1.2　中央空调器空气调节的基础知识

1.2.1　空气调节的原理

空气调节就是使房间或封闭空间的温度、相对湿度、洁净度和气流速度等参数均达到给定的技术要求。也就是说，在人们的生活和工作以及生产和科研的某一个特定的空间内其环境空气的温度、湿度、洁净度和气流速度等构成了该空间的空气环境。采取必要的技术手段来创造和保持该空间内要求的空气环境就是空气调节的任务。在空气调节系统中，空气处理设备即空调器是实现空气热、湿交换和空气过滤净化的核心部分。一个房间或一个空间，在一般情况下除了有来自该房间内部的围护结构、人员、照明灯具及设备产生的热、湿粒子、微生物或其他有害物的干扰外，同时还有来自房间外部的大气、太阳辐射等的干扰。为了消除上述来自室内外的干扰，就必须采取必要的技术手段，用在空气处理设备中经热、湿和过滤处理过的空气来转移、置换、稀释和冲淡来自方方面面对房间空气的干扰，来保证房间内一定要求的空气环境。

（1）空气调节的原理　空气调节的原理见图1-2。

（2）净化空调原理　净化空调原理如图1-3所示。

空气调节按使用对象的不同又可划分为舒适性空气调节和工艺性空气调节。舒适性空气调节就是为了满足人们的舒适要求而设置的空气调节。

（3） 净化空调控制方法　净化空调控制方法见图1-4。

工艺性空气调节就是为了满足生产工艺对环境空气参数的要求而设置的空气调节。环境空气的温湿度等参数均由生产工艺来决定。不同的生产工艺对环境空气参数的要求也不相同。

1.2.2　湿空气焓湿图及其应用

（1）湿空气的焓湿气　湿空气就是我们生活和工作的环境空气，就是生产和科学研究的环境空气。其主要成分是干空气和水蒸气。所谓干空气就是不含水蒸气的空气，其中有78%的氮气、21%的氧气和不足1%的氩气等惰性气体和少量的二氧化碳。在湿空气中虽然水蒸气的含量非常少，但是它的作用却非常大。从某种意义上说调节湿空气中水蒸气的含量就是空气调节的重要任务之一。

湿空气的焓湿图是用来表示湿空气的温度、相对湿度、含湿量和焓值等空气状态参数及其相互关系的线算图。是在一定的大气压力的条件下，以焓值为纵坐标、含湿量为横坐标，其夹角为135°的线算图。图中有等温度线、等相对湿度线、等含湿量线和等焓值线。利用焓湿图可以表示空气调节处理过程中所发生的混合、加热、冷却、加湿、去湿等所有空气处理过程，并且利用焓湿图可以计算出空气处理过程中所需要的冷量、加热量、加湿量等各种用量。焓湿图如图1-5所示。

（2）焓湿图中的名词定义

①干球温度：就是用干球温度计测出的空气温度。

②湿球温度：就是用湿球温度计测出的空气温度。也就是说将温度计的水银球用浸水的纱布包裹起来，所测得的稳定的空气温度。从理论来说，湿球温度就是室内放置一盆水，水吸收空气中的热量后部分水蒸发成水蒸气释放到空气中，增加空气的潜热，而空气失去了热量，温度降低失去了空气的显热。当这一热湿交换达到平衡以后，空气所得的潜热（水蒸气）和所失的显热（温度降低）达到平衡后，其空气的总热量（焓值）不变时，此时的水面空气的温度就是空气的湿球温度（即增加的潜热等于失去的显热时）。湿球温度也就是相对湿度100%时的饱和温度。

③相对湿度：空气中实际的水蒸气的分压力与同温度下饱和状态空气的水蒸气的分压力之比。饱和水蒸气的分压力为100%。

④饱和水蒸气的分压力：空气中的水蒸气不断增加达到饱和时，空气中的水蒸气就会凝结成水由空气中分离出来，此时的温度为饱和温度，其相对湿度达到100%。

⑤露点温度：是在一定大气压力的条件下，某含湿量下的未饱和空气因温度不断地降低，相对湿度不断增加，达到饱和状态空气中的水蒸气凝结成水珠，从空气中分离出来时的温度叫露点温度。也就是空气中的水蒸气分压力随空气温度降低不断升高，达到饱和状态（100%）时的温度叫露点温度。

⑥含湿量：即环境空气中1kg干空气所含有水蒸气的质量（g）。

⑦热湿比ε线：空调房间内的全热负荷与全湿负荷之比。

在电子工业产热量大、产湿量小的洁净厂房一般的热湿比8000～10000kcal/kg（1kcal=4.18kJ，下同）趋近正无穷大。

对于医院的洁净手术部的洁净手术室的热湿比在1800～2400kcal/kg。因为人多，所以人的产湿量大，但热负荷较小。

（3）焓湿图的应用　在焓湿图上可以划出空气调节系统中各种空气处理的过程线，并且可以在线算图上查出各种空气处理过程的空气参数和各种所需用量。

①等湿加热：空气含湿量不变条件下的加热。环境空气的干球温度升高，相对湿度降低。如：空气处理中用热水和蒸汽为热源的热交换器加热、电加热器的加热。ε为正的无穷大过程图线，见图1-6。

