1、1第七讲空气处理设备2本讲主要要解决的问题 空气处理的主要原理 空气水质交换 空气热湿处理设备及原理 表冷器 喷水室 加热器、加湿器 除湿设备 空气净化设备 热回收设备3空气处理设备（空调箱、组合式空调机组）空气处理设备Air Handling UnitAHU空调房间排风 新风回风空调房间回风排风新风4一、组合式空调机组一、组合式空调机组5组合式空调机组立柜式空调机组 吊顶式空调机组一、组合式空调机组6一、组合式空调机组功能段完备的组合方式回风 排风 新风组合式空调器的内部7一、组合式空调机组送风空气过滤器进风组合式空调器的内部8转轮全热回收装置过滤器一、组合式空调机组新风排风回风送风冷盘管热
2、盘管过滤器9二、空气 -水热交换原理 （一）空气热湿处理的 11种过程在 i-d图上的表示二、空气 -水热交换原理干式加热等温加湿绝热加湿等湿冷却绝热除湿加热除湿加热加湿等温除湿冷却除湿增焓冷却加湿减焓冷却加湿10（二）空气热湿处理途径及其处理设备类型 处理途径 热质交换 处理介质 水、水蒸汽、冰、盐类溶液、制冷剂等 处理设备类型： 接触式热湿交换设备：喷水室、蒸汽加湿器、局部加湿器、液体吸湿装置 表面式热湿交换设备：肋管式、光管式二、空气 -水热交换原理序序 号号 过过 程程 喷喷 淋淋 室室 表表 面面 式式 换换 热热 器器 蒸蒸 汽汽 / 电电加加 湿湿 器器 电电 加加 热热 器器
3、房房 间间 加加 湿湿 器器 间间 接接 蒸蒸 发发 表表 冷冷 器器 除除 湿湿 机机 固固 体体 吸吸 湿湿 剂剂 液液 体体 吸吸 收收 减减 湿湿 11 冷冷 却却 除除 湿湿 22 等等 湿湿 冷冷 却却 33 减减 焓焓 冷冷 却却 加加 湿湿 44 绝绝 热热 加加 湿湿 55 增增 焓焓 冷冷 却却 加加 湿湿 66 等等 温温 加加 湿湿 77 加加 热热 加加 湿湿 88 等等 湿湿 加加 热热 99 加加 热热 减减 湿湿 11 00 绝绝 热热 减减 湿湿 11 11 等等 温温 减减 湿湿 二、空气 -水热交换原理 空气： dQz=dQx + dQq= (t-tb)+
4、r (d-db)dF水： dQz=w C dtw析湿系数 (换热扩大系数 ) ： = dQz /dQx如果 Lewis关系式 成立，则有焓差动力式：dQz= (t-tb) + r (d-db)dF= Cp(t-tb)+ r (d-db)dF = (i - ib)dF12（三） 质量与热量同时传递的换热量二、空气 -水热交换原理i = 1.01 t + (2500+1.84 t ) d = (1.01+1.84d) t +2500d =Cp t+ r d其中焓的表达式为：汽化潜热对流传质系数 Lewis关系式 成立的条件：当质交换 Sc =热交换 Pr 时，则有：对流质交换强度 Sh(Re, S
5、c)=对流热交换强度 Nu(Re, Pr)即当 Le a /D Sc/Pr =1时， = /Cp式成立。由于水蒸汽在空气中扩散的 Sc=0.6， 空气的 Pr0.72则 Le a /D Sc/Pr 0.83 1所以水蒸汽在空气中扩散时 式基本成立即焓差是空气中水蒸汽热质交换的动力。13（三） 质量与热量同时传递的换热量Sc：施密特准则 = /DPr：普朗特准则 = /aSh：宣乌特准则 = L /DNu：努谢尔特准则 = L /二、空气 -水热交换原理：热扩散系数 (m2/s)， D：质扩散系数 (m2/s)pCa 14三、表面式换热器 cooling/heating coil 1. 构造与类
