工业通风与空气调节方法综述.ppt

工业通风与空气调节方法综述2,第一章,本课主要内容框架,干湿空气物理性质,本部分主要讨论以下问题1、干、湿空气状态参数；2、湿空气的性质；3、焓湿图及其应用；4、空气的热湿处理；5、空气调节系统。,干、湿空气状态参数包括P，T，u，ρ等密度定义式单位体积空气所具有的质量。单位kg/m3，用符号ρ表示式中M空气的质量，kg；V空气的体积，m3。空气密度随空气压力、温度及湿度而变化。实际空气密度计算式由状态方程求得。,,2.1干湿空气状态参数,气态方程式中ρ干空气实际密度，kg/m3；ρ0标准状态干空气的密度，kg/m3；P、P0分别为实际状态及标准状态下的空气压力，千帕（kpa）；T、T0分别为实际状态及标准状态下空气的热力学温度，K。,,标准状态T0273K，P0101.3kPa,干空气密度ρ01.293kg/m3。干空气密度计算式注意式中P为空气的绝对压力，单位为kPa；T为空气的热力学温度（K），T273t,t为空气的摄氏温度（℃）。,,,湿空气湿空气压力等于干空气分压与水蒸汽分压之和。,道尔顿分压定律PPdPs,,,,,2.2空气含湿量与相对湿度,1水蒸气分压pv空气中水蒸气分压愈大，水分含量就愈高，根据气体分压定律，则有,2湿度humidityH又称为湿含量或绝对湿度absolutehumidity。它以湿空气中所含水蒸汽的质量与绝对干空气的质量之比表示，使用符号Ｈ，其单位为kg水气/kg干空气。,常温下，湿空气可视为理想气体，则有,在饱和状态时，湿空气中水蒸气分压pv等于该空气温度下纯水的饱和蒸气压ps，则有,由于水的饱和蒸气压仅与温度有关，故湿空气的饱和湿度是温度和总压的函数，即,3相对湿度φ,当pv0时，φ0，表示湿空气不含水分，即为绝干空气。,当pvps时，φ1，表示湿空气为饱和空气。,在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压pv与同温度下水的饱和蒸汽压pS之比的百分数，称为相对湿度relativehumidity，用符号φ表示，即,相对湿度可以说明湿空气偏离饱和空气的程度，能用于判定该湿空气能否作为干燥介质，φ值与越小，则吸湿能力越大。,湿度是湿空气含水量的绝对值，不能用于分辨湿空气的吸湿能力。,在一定总压和温度下，两者之间的关系为,相对湿度和绝对湿度的关系,4湿空气的比热CH,式中cH湿空气的比热，kJ/㎏绝干气oC；cg绝干空气的比热，kJ/㎏绝干气oC；cv水气的比热，kJ/㎏水气oC,上式说明湿空气的比热只是湿度的函数。,在常压下，将湿空气中1kg绝干空气及相应Ｈkg水汽的温度升高（或降低）1oC所需要（或放出）的热量，称为比热，又称为湿热，用符号CH表示，单位是kJ/㎏绝干气oC，即,在常用的温度范围内，有,5湿空气的焓I,湿空气中1kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和，称为湿空气的焓，用符号I表示，单位是kJ/kg干空气。,注空气的焓是根据干空气及液态水在0oC时焓为零作基准而计算的，因此，对于温度为t及湿度为Ｈ的湿空气，其焓包括由0oC的水变为0oC的水汽所需的潜热及湿空气由0oC升温至toC所需的显热之和，即,6湿空气的比容vH,在湿空气中，1kg绝干气体积和相应的Hkg水气体积之和，称为湿空气的比容，亦称湿容积humidvolume，用符号vH表示，单位为m3湿空气/kg绝干气。,7露点td,不饱和的空气在湿含量Ｈ不变的情况下冷却，达到饱和状态时的温度，称为该湿空气的露点dewpiont,用符号td表示。