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暖通空调工程中的湿空气状态参数
2022-04-02       来源: 暖通自习室

暖通空调工程最终目的就是实现对空气状态的调节,所以对于暖通人来说,空气是我们需要研究的重中之重。

空气是围绕在地球上的无色无味无嗅的混合气体,人们通常会将环绕在地球的空气层称之为大气。但是由于地球表面更多的是海洋、江河与湖泊,所以会存在大量的水分蒸发成水蒸气进入大气中,从而形成空气与水蒸气的混合气体。

所以我们就可以将大气理解成为干空气与水蒸气的混合体,在暖通空调工程中将这种气体称之为湿空气,也就是我们呼吸的空气。

在小学自然科目中我们就学过,空气主要由水蒸气、氮气、氧气、氩气、二氧化碳、氖气、氦气等微量气体组成,这些组成成分除了水蒸气不稳定因素对人类生产生活影响比较大以外,其他气体都相对比较稳定,除了温度变化造成影响,其他几乎可以忽略不计。

空气的干燥潮湿程度对产品质量与人体感受都有直接影响,水蒸气含量的变化会使湿空气的物理性质发生改变。所以为了控制空气中的水蒸气含量对生产、生活的影响,研究湿空气状态参数就变的尤为重要。

1、大气压力Pa  想要了解湿空气的状态参数,就必须要知道一个概念:大气压力Pa。地球表面单位面积上所受的空气层的压力叫作大气压力,通常用Pa表示。

我们知道大气压力并不是一个定值,随着海拔、温度的变化,会略有不同 ,通常人们以北纬45°处的海平面全年平均大气压作为一个标准大气压,其数值为101325Pa。

所以在暖通空调设计计算中一定要选取项目所在地大气压作为重要参考依旧,因为不同大气压下的空气状态焓湿图是存在较大差异的,这一点以后我们在具体讲述。

2、水蒸气分压力p  湿空气中水蒸气分压力是指在某种温度下,水蒸气独占湿空气的体积时所产生的压力。

在微观学中,气体的压力是气体分子对器壁撞击程度的体现,随着温度的升高,分子撞击器壁的机会越多,气体压力也就越高。引申到水蒸气分压力p中来也是同样的道理。

水蒸气分压力的大小反映了空气中水蒸气含量的多少,水蒸气含量越多,其分压力也越大,反之也是同样的道理。

在这种情况下,科学家们引入了未饱和空气和饱和空气的概念。

所谓未饱和空气就是指湿空气中水蒸气分压力和水蒸气含量都还没有达到最大值,还具有吸附水蒸气的能力;饱和空气是指湿空气中水蒸气分压力达到了最大值,已经不在具有吸附水蒸气的能力。

当超过某一界限之后,湿空气中多余的水蒸气就会以水珠的形式析出,这也就是空调冷凝水形成重要原理

温度越高,水蒸气分压力越大,吸附水蒸气的能力越强;相反温度越低,水蒸气分压力越低,原来湿空气中的水蒸气就会析出,这就是工艺性空调机组冷却除湿的依据原理。

3、密度ρ  密度的概念大家都知道,单位体积的物质质量统称为密度ρ。

前面讲到湿空气是由干空气与水蒸气混合而成,并且他们混合后相对均匀分布。所以湿空气密度等于干空气密度ρg和水蒸气密度ρq之和,单位同样应该为kg/m³。

在标准大气压下,干空气密度为1.205kg/m³,而水蒸气的相对分子质量远小于干空气的相对分子质量,所以湿空气密度ρ≈ρg,在实际工程中湿空气密度ρ取值为1.2kg/m³。

4、含湿量d  含湿量作为湿空气中一个重要的状态参数,它指对应1kg干空气的湿空气中所含的水蒸气量,单位为kg/kg干空气。

但是由于湿空气中水蒸气量占比较小,所以工程中多选用g/kg干空气作为含湿量的单位。

水蒸气分压力越大,含湿量也越大,它们两者是一个相辅相成的关系。

在空调工程中,常常选用含湿量做为空气被加湿或者减湿的程度,所以在工艺性空调中,尤其是净化空调系统中含湿量是一个非常重要的计算参数,它是计算系统冬季加湿量的重要参考依据。

5、相对湿度φ  由于含湿量只能反应湿空气中含有水蒸气的绝对含量,并不能反应空气的吸湿能力,因此科学家们又引入了湿空气中水蒸气相对含量的参数指标:相对湿度φ。

指空气中水蒸气分压力与同温度下饱和湿空气的水蒸气分压力比值。相对湿度反映了在某一温度下,湿空气中水蒸气接近饱和状态的程度。

相对湿度越小,说明空气距离饱和状态越远,吸水能力越强,空气越干燥;相反相对湿度越大,说明空气距离饱和状态越近,吸水能力越弱,空气越潮湿。

相对湿度φ与含湿量d都是反应空气中水蒸气含量的重要参数。前者反应同温度下湿空气接近饱和状态的程度,后者反应湿空气中水蒸气的具体含量。二者看似相同,实则具有本质区别,要注意重点区分。

6、湿空气的比焓h  空气调节过程中,常常需要确定空气状态变化过程中发生的热量交换。在热力学中,我们通常认为空气状态的变化近似为等压过程,可以直接用焓差来表示热交换量。

湿空气的比焓h是以1kg干空气为计算基础。

1kg干空气的比焓与dkg水蒸气的比焓之和,称为(1+d)kg湿空气的比焓。科学家们通过推理得出湿空气的比焓公式为:

h=(1.01+1.84d)t+2500d

(1.01+1.84d)t是与温度有关的热量,在工程中我们称之为“显热”;2500d是0℃是dkg水的汽化热,它随着含湿量的变化而变化,与温度有关,工程中将这部分称之为“潜热”。

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