6、型 肋管式与光管式多用肋管式绕片、串片、轧片；内拉螺旋槽。 材料铜、钢、铝 安装形式：水与空气侧均可串、并联。蒸汽回路只能并联。三、表面式换热器15表面式换热器的翅片类型三、表面式换热器16串片式表面式换热器三、表面式换热器三、表面式换热器17t1, i1t2, i22. 过程特征 空气与水不直接接触 逆流、顺流，水温越不过空气的 入口 干球温度 空气只能除湿，不能加湿。可实现三种过程 终状态点必在起始点至饱和线的切线或割线上tw1tw2t2, i2t1, i1tw1tw2三、表面式换热器空气与水呈顺流，过程如何？182.过程特征 显热交换 Q=K Ftm肋管借助肋壁换热公式肋化系数 = Fw
7、 / Fn o=(F基 +f F肋 ) / Fwf =实际散热量 /整个肋表面处于肋基温度下的散热量 管内流动的强制对流实验关联式Dittus-Boelter公式 :Nu=0.023Re0.8Prm 故有： n=Bwn考虑了析湿作用考虑了肋的作用的折合（ K以外表面积为基础）三、表面式换热器nwK 011192.过程特征 外横掠肋管实验式：圈 肋： Nu = 0.1378Re0.718Pr1/3(S/l )0.269f连续肋： Nu = 0.251Re0.67(S1-dr)/dr-0.2(S1-dr)/S+1-0.2 (S1-dr)/(S3-dr)0.4故对湿工况均有： w=AVym p 实验
8、整理式：实际应用时导热热阻常被忽略。三、表面式换热器1-11 nPmy BwAVK 202.过程特征 为什么用传热单元法？ 有凝结现象存在，故平均温差不能反映热交换情况 顺流或逆流的对数平均温差 : 对于叉流，可在 tm上乘以修正系数 (0.51.0) 传热伴随湿交换时 变化很大。因此采用 -NTU (效能 -传热单元 )法，优点 是不受 限制， 使出口参数用显式表示。三、表面式换热器)/l n ( m i nm a xm i nm a xtttttm 213.表冷器 全热交换效率 Eg(干球效率 ) 换热器效能 物理意义：显热换热效果与最大可能的换热效果之比 定义式：Eg 变化最大的流体温差
9、 / 两流体间的最大温差三、表面式换热器2t1 111121 wttttt2tw1223.表冷器理论公式与实验吻合很好，可直接使用：其中： 传热单元数， Ks：湿工况传热系数 代表 1 温差传热量 /空气升高 1 所需热量。 两流体的水当量比， 析湿系数， 代表全热交换量 /显热交换量三、表面式换热器)1()1(11 eeEgpsCGFK a i rw a t e rw a t e rpdtdtWCCG )( 2121ttCiip 接触系数 E(通用 或 第二热交换效率 )反映了空气与冷表面接触的充分程度。问题 : 如果状态点在下面部分，上式适用否？233.表冷器t3: 机器露点 , 是 1、
10、 2连线的延长线与饱和曲线的交点，可以认为是表冷器表面的平均温度三、表面式换热器1121223121 ssttttttttE 2t1 1t2tw1ts1ts2t3接触系数的物理意义24t1 50%接触：t2= (t1+t3)/2t3t3t1100%接 触，终状态落在饱和线上t2=t3t1t3t3t1t1 t1 完全没有接触，终状态： t2=t1t 3t 1t 2t 2 =t 3t 1终状态必然落在初状态至饱和线的切线或者割线上。253.表冷器 接触系数 E理论式：肋通系数外表面换热系数 w Vym（其中， m1）由于 w难求，故 E由实验确定，与结构、迎面风速 Vy及肋管排数 N有关。三、表面
11、式换热器pywpyywpwCVaNCVFFGCFeeeE 111yNFFa 263.表冷器 影响效率的因素 提高接触系数 E的技术途径： 增加排数 降低迎面风速 与全热交换效率 Eg有关的因素： KF(结构 ) 风量和迎面风速 G、 Vy 水量 w、进水温度 tw1 析湿系数 三、表面式换热器273.表冷器 设计与校核计算基本方程式：1. 要求的 Eg与 E 表冷器可达到的 Eg和 E2. 热平衡方程 Q空气 =Q水 ,1121 fttttw Nvftt tt yss ,11122 )()( 1221 ww ttwciiGQ 三、表面式换热器28(1) 设计过程 设计计算的任务 选择定型表冷器