,当空气从露点继续冷却时，其中部分水蒸汽便会以露珠的形式凝结出来。空气的总压一定，露点时的饱和水蒸汽压ps,td仅与空气的湿度Hs,td有关，即ps,tdfHs,td或tdHs,td湿度越大，td越大。,在露点时，空气的湿度为饱和湿度，φ1。,8干球温度t和湿球温度tw,,干球温度t空气的温度湿球温度tw不饱和空气的湿球温度tw低于干球温度t。,形成原理（如图所示）,对于某一定干球温度的湿空气，其相对湿度越低，湿球温度值越低。对于饱和湿空气而言，其湿球温度与干球温度相等。,在稳定状态时，空气向湿纱布表面的传热速率为QαS（t-tw）,对空气水蒸气系统而言，α/kH1.09,气膜中水气向空气的传递速率为NkH（Hs,tw-H）S,在稳定状态下，传热速率和传质速率之间的关系为QNrtw,湿球温度实际上是湿纱布中水分的温度，而并不代表空气的真实温度，由于此温度由湿空气的温度、湿度所决定，故称其为湿空气的湿球温度，所以它是表明湿空气状态或性质的一种参数。,强调,2.3焓湿图及其应用,在工程计算中，常用的是以湿空气的焓值I为纵坐标，湿度H为横坐标的焓湿图，即I-H图。,图上共有五种线，图上任一点都代表一定温度t和湿度Ｈ的湿空气状态。,等湿度线等H线等焓线等I线等温线等t线等相对温度线（等φ线）水蒸汽分压线,1等湿度线等H线,2等焓线等I线,3等温线等t线,I1.88t2490H1.01t,当空气的干球温度t不变时，I与H成直线关系，故在I-H图中对应不同的t，可作出许多等t线。各种不同温度的等温线，其斜率为1.88t2492，故温度愈高，其斜率愈大。因此，这许多成直线的等t线并不是互相平行的。,一组与纵轴平行的直线。在同一条等H线上，湿空气的露点td不变。,一组与横轴平行的直线。在同一条等I线上，湿空气的温度t随湿度H的增大而下降，但其焓值不变。,4等相对温度线（等φ线）,当湿空气的湿度Ｈ为一定值时，温度愈高，其相对湿度φ值愈低，即其作为干燥介质时，吸收水汽的能力愈强，故湿空气进入干燥器之前必须经过预热器预热提高温度，目的除了提高湿空气的焓值使其作为载热体外，也是为了降低其相对湿度而作为载湿体。,5水蒸汽分压线,该线表示空气的湿度Ｈ与空气中的水蒸汽分压pv之间关系曲线。当湿空气的总压Ｐ不变时，水蒸汽的分压pv随湿度Ｈ而变化。水蒸汽分压标于右端纵轴上，其单位为kN/m2。,干球温度t、露点td、湿球温度tw（或绝热饱和温度tas）都是由等t线确定的。,根据湿空气任意两个独立的参数，就可以在H-I图上确定该空气的状态点，然后查出空气的其他性质。,非独立的参数如tdH，pH，tdp，twI，tasI等，它们均在同一等H线或等I线上。,湿焓图的说明与应用,通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点，已知条件是,（１）湿空气的干球温度t和湿球温度tw；,（２）湿空气的干球温度t和露点td；,（３）湿空气的干球温度t和相对湿度φ。,例已知湿空气的总压为101.3kN/m2,湿度为H0.02kg水/kg干空气，干球温度为70oC。试用I-H图求解a水蒸汽分压p；b相对湿度φ；c热焓Ｉ；d露点td；e湿球温度tw；,解由已知条件Ｐ＝101.3kN/m2，H0.02kg水/kg干空气，t70oC，在I-H图上定出湿空气的状态点Ａ点。pv3kN/m2φ10I＝122kJ/kg干空气td24oCtw33oC,,1间壁式加热和冷却,若空气的温度变化范围在露点以上，则空气中的含水量始终保持不变，且为不饱和状态，为等湿过程，过程线为垂直线。