1、空气热、湿处理,【知识点】空气热、湿处理设备构造和工作原理，热、湿处理设备的功能和实现方法；表面式换热器（加热器和表冷器）安装调节方法。 【学习目标】了解空气热、湿处理设备构造和工作原理，掌握热、湿处理设备的功能和实现方法；掌握表面式换热器（加热器和表冷器）安装调节方法。,目 录,10.1,10.2,10.3,10.4,空气热、湿处理过程,表面式换热器,喷 水 室,其他空气热、湿处理设备,10.1 空气热、湿处理过程,10.1.1 空气热湿处理途径,由 图分析可知，在空气处理过程中，为达到同一状态点，可以有不同的空气处理途径，现以全新风空气处理系统为例，如图10.1所示。一般地说，空调房间在冬
2、夏两季需要的送风状态不同，这里为了说明问题，而作为相同状态点对待。夏、冬季空气的状态点分别为 、 状态，送风状态点为 点。达到要求的送风状态点 ，则可能有图10.1所示的各种不同的空气处理途径，这些空气的处理途径是由一些简单的空气处理过程组合而成的，表10.1列出了空气处理各种途径和设备的方案说明。至于究竟采用何种途径，须结合各种空气处理设备的特点，经分析比较后确定。空气处理方案应满足经济、有效的原则。,10.1 空气热、湿处理过程,表10.1 空气处理各种途径的方案说明,10.1 空气热、湿处理过程,图10.1 空气热湿处理的各种途径,10.1 空气热、湿处理过程,10.1.2 空气热湿处理
3、设备类型,如前所述， 图上的一条直线代表了一个空气状态变化过程，但是在实际工程中，某一特定的空气状态变化过程要靠外部作用，即空气处理设备来实现。而某一特定的空气处理设备的工作原理和它所能实现的空气处理过程是有限制的。因此，实际的空调过程通常是在几种设备可以实现的处理过程的共同作用下完成的。这些设备总的来说可归结为空气和直接接触式及间接接触式两大类。,10.1 空气热、湿处理过程,直接接触式热湿交换设备是指热湿交换的介质直接和被处理的空气接触进行热湿交换的设备。例如在喷水室中喷入不同温度的水，可以实现空气的加热、冷却、加湿和减湿等过程。用蒸汽加湿器喷蒸汽，可以实现空气的等温加湿过程等；表面式热湿
4、交换设备是指热湿交换的介质不直接和被处理的空气接触，而是通过空气处理设备的金属表面进行热交换的设备。例如在空气加热器中通入热水或蒸汽，可以实现空气的等湿加热过程，在表面式冷却器中通入冷水或制冷剂，可以实现空气的等湿冷却和减湿冷却过程。在空调工程中，应用最多的热湿处理设备是喷水室和表面式换热器，下面主要对这两种空气处理设备的工作原理和选择计算做些介绍。,10.1 空气热、湿处理过程,10.1.3 喷水室处理过程,10.1.3.1 喷水室处理空气状态变化过程由湿球温度的形成过程可知，空气与水滴之间是通过水滴表面饱和空气边界层不断地进行着对流热交换和对流质交换，其中显热交换取决于二者间的温差，潜热交
5、换和湿(质) 交换取决于水蒸气分压力差，而总热交换是以焓差为推动力。当空气流经水面或水滴周围时，就会把边界层中的饱和空气带走一部分，而补充的新空气在与水滴表面进行热湿交换后，又达到饱和状态。这样，当水滴表面的饱和空气层不断地与流过的空气相混合，就使整个空气状态发生变化。因此，空气与水直接接触时的热湿交换过程可以看作是初始状态的空气与水滴边界层中饱和空气的混合过程。,10.1 空气热、湿处理过程,根据两种不同状态空气混合的规律可知，混合后的状态点应当在空气的初始状态点与喷水温度下的饱和空气状态点的连线上。参与混合的饱和空气越多，空气的终状态点（即混合后的状态点）就越靠近饱和线。若满足下列假设条件