12、以满足已知初终参数的空气处理要求三、表面式换热器已知风量、进出口空气参数，入口水温 tw1求出 和 E ，用 E选型号和排数根据型号和 Vy确定 Fy（并联台数）和 F再用根据表冷器的 KF值求 Eg*根据入口水温算需要的 Eg用经济流速假定水流量 W和 判断 Eg*=Eg？调整水量和 N求水终温 tw2Y29已知要处理的空气初参数、风量，表冷器的结构、水量 W 、水的初温 t w 1求 V y, ，水流速 w 和 E虚拟 空气的出口参数 ：假定 t2 ，求 t s 2 和 i2Eg E g ?查实验式 K ，由理论式求 E g求 Eg 和 No求 t w 2(2)校核计算 校核计算的任务 检
13、查一定型号的表冷器能将一定初参数的空气处理到什么样的终参数三、表面式换热器303.表冷器t3ts2ts1tw2问题 1：表冷器的什么状态点可以用饱和线上的点表示？三、表面式换热器tw1t2t1313.表冷器问题 2：如果表冷器水温高于露点温度，空气终状态落在什么位置？1?twtl三、表面式换热器？324.加热器 热水 采用平均温差法计算，常用算术平均温差代替对数平均温差。 当 tmax/tmin2时，用算术平均温差 tp代替对数平均温差tm，误差小于 4% 水流量由水系统决定，影响了空气的终参数。 传热系数实验整理式： K = A(v)mwn空气侧具有“经济质量流速” , v = 8kg/(m
14、2s)三、表面式换热器222121 ttttt wwp334.加热器 蒸汽 蒸汽在加热器内的平均换热温差如何求？ 蒸汽在加热器内处于相变温度。 tm=？ 蒸汽流量如何确定？蒸汽流速取决于换热量的大小，出口全是凝结后的水，故蒸汽换热器没有串联使用的 传热系数实验整理式： K=A”(v)m”三、表面式换热器345.间接蒸发表冷器 被动式冷却方法 节能措施 被动式冷却方法，利用湿球温度低的空气降低水温，从而为另一侧空气降温水膜室外空气被处理空气换热壁面饱和水蒸汽层三、表面式换热器ByAVH bah 表面式换热器阻力计算：空气侧水侧（自学）35四、喷水室 (air washer, saturator)
15、 1.基本构造四、喷水室362.类型 卧式、立式 (处理小风量，占地面积小 ) 单级，双级 低速 (23m/s)， 高速 (4.56m/s， 有些产品 810m/s) 填料式 (增加喷水效率 )，无填料式四、喷水室37四、喷水室卧式喷水室的喷水排管布置38挡水板喷水排管喷嘴39采用喷水室的组合式空调机组四、喷水室403.特点 优点 处理过程多样性，可除尘 缺点 占地面积大，对水质要求高 水系统为开式系统，水泵能耗大，耗水量大 适用范围 工业建筑：如纺织厂、卷烟厂大量使用四、喷水室41喷水室的空气处理过程 主流空气与水表面形成的饱和空气层不断混合的过程 空气的终状态取决于喷淋水的温度，极限情况下
16、处理至 饱和线 冷却除湿： twta 等温加湿绝热加湿冷却除湿减焓冷却加湿加热加湿增焓冷却加湿增湿与减湿分界线增焓与减焓分界线升温与降温分界线四、喷水室424.热工指标与影响因素 过程特征a. 喷淋冷冻水，水终温越不过空气的初始湿球温度b. 终状态点必在起始点至饱和线的切线右侧四、喷水室ts2t3212345tw1tw2 1ts1434.热工指标与影响因素 热工指标(1)全热交换效率 E (第一热交换效率，或热交换效率系数 )：反映了热湿交换的完善程度。需同时考虑空气和水的状态变化，一般而言， E1， E=1 喷嘴密度：表面水苗重叠和空气旁通，有最佳值 喷水方向：单排逆喷，双排对喷好 排管间距
