小，它随水蒸汽分压力Pq的升高而降低。

由于Pq值相对于Pg值而言数值较小，湿空气比干空气轻；◆空气越潮湿，水蒸汽含量越大，则空气密度越小，大气压力B也越低。

阴雨天气大气压力B比晴天低；◆温度t越高，则空气密度越小，大气压力B也越低。

同一地区夏天比冬天大气压力B低。

（4）湿度——含湿量d，在湿空气中与1kg干空气同时并存的水蒸汽量。

d = 0.622Pq / (B-Pq) (kg/kg干)= 622Pq / (B-Pq) (g/kg干)饱和含湿量d b，空气中水蒸汽量已达到最大限度，不再有吸湿能力，即不能再接纳水汽。

相对湿度Φ，空气中水蒸汽分压力Pq和同温度下饱和水蒸汽分压力Pq,b之比。

Φ= Pq / Pq,b x 100%要点：◆当大气压力B一定时，水蒸汽分压力Pq只取决于含湿量d。

含湿量d随水蒸汽分压力Pq的升高增大，反之亦然。

◆当含湿量d一定时，水蒸汽分压力Pq随大气压力B的增加而上升，反之亦然。

◆含湿量d能确切反映空气中含的水蒸汽量的多少，但不能反映空气的吸湿能力，不能表示湿空气接近饱和的程度。

◆相对湿度Φ能反映湿空气中水蒸汽含量接近饱和的程度，但不能表示水蒸汽的含量。

◆Φ值小，表示空气离饱和程度远，空气较为干燥，吸收水蒸汽能力强；Φ值大，表示空气更接近饱和程度，空气较为潮湿，吸收水蒸汽能力弱。

（5）湿空气的焓 i ——指每1kg干空气的焓i g和d kg水蒸汽的焓i q两者的总和。

i = i g +d i q=（1.01+1.84d）t + 2500d (kJ/kg干)要点：◆湿空气的焓 i 随温度t和含湿量d的升高而加大，随其降低而减小。

（6）空气的露点温度tι——在含湿量d不变的条件下，湿空气达到饱和时的温度。

它只取决于空气的含湿量d，含湿量d不变时，tι也为定值。

要点：◆湿空气的露点温度tι是判断空气结露的判据。

湿空气的状态参数有：{B，t，d，Φ， i } 和 {Pq,b，d b，Pq，tι，ts}当B =const时，（t，Pq,b，d b ）互为相关，另外，（d，Pq，tι）互为相关，（i，ts）互为相关。

湿空气的主要状态参数——{大气压力B，温度t，相对湿度Φ，含湿量d，焓i}第二节湿空气的焓湿图焓湿图可以直观的描述湿空气状态的变化过程。

我国现在采用的焓湿图以焓为纵坐标，以含湿量为横坐标的i-d斜角坐标图。

为了说明空气由一个状态变为另一个状态的热湿变化过程，在i-d图上还标有热湿比ε线。

热湿比ε——湿空气的焓变化与含湿量变化之比，即ε=≨i/≨d=（i B- i A）/（d B- d A）=±Q/±Wε=≨i/≨d/1000=（i B- i A）/（d B- d A）/1000=±Q/±W/1000要点：◆焓i的单位为kJ/kg干，含湿量的单位为kg/（kg干）或g/（kg干），◆热量Q的单位为kJ/h，湿量W的单位为kg/h，◆热湿比ε有正有负，并代表湿空气状态变化的方向。

◆i-d图可以表示的参数有{B，t， d，Φ，i ， Pq，ts，tι，Pq,b，d b }第三节湿球温度与露点温度热力学湿球温度ts：（1）定义——在定压绝热条件下，空气与水直接接触达到稳定热湿平衡时的绝热饱和温度。

（2）热湿交换机理——在绝热加湿过程中，水分蒸发所需的热量全部取自空气，空气失掉显热后，温度t下降，焓i值减少；而空气得到水蒸汽带来汽化潜热和液体热后，总的焓i值增加，且相对湿度Φ增大达到饱和。

（3）要点在小室内空气状态的变化过程是水温的单值函数，空气达到饱和时的空气温度即等于水温度。

ε=（i2- i1）/[（d2- d1）/1000]= i W=4.19t W绝热饱和温度ts完全取决于进口湿空气及水的状态和总量，它是湿空气的一个状态参数。

干湿球温度计：（1）构造——干球温度计是一般的温度计，湿球温度计头部被尾端浸入水中的吸液芯包裹。

（2）原理——当空气流过时，大量的不饱和空气流过湿布时，湿布表面的水分就要蒸发，并扩散到空气中去；同时空气的热量也传递到湿布表面，达到稳定后，水银温度计所指示的温度即为空气的湿球温度。

水蒸汽分压力Pq与湿球温度ts的关系Pq = P*q,b - A(t - ts)BA=α/(rβx101325)=(65+6.75/v)x10-5干湿球温度计读数差值的大小，间接地反映了空气相对湿度的状况。

（3）要点◆紧靠近湿布表面的饱和空气的焓就等于远离湿布来流的空气的焓，即湿布表面进行热、质交换过程中，焓值不变；◆湿空气的焓是湿球温度的单一函数；◆当气流速度在5~40m/s范围内，流速对湿球温度值影响很小；◆在空调温度范围内可视作湿球温度与绝热饱和湿球温度ts 数值相等。

◆i-d图上，在工程计算中，可近视认为等焓线即为等湿球温度线。

露点温度tι第四节焓湿图的应用湿空气的i-d图可以表示空气的状态和各状态参数——{B，t， d，Φ，i ， Pq，ts，tι，Pq,b，d b }；湿空气状态的变化过程；求得两种或多种湿空气的混合状态。

CB （i C- i B）（d C- d B） G A= = =AC （i A- i C）（d A- d C） G B第二章空调负荷计算与送风量参考资料:[1]薛殿华主编，空气调节，清华大学出版社，2000年3月[2]何耀东等主编，中央空调，冶金工业出版社，2000年2月[3]郑爱平编著，空气调节工程，科学出版社，2002年8月[4]彦启森等编，建筑热过程，中国建筑出版社，1986年12月关于空调负荷的几个基本概念得热（湿）量——在室内外热、湿扰量作用下，某一时刻进入一个恒温恒湿房间内的总热（湿）量。

耗热量——从空调房间散失出去的热量即为。

冷负荷——在某一时刻为保持房间恒温恒湿，需向房间供应的冷量即为。

热负荷——为补偿房间失热而需向房间供应的热量。

湿负荷——为维持室内相对湿度所需由房间除去或增加的湿量即为。

第一节室内外空气计算参数室外空气计算参数和室内温湿度标准是空调房间冷（热）、湿负荷计算的依据。

空调房间的室内温度、湿度的要求，用两组指标来反映，空调温度t n= 空调温度基数+空调精度（室内温度允许波动范围）相对湿度Φn = 相对湿度基数+空调精度（相对湿度允许波动范围）室内温、湿度设计标准的确定依据：对于舒适性空调，主要从人体的舒适感来考虑，一般不提空调精度的要求；对于工艺性空调，要考虑满足工艺过程对温、湿度基数和空调精度的特殊要求，同时兼顾人体的卫生要求。

人体的热平衡和舒适感人体的舒适状态是由许多因数决定的，其中和热感觉有关的有：室内空气温度t n 及其在空间的分布和随时间的变化；室内空气的相对湿度Φn；人体附近的气流速度v；围护结构内表面及其它物体表面的温度；人体的温度、散热及体温调节；衣服的保温性能及透气性。