6、时：与空气接触的水量无限大；空气与水接触的时间无限长，则全部空气都能达到饱和状态。这时，空气的终状态点将位于饱和线上，空气的终温就是喷水温度。由此，不难推知，当喷水温度（即与空气接触的水温）不同时，空气的状态变化过程也就不同。用喷水室处理空气，采用不同的喷水温度，可以实现如图10.2和表10.2所示的七种空气状态变化过程。下面对其中的A-2、A-4和A-6过程做些分析。,10.1 空气热、湿处理过程,图10.2 空气与水直接接触时的状态变化过程,10.1 空气热、湿处理过程,表10.2 喷水室处理空气状态变化过程的特点,10.1 空气热、湿处理过程,（1）A-2过程用温度等于空气露点温度的水(
7、 )喷淋空气时可以实现这一过程。这时，空气虽然与水接触，但由于 ，过程的湿交换量为零，空气既没加湿也没减湿，只是由于 ，存在显热交换，空气向水传热而使温度下降，空气的状态变化为等湿冷却过程。 （2）A-4过程用温度等于空气湿球温度的水( )喷淋空气时可以实现这一过程。这时，由于 ，表明空气向水传热，温度下降，显热减少。但由于 ，说明空气被加湿，由于空气得到了在湿球温度 下蒸发的 千克水蒸气所具有的潜热，空气的潜热增加。如果忽略空气得到的原来处于 温度下的液体热 ，则空气的总热交换量为零。空气的状态变化为一等湿球温度过程。由于等湿球温度线与等焓线非常接近，此过程近似为等焓加湿降温过程。,10.1
8、 空气热、湿处理过程,（3）A-6过程用温度等于空气干球温度的水喷淋空气时可以实现这一过程。这时,因为 ,空气与水之间无显热交换，但由于 ,说明空气被加湿，同时潜热增加。空气状态变化的总效果是一为等温增焓加湿过程。根据处理上面这三种典型的空气状态变化过程的喷水温度，可判断在某一特定的喷水温度下，可以实现的空气变化过程是加湿还是减湿，是增焓还是减焓，是升温还是降温过程。如表10.2所示。,10.1 空气热、湿处理过程,10.1.3.2 用喷水室处理空气的实际过程前面介绍用喷水室处理空气，根据喷水温度不同，可以实现七种空气状态变化过程时指出，在满足两个假设条件的基础上，空气的终状态将位于饱和线上，
9、而且空气的终温就是喷水温度。但是，实际用喷水室处理空气时，喷水量总是有限的，空气与水接触的时间也不可能无限长。因此，空气状态和水温都是在不断地发生变化，空气的终状态也很难达到饱和。实践表明，对于双排喷嘴的喷水室空气终状态的相对湿度一般只能达到95%98%，采用双级处理空气时，空气终状态的相对湿度才能达到100%。实际的喷水室处理空气时，空气状态和水温都在不断变化，因此，喷水室中空气状态变化的实际过程在 图上不是直线，而是一条曲线。该曲线的弯曲程度和空气与水的相对运动方向有关。,10.1 空气热、湿处理过程,在顺喷时，因为空气和水滴的运动方向相同，空气是先与具有初始温度 的水接触，有一小部分空气
10、达到饱和，这部分饱和空气的温度为 ，它们与其余的空气混合，达到混合状态点1，这时水的温度由于吸收了空气中的热量变为 。状态1的空气和温度为 的水滴接触，又有一小部分空气达到饱和，温度为 ，这部分饱和空气和其余的空气混合后，达到混合状态点2，同时水的温度由于吸收了空气中的热量又升高为 。状态2的空气再与温度为 的水滴接触，使一小部分空气达到饱和，温度为 ，这部分饱和空气和其余的空气混合后，达到混合状态点3，同时水的温度由于吸收了空气中的热量又升高为 ，这样一直继续下去，最后可以得到一条表示空气状态变化过程的折线 。当点取的足够多时变为一条曲线，如图10.3（a）所示。,10.1 空气热、湿处理过
11、程,在逆喷时，空气状态的变化过程的分析和顺喷时一样，只是这时空气和水滴的运动方向相反，状态A的空气与具有终态温度 的水先接触，空气的状态变化过程是 ，如图10.3（b）所示。从上面的分析可知，无论是顺喷，还是逆喷，喷水室中的空气状态变化过程在 图上都不是直线，而是一条曲线。如果接触时间充分,顺喷时,空气的终态温度等于水的终温 ，逆喷时，空气的终状态等于水的初温 。,10.1 空气热、湿处理过程,图10.3 喷水室处理空气状态变化的实际过程 （a） 顺喷； （b）逆喷,10.1 空气热、湿处理过程,在实际的喷水室中，空气与水滴的相对运动情况既不是顺流，也不是逆流，而是复杂的交叉流。由于在实际工程