17、：从占地面积与热交换效果考虑有最佳值 喷嘴孔径：孔径小，水滴细，效率高，但易堵塞四、喷水室双排顺喷 双排逆喷 双排对喷475. 设计与校核计算 原则（ 1）要求的 E与 E喷水室能达到的 E和 E（ 2） Q空气 Q水 设计过程 已知要处理的空气初、终参数、风量，求喷水室的结构、喷水量、水的初温、终温。 校核过程 已知要处理的空气初参数、风量，喷水室的结构、喷水量、水的初温，求空气与水的终参数。四、喷水室48习题 1例题 3-4， 请定量给出答案： (1) 假定该表冷器用于 VAV系统，处理风量为 50设计风量时，如何调节水量或改变水的初温来保证送风状态基本不变？ (2) 风量不变，空气初参数
18、变为 t=25.6 ， ts=22 ，能够通过调节水量或水温保证处理后的机器露点不变吗？冷冻水供水温度最低可达到 5 。 (3) 如果冬季用同一表冷器把 t=12 的空气加热到22 ，风量同夏季，水初温为 43 。求水量与加热用排数。请画出表冷器水管连接的示意图。49习题 2例题 3-1，非高峰负荷时期，空气的初参数变成 t =25 ， ts=19.5 时，要求空气的终参数不变，若不改变水的初温，只改变喷水量，水的终温会如何变化？若改变水的初温，喷水量不变，应如何调节？请根据习题 1和习题 2 的结果，评述表冷器和喷水室在部分负荷的时候，要维持送风状态不变的话，采用量调节（改变水量）还是质调节
19、（改变水温）的方法比较好。50五、加湿设备 基本类型： 等温加湿蒸汽加湿干蒸汽加湿器电热式加湿器电极式加湿器 等焓加湿喷水雾加湿超声波加湿器离心式加湿器五、加湿设备1 2351加入蒸汽后空气应该升温多少 ? 1kg空气能加入的水蒸气？ 10g100 水蒸气的显热？ Cpv=1.84kJ/kg 0.01kg 100 1.84kJ/kg =1.84kJ 25 空气的焓？ 空气温升？五、加湿设备干蒸汽加湿器 需要外部蒸汽源 加湿量大，可加到 95% 可通过电动调节阀实现湿度精确控制52五、加湿设备干蒸汽风管加湿器饱和蒸汽汽水分离室五、加湿设备 等温加湿： 电极式加湿器 利用自来水的电导率，与电极形成
20、回路，加热水形成蒸汽 通过控制水位改变电极的电流，从而改变加湿量 可与组合式空调、新风机组、通风管道配套使用 水中离子过多则要换水53五、加湿设备组合式空调机组用电极式加湿器54五、加湿设备55等温加湿：红外线式加湿器五、加湿设备 利用石英红外线加热器加热水，使水在不沸腾的状况下快速蒸发，可避免结垢。 用于柜式空调器，如机房精密空调机组。56等焓加湿： 湿膜蒸发加湿器加湿材料可以是有机、无机或金属材料五、加湿设备57五、加湿设备湿材：特制的规则波纹状纤维纸增加了热质交换的面积Flash here优点：洁净无噪音缺点：加湿量小58等焓加湿： 超声波加湿器五、加湿设备家用型59等焓加湿： 水泵加压
21、喷雾式加湿器五、加湿设备金属加压等焓加湿： 水泵加压喷雾式加湿器6061六、除湿设备 除湿过程的机理： 冷冻除湿 吸收除湿 吸附除湿 转轮除湿机（吸收、吸附） 除湿 ，需要把已经混在一起的干空气与水蒸气分开，是需要消耗能源才能完成的过程，比加湿过程要困难得多621. 吸收除湿 液体吸湿剂如 LiBr、 LiCl、 CaCl溶液（ liquid desiccant），固体吸湿剂如CaCl2， 生石灰 原理：温度相同条件下 Pqb吸湿剂 70新风回风送风排风71溶液再生过程 Out door a i r E x haus t a i r P l a t e HX H ot w a t e r C