②等湿降温：空气含湿量不变条件下的降温。环境空气的干球温度降低，相对湿度增加但并未到露点，没有水凝结出来。如：空气处理中的干表冷。即送入表冷器中的冷冻水的初温高于空气露点。此时ε为负无穷大的过程线，见图1-7。

③等焓加湿：空气的焓值不变条件下的加湿。即空气和水直接并充分地进行热交换的过程。水吸收空气中的热量后部分水被蒸发成水蒸气进入空气，空气失去热量温度下降，最终达到空气失去的热量等于空气中增加的水蒸气的含热量。其空气的总热量（焓值）不变。过程线是135°线，ε=0，如图1-8所示为等焓加湿过程。空气处理过程中淋水室（淋循环水）湿膜加湿、高压喷雾加湿、超声波加湿等加湿的过程线。

④升温去湿：空气的温度不断升高含湿量不断降低的过程。固体化学去湿的过程就是生温去湿的过程。即：固体吸湿剂吸收空气中的水分发生化学反应放热使空气温度升高，绝对含湿量降低，相对湿度也降低。过程线近似等焓线。常见的分子筛、氯化锂、硅胶等固体吸湿就是生温去湿过程，见图1-9。

⑤等温加湿：空气干球温度不变条件下的加湿。向空气中喷入水蒸气的过程就是等温加湿过程。空气的温度维持不变，直接将水蒸气喷入空气变成空气中的水蒸气。空气处理中常用的喷蒸汽、喷干蒸汽电极式、电热式的加湿器。过程线图1-10为等温加湿过程。

⑥降温去湿（降温干燥）：空气的温度降低同时含湿量也减低的空气处理过程。向空气中喷淋低于空气露点的冷冻水，或将低于空气露点的冷冻水（冷媒）通入表面冷却器，与空气接触后，使空气温度降低而且还使空气中的水蒸气遇冷凝结成水滴从空气中分离出来，使空气的温度降低，绝对含湿量减少。这是空气处理中最常用的降温去湿的方法，也是冷冻去湿的方法。过程线图1-11为降温去湿过程。向空气中喷淋液体吸湿剂的处理过程也是降温去湿减焓过程，但工程中很少应用。

⑦升温加湿：向空气中喷热水的处理过程，是升温加湿的过程。在工程中很少应用。过程线图1-12为升温加湿过程。

⑧空气的混合过程：两种不同状态的空气混合时，其空气的混合状态点在两种空气状态点的连线上。线段长度之比则为两空气质量之比。其过程线图1-13为混合过程。

焓湿图上几种典型的空气处理过程如图1-14所示为典型的空气处理过程。

湿空气状态的各种参数，如：干球温度、湿球温度、露点温度、相对湿度、含湿量和焓值等之间都是相互关联的，只要知道其中的两三个参数，在焓湿图上就可以确定湿空气的状态点。图1-15为空气状态点参数的确定。

（4）焓湿图的应用举例　一个洁净室的室内参数为N，送风参数为S，热湿比为ε，送风温差为Δt。全新风系统。夏季室外计算参数为W_s，冬季室外计算参数为W_d。现需将室外空气处理到送风参数点S后，用风管送到洁净室内就能满足洁净室的温、湿度要求。采取下面几种方法对空气进行热、湿处理都能达到同一个目的。图1-16为焓湿图上的空气处理过程。

如：夏季空调空气处理过程可以有如下途径来实现：

①W_s→L→S　用表冷器或淋水室将室外空气降温去湿减焓处理后再等湿再热。

②W_s→a→S　用固体化学去湿将室外空气生温去湿再干冷降温。

③W_s→S　用喷淋液体吸湿剂做降温、去湿、减焓处理。

又如：冬季空调空气处理过程可以有如下途径来实现：

①W_d→b→L→S　先用加热器对室外空气预热再等温加湿（喷蒸汽）然后用加热器再热。

②W_d→c→L→S　先用加热器对室外空气预热再等焓加湿（湿膜等）然后用加热器再热。

③W_d→d→S　先用加热器对室外空气加热再等温加湿（喷蒸汽）。

④W_d→L→S　先用喷热水对室外空气升温加湿然后再热。

⑤W_d→e→L₁ 　

（5）空气调节的气流组织　空气调节气流组织设计的任务就是要合理地组织室内空气的气流流动，使工作区的温度、湿度、气流速度和洁净度能很好地满足生产和科学研究以及人们舒适感的要求。气流组织不合理不仅直接影响空调房间的空调参数和空调效果，而且还会增加空调系统的能耗。

空调系统送风口射出空气射流是影响室内气流组织的主要因素，而空调回风口，从流体力学角度来看是空气的汇流，起回风速度衰减很快，与其距离的平方成反比。因此回风口的位置对室内气流组织的影响比较小。

空气调节系统的气流组织形式主要有：上送下回、上送下侧回、上送上回、侧上送侧下回等形式。如图1-17所示为空气调节的气流组织。