,三、湿空气的基本状态变化过程,2间壁式冷却减湿,利用上述方法，如果将凝结出来的水分设法除去，再将所得的饱和空气加热，则不会恢复原来的状态，而空气的湿度小于原空气的湿度，即达到减湿的目的。,上述间壁式冷却过程当进行至露点，空气即达到饱和状态，继续冷却时，水蒸气就在冷却壁面上凝结出来，而且温度不断降低，但空气始终在饱和状态。,3不同状态空气的混合,若混合后的空气状态点落入超饱和区，例如图中3-4直线上的d点，则混合物将分成气态的饱和空气和液态的水两部分，前者的状态点为过d点的等温线与φ1线的交点e。,设有状态不同的空气1和2，对应的干空气的量为G1和G2，对应的状态为（H1，I1），（H2，I2）。两空气混合后，由物料衡算和热量衡算，可求得,4绝热冷却增湿过程,绝热饱和过程的进行，其结果一方面表现为空气的冷却，另一方面表现为空气的增湿，故称为绝热冷却增湿过程。,空气和水直接接触时，空气的状态变化可视为空气和液态水表面边界层内的饱和空气不断混合的过程。,若空气（以A点表示）与温度为tas的冷却水（其表面的饱和空气以B点表示）相接触，由于水温保持不变，B点的位置也固定不变，则空气的不断混合过程就表现为空气状态从A点不断向B点移动。,2.5空气的热湿处理,1．空气热湿处理的各种途径对于空气调节系统来说，一个空气调节全过程是由空气处理全过程及送入房间的空气状态变化过程组成的。,每一个空气处理全过程都包含着几个空气处理过程。通常夏季需要对空气进行冷却减湿处理，而冬季则需加热加湿。,2．空气热湿处理设备的类型为了实现空气处理过程，需要采用不同的空气处理设备，如加热设备、冷却设备、加湿设备、减湿设备与空气进行热湿交换的介质，有水、水蒸汽、冰、各种盐类及其水溶液、制冷剂及其它物质,直接接触式热湿交换设备（第一类热湿交换设备）与空气进行热湿交换的介质与被处理的空气直接接触，即让空气流经热湿交换介质的表面或将热湿介质喷淋到空气中间去。,表面式热湿交换设备（第二类热湿交换设备）与空气进行热湿交换的介质不与被处理的空气直接接触，即空气与介质间的热湿是通过设备的金属表面来进行的。,3.原理,（1）直接接触式（热湿传递的动力）,喷水室蒸汽加湿器局部补充加湿装置（喷水加湿装置）使用液体吸湿剂的装置,可以实现的空气状态变化,,（2）表面式,原理通过分隔壁面进行热交换热量传递动力,光管式和肋片管式空气加热器（热水及蒸汽做热媒）空气冷却器（冷水或制冷剂做冷媒）,,,,,可以实现的空气处理过程,11twta2tatwtdta3twtd32,4.喷淋室,目前喷水室的生产基本上已工厂化，做为空调箱的一个组成部分随产品一起出厂。制造喷水室的材料主要是钢板和玻璃钢。现场施工时也可以用钢筋混凝土和砖制造,一、结构,喷嘴是喷水室的主要构件之一，在我国空气调节工程中一般常用Y1型离心喷嘴，除Y1型外，在我国还出现了BTL1型、FL型、ZK型和JN型等喷嘴。它们的喷水性能较YI型喷嘴有所提高喷嘴安装在专门的排管上。通常设一至三排喷嘴。喷水方向根据与空气流动方向的相同与否分为顺喷、逆喷和对喷。喷嘴喷出的水滴最后落入底池中。,（1）喷嘴,Y1型离心喷嘴的构造,（2）喷水室的挡水板,材料主要使用镀锌钢板制的多折形挡水板，现在出现的双波形挡水板．蛇形挡水扳等较前有较大改进，已逐步推广应用作用前挡水板为了挡住可能飞出来的水滴，并使进入喷水室的空气均匀。因此有时也称前挡水扳为’均风扳”。后挡水板使夹在空气中的水满分离出来，以减少空气带走的水量过水量。,（3）池底部接管,底池又和四种管道相连。这四种管道是1循环水管底池通过滤水器与循环水管相连，使落到底池的水能重复使用。