22、once nt ra t e d s ol ut i o n D i l ut e d S o l ut i on H e a t R e c ove r y H e a t E X 80 . 0 C 55 . 7 C W a rm wa t e r 六、除湿设备排风新风浓溶液稀溶液722. 吸附除湿 原理 固体吸附剂（ Solid desiccant）孔隙内表面吸附作用，曲率半径小的凹面上水蒸汽分压力 平液面上水蒸汽分压力，孔隙表面水蒸汽分压力 千级 万级 十万级 三十万级 百级的含义： 0.5 m尘粒不超过 100个 /ft3，3520个 /m388(二 )空气过滤器 1. 空气过滤器的性
23、能指标 过滤效率=(n1-n2)/n1 100%=(1-n2/n1) 100%分为质量效率、计数效率、粒径分组效率 串联过滤效率 =1 - (1- i)严格说后一级效率应不同，应有所降低，尘粒粒径分布改变了。七、空气净化设备与系统89(二 )空气过滤器检测方法： 质量效率测量：质量法比色法 (精确 ) 计数效率测量：钠焰法 (氯化钠固体尘 )油雾法 (透平油液态雾 , 0.3 m)粒子计数器 (大气尘、人工尘 0.1 m以上 )七、空气净化设备与系统90(二 )空气过滤器 穿透率 p = 1- = n2/n1 反映过滤后的含尘量 串联穿透率 p = pi 净化系数 Kc = 1/p = n1/
24、n2 反映了过滤后空气净化的程度。 过滤效率 99，穿透率 1，净化系数为 100倍。100 pn1 n2七、空气净化设备与系统91(二 )空气过滤器 过滤器阻力： 阻力与迎面风速或滤速有关。越高效阻力越大 终阻力 2倍初阻力。不及时清洗或更换滤料，会使系统风量急剧下降。 过滤器容尘量：达到终阻力时的容尘质量 过滤器的面速和滤速 面速：迎面风速 滤速：通过滤料的流速七、空气净化设备与系统面速滤速92(二 )空气过滤器 2、空气过滤器的分类材料：金属网 (初 )，泡沫塑料 (初、中 )、玻璃纤维、化纤。 (1)初效： 5m以上。自动卷绕式，自动浸油式，可换滤料式，M型。 (2)中效： 1 m以上
25、。平板型、 V型、 M型、袋式。 (3)亚高效： 0.5 m以上。滤管式，平板型、 V型、静电过滤器 。 (4)高效： 0.1 m以上。计数效率 99.9%。折叠式滤纸滤料。 (5)超高效： 0.1 m以上。计数效率 99.999%。七、空气净化设备与系统93自动卷绕式空气过滤器七、空气净化设备与系统94平板型抗菌折叠型折叠型高效抗菌型95袋式折叠型过滤器的类型七、空气净化设备与系统96(二 )空气过滤器 3.用法： 一般净化要求：一道初效过滤器 中等净化要求：一初效，一中效 超净净化要求：至少三道，一初效，一中效，末级为高效。不可用浸油式，防止带油七、空气净化设备与系统过滤器的使用方法97初
26、效过滤器 中效过滤器 高效过滤器98(三 )过滤器的选择计算需要的过滤器效率：=1- (L C-M) / (LwCw+ LhC )七、空气净化设备与系统Cs=C-M/LCw, LwC, MLh, CL, CsM 颗粒物产生速率C 室内控制浓度L 送风量99习题 4如果过滤器搬到新风道上，过滤效率应该是多少？与放在送风道上相比有什么优缺点？七、空气净化设备与系统Cw, LwC, MLh, CL, Cs100八、热回收装置NWLN W减少的冷量101热回收原理室外新风室内排风新风送风排风八、热回收装置102带热回收装置的新风机组八、热回收装置103有新排风显热回收装置的组合式空调机组八、热回收装置104习题 5 需要把空气状态 1从 35 、 75，处理到空气状态 2： 20 、 85，可以采用什么样的空气处理方案？请： 至少提出两种途径，在焓湿图上画出过程，并给出空气处理设备的流程图； 分析不同途径的特点，给出评述105The End习题数目： 5加热、降温设备： 2除湿设备： 1空气净化设备： 1综合： 1