12、中，所关心的只是喷水室处理后的空气状态，而不是空气状态变化的轨迹，所以，在分析计算中采用连接空气初终状态的直线来表示实际的空气状态变化过程。,10.2 表面式换热器,在空气的热湿交换中，另一类广泛使用的热湿交换设备是表面式换热器，它包括空气加热器和表面式冷却器两种。,10.2.1 表面式换热器的构造、安装和运行调节,10.2.1.1 表面式换热器的构造表面式换热器是一些金属管的组合体。管中通有与空气进行热湿交换的热媒或冷媒，通过金属的外表面与空气进行热湿交换。由于空气侧的表面传热系数大大地小于管内的热媒或冷媒的表面传热系数，为了增强表面式换热器的换热效果，降低金属耗量和减小换热器的尺寸，通常采
13、用肋片管来增大空气一侧的传热面积，达到增强传热的目的，其构造如图10.4所示。,10.2 表面式换热器,图10.4 肋片管式换热器,10.2 表面式换热器,根据加工方法不同肋片管又可分为绕片管、串片管和轧片管等，如图10.5所示。皱褶式肋片管是用绕片机把铜带或钢带紧紧地缠绕在管子上制成，如图10.5（a） 。皱褶绕片既增加了肋片与管子之间的接触面积，又可使空气流过时的扰动增加，从而提高了肋片管的传热系数。但是，皱褶会使空气流过肋片管的阻力增加，而且容易积灰，不易清理。为了消除肋片管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。如图10.5(b)的绕片没有皱褶，它们是
14、用延展性好的铝带缠绕在钢管上制成。串片管是把事先冲好管孔的肋片与管束在一起，通过胀管处理使管壁与肋片紧密地结合在一起，如图10.5（c） 。轧片管是用轧片机在光滑的铜管或铝管表面轧制出肋片制成，如图10.5（d） ，由于轧片和管子是一个整体，没有缝隙产生接触热阻，轧片管的传热性能很好。但是，轧片管的肋不能太高，管壁也不能太薄。,10.2 表面式换热器,如图10.5（e）的二次翻边片（即在管孔处翻两次边）可进一步强化外侧的热交换系数，并可提高胀管的质量。为尽量提高肋管式换热器的传热性能，除肋式管加工中尽量保证接触紧密设计中优化各种结构参数，应用亲水性表面处理技术外，还应着力提高管内、外侧的热交换
15、系数。强化管外侧换热的主要措施包括用二次翻边片代替一次翻边片，用波纹片、条缝片和波形冲缝片等新型肋片代替平片。强化管内侧换热最简单的措施则是采用内螺纹管。研究表明，采用上述措施后可使表面式换热器的传热系数提高10%70%。,10.2 表面式换热器,(a)皱褶绕片 图10.5 各种肋片管式换热器的构造,10.2 表面式换热器,（b）光滑绕片图 10.5 各种肋片管式换热器的构造,10.2 表面式换热器,（c）串片 图10.5 各种肋片管式换热器的构造,10.2 表面式换热器,（d）轧片 图10.5 各种肋片管式换热器的构造,10.2 表面式换热器,（e）二次翻边片图 10.5 各种肋片管式换热器
16、的构造,10.2 表面式换热器,10.2.1.2 表面式换热器的安装表面式换热器可以垂直、水平和倾斜安装。对于用蒸汽作热媒的空气加热器，水平安装时，为了排除凝结水，应当考虑有 i=0.01的坡度。对于表冷器，在垂直安装时必须使肋片处于垂直位置，以免肋片积水增加空气的阻力和降低传热系数。为了接纳凝结水并及时将凝结水排走，表冷器的下部应当设置滴水盘和排水管，如图10.6所示。表面式换热器在空气流动方向上可以并联、串联或既有并联又有串联。多个表面式换热器组合时，空气量大时采用并联；要求空气的温升或温降大时采用串联。表面式换热器冷、热媒管路也有并联与串联之分。对于使用蒸汽作热媒的表面式换热器，因为进口