滤水器的作用是能除去水中杂物，以免堵塞喷嘴。2溢水管底池通过溢水器与溢水管相连，以便排除夏季内空气中冷凝出来的水或收集回水。此外，溢水器的喇叭口上有水封罩可将喷水室内、外空气隔绝，并使底池水面维持一定高度。,3补水管由于冬季经常是用循环水加湿空气，一部分水要蒸发到空气中去，所以底池水面将降低。为了维持水面高度略抵于溢水器，需设补水管，并经浮球阀门自动补水4泄水管为了检修、清洗和防冻等目的，在底池底部需设泄水管，以便能将池内的水全部泄至下水道。另外，为了检修和观察的需要，喷水室应装密闭检查门和防水照明灯．,二、类型,（1）卧式与立式,立式特点,占地面积小，空气自下而上地与水接触，热湿交换效果更好，在处理的空气量不大时，可以使用。双级喷水室能够使水重复使用，因而加大了温升，节省了水量．同时可使空气得到较大焓降。因此，更适合于应用天然冷源以及要求处理的空气焓降大的场合。双级喷水室的缺点是占地面积较大，水系统更为复杂。,（2）单级与双级,双级1）使用条件如果被处理的空气初、终状态间焓差较大，用单级喷水室必须要用较大的喷水系数和较多的喷嘴排数，显得不够经济。而在采用天然冷源如用深井水）的地方，为了节省水量又希望能有较大的水温升，在这些情况下，使用双级吸水室比较合理。2）结构典型的双级喷水室并不是简单地将两个单级喷水空串联，而是在水路上也采取串联方式，即空气先进入第1级喷水室，再进入策2级喷水室，而冷水是先进入第2级喷水室然后再由第2级的底池抽出供给第1级喷水室,原理图,双级喷水室的主要特点,1被处理的空气焓降大、温降也大，而且空气终状态一股都可达到饱和；2第I级喷水室的空气温降大于第2级，而第2级的空气减湿量大于第1级．所以说，空气在第I级喷水室中主要是降温降焓，而在第2级喷水室中主要是减湿减焓；3由于水与空气逆向流动，而且两次接触，这就使得水的终温提高较多，甚至可能高于空气终状态的湿球温度。这就是说，水的温升比单级喷水室高，因此在吸收同样的空气热量时可以节省水量,（3）低速与高速喷水室1）低速断面内流速2-3m/s2）高速断面内流速8-10m/s,5.表面式换热器,结构,表面式换热器有光管式和肋管式两种。光管式表面换热器由于传热效率低己很少应用。肋管式表面换热器由管子和肋片构成。,肋管式表面换热器,为了使表面式换热器性能稳定。应力求使管子与肋片间接触紧密，减小接触热阻，并保证长久使用后也不会松动。根据加工方法不同肋片管又分为绕片管、串片管和轧片管等。,将铜带或钢带用绕片机紧紧地缠绕在管子上可制成皱褶式绕片管（图a）。皱褶的存在既增加了肋片与管子间的接触面积，又增加了空气流过时的扰动性，因而能提高传热系数。但是，皱褶的存在也增加了空气阻力，而且容易积灰，不便清理。为了消除肋片与管子接触处的间隙，可将这种换热器浸镀锌、锡。浸镀锌、锡还能防止金属生锈。,皱褶式绕片管,有的绕片管不带皱褶，它们是用延展性好的铝带绕在钢管上制成（图b）。,光滑绕片管,将事先冲好管孔的肋片与管束串在一起，经过胀管之后可制成串片管（图c。串片管生产的机械化程度可以很高，现在大批铜管铝片的表面式换热器均用此法生产。,串片管,用轧片机在光滑的铜管或铝管外表面上轧出肋片便成了轧片管图d。由于轧片管的肋片和管子是一个整体，没有缝隙，所以传热性能更好，但是轧片管的肋片不能太高，管壁不能太薄。,轧片管,二次翻边片,为了提高管外侧和管内侧的热交换系数（图e）。用二次翻边片代替一次翻边片，并提高胀管质量；并用波形片、条缝片和波形冲缝片等代替平片强化管外侧换热。采用内螺纹管强化管内侧换热。,6.空气的其他加热加湿方法,（1）电加热器加热空气原理让电流通过电热丝发热而加热空气。基本型式裸线式由裸电阻丝构成。加热迅速、结构简单、热惰性小，易漏电。管式由管状电热元件组成。加热均匀、热量稳定、安全性好，热惰性大、构造复杂。它们在i-d图上的过程是等湿加热的过程。,（2）空气的加湿处理加湿途径在空气处理室（空调箱）、送风管道内加湿方法喷水加湿、喷蒸汽加湿、电加湿、超声波加湿、远红外线加湿加湿过程等温加湿、等焓加湿。1）等温加湿原理利用外界热源使水变成蒸汽，并与空气混合。常用设备蒸汽喷管、干蒸汽加湿器、电热式加湿器、电极式加湿器。2）等焓加湿原理直接向空调房间空气中喷水。常用设备压缩空气喷雾器、电动喷雾机、超声波加湿器、离心式加湿器。超声波加湿器利用高频电力从水中向水面发射具有一定强度的、波长相当于红外线波长的产生波，在产生波作用下，水面将产生几μm左右的微细粒子，从而对空气加湿。,7.空气的其他减湿方法,1用加热通风法减湿热这种方法通过加热室内空气的温度，使空气的相对湿度降低，但并没有减少空气中的含湿量。此外，还受室外气象条件的限制。2用冷冻减湿机减湿冷冻减湿机（除湿机）是由制冷系统和风机等组成的除湿装置。经冷冻减湿机后得到的是温度被提高了、含湿量被降低了的空气。适应范围既需减湿又需要加热的地方；对于室内产湿量大、产热量大的地方，最好不用冷冻减湿机。,3用液体吸湿剂减湿1盐类及其水溶液对空气中的水蒸汽有强烈的吸收作用。固体氯化钙、生石灰液体氯化锂、氯化钙、三甘醇2盐类液体吸收剂可实现三种过程升温减湿过程等温减湿过程降温减湿过程（采用最多）4固体吸附剂减湿原理固体吸附剂本身都具有大量的孔隙，具有极大的孔隙内表面积。吸附剂硅胶（SiO2）、铝胶（AL2O3）。处理过程近似为等焓升温的过程。由于干燥过程中释放出来的吸附热又加热了空气。适应范围既需要干燥又需要加热的情况。5氯化锂转轮除湿机原理利用一种特制的吸湿纸来吸收空气中的水分。,2.6空气调节系统,空气处理设备，空气输送管道，空气分配装置,（冷源－制冷课程，热源－锅炉课程）风机，加热器（冷却器），过滤器，管道，风口等,1.集中式空调系统定义属于典型的全空气系统，即空调房间的室内负荷全部由经过处理的空气来负担。系统分类常用混合式系统，即一部分新鲜空气与一部分室内回风混合。夏季送冷风和冬季送热风都用一条风道，风道内风速一般不大于8m/s。根据新、回风混合过程的不同，可分为一次回风式系统和二次回风式系统。,2.变风量系统基本概念定风量CAV系统变风量VAV系统变风量系统的调节方法变风量控制室内温度，变露点控制室内湿度；变风量控制室内湿度，变再热量控制室内温度。变风量系统适应范围室内温度控制较高、相对湿度可允许较大波动、送风温差可不受限制的舒适性空调。国外在高层和大型建筑物中，通常在内区使用这种系统，因为它没有多变的建筑传热、太阳辐射等负荷。对于全年需送冷风的情况，用变风量系统比较合适。,3.半集中式空调系统定义除了集中空调机房外，还设有分散在被调房间内的二次设备（末端装置），其中多半设有冷热交换装置（亦称二次盘管），它的功能主要是在空气进入被调房间之前，对来自集中处理设备的空气作进一步补充处理。,4.局部空调机组局部空调机组实际上是一种小型空调系统，具有结构紧凑、安装方便、使用灵活等特点。构造类型构造压缩机冷凝机组、蒸发器和通风机等组成，联合工作。窗式、风冷式、热泵式、整体式立柜式、风冷式、热泵式、分体式立柜式、水冷式、普通式、整体式,习题,1.试阐明粉尘危害人体的途径与主要因素。2.在排放标准中，规定空气中汞蒸气的含量为0.01mg/m3，试将该值换算为mL/m3。3.你认为在防治工业有害物的综合措施中，哪一条是最值得关注的，说明你的理由。,