17、余压一定，蒸汽管路与各台换热器之间只能并联。一般相对于空气来说，并联的冷却器其冷水管路也必须并联，串联的冷却器其冷水管路也必须串联，如图10.7示。,10.2 表面式换热器,图10.6 滴水盘和排水管的安装,10.2 表面式换热器,图10.7 表面式换热器的管路连接,10.2 表面式换热器,为使冷、热媒与空气之间有较大温差，最好让空气与冷、热媒之间按逆交叉流型流动。为便于使用和维修，冷、热媒管路上应装设阀门、压力表和温度计。在蒸汽加热器的管路上还应设蒸汽压力调节阀和疏水器。为保证换热器正常工作，在水系统最高点应设排气阀，在最低点则应设泄水、排污阀门。 10.2.1.3 表面式换热器的运行调节表
18、面换热器的换热量是在设计工况下确定的，如果工况发生变化，就必须对换热量进行调节，以满足工艺的需要。 表面换热器的换热量的调节主要方法有以下几个方法： （1）调节热媒流量：在热媒参数不变的前提下，通过调节换热器的热媒入口阀门的开启度来调节热媒流量，从而调节表面换热器的换热量。 （2）调节热媒参数：在热媒流量不变的前提下，通过调节热媒参数（温度）来调节表面换热器的换热量。,10.2 表面式换热器,（3）调节旁通风量：通过调节设置在换热器上部或侧部的旁通风门的开启度来控制通过换热器的风量的大小，从而调节表面换热器的换热量。,10.2.2 电加热器,电加热器是让电流通过电阻丝发热而加热空气的设备。具有
19、结构紧凑、加热均匀、热量稳定、控制方便的优点。但是电加热利用的是高品位的热能，它只宜在一部分空调机组和小型空调系统中使用，在恒温精度要求较高的大型空调系统中，也常用电加热器控制局部加热或末级加热使用。,10.2 表面式换热器,常用的电加热器有裸线式和管式两种。裸线式电加热器由裸露在空气中的电阻丝构成，通常做成抽屉式以便于维修；裸线式电加热器的优点在于热惰性小，加热迅速，结构简单。管式电加热器是由管状电热元件组成，如图10.8所示，它是把电阻丝装在特制的金属套管内，套管中填充有导热性好、但不导电的材料；这种电加热器的优点是加热均匀，热量稳定，使用安全，缺点是热惰性大，结构也比较复杂。为了确保安全
20、，设计电加热系统特别是采用裸线式电加热器时，必须满足下列要求： （1）电加热器宜设在风管中，尽量不要放在空调器内；电加热器应与送风机联锁。 （2）安装电加热器的金属风管应有良好的接地；在电加热器后的风管中应安装超温保护装置。 （3）电加热器前后各0.8m范围内的风管，其保温材料均应采用绝缘的非燃烧材料。,10.2 表面式换热器,（4）安装电加热器的风管与前后风管连接法兰中间须加绝缘材料的衬垫，同时也不要让连接螺栓传电。 （5）暗装在吊顶内风管上的电加热器，在相对于电加热器位置处的吊顶上开设检修孔。 电加热器功率的确定：（10.1） 式中 为电加热器的功率(kW); 为送风量（m/h）； 为电加
21、热器的效率， =0.850.9，一般取 =0.85； 为电加热器中要求的空气温升（）。,10.2 表面式换热器,图10.8 管式电加热器（a）管式电加热器;（b）不同型号管式电加热器的形式 1、接线端子；2、瓷绝缘子；3、紧固装置；4、绝缘材料；5、电阻丝；6、金属套管,10.3 喷 水 室,喷水室的主要优点在于能够实现多种空气处理过程，具有一定的空气净化能力，消耗金属少且容易加工制作；缺点是对水质要求高，占地面积大，水泵耗能多。在温湿度要求较高的场合，如纺织厂等工艺性空调中仍大量使用。喷水室有卧式和立式、单级和双级、低速和高速之分，其供水方式有天然冷源和冷冻水等不同形式。,10.3.1 喷水
22、室构造,喷水室的构造，如图10.9所示，主要构件有喷嘴、挡水板、外壳和排管、底池及附属设施。,10.3 喷 水 室,图10.9 喷水室的构造 1-挡水板；2-喷嘴与排管；3-后挡水板；4-底池；5-冷水管；6-滤水器；7-循环水管；8-三通混合阀；9-水泵；10-供水管；11-补水管；12-浮球阀；13-溢水器；14-溢水管；15-泄水管；16、防水灯；17-检查门；18-外壳,10.3 喷 水 室,10.3.1.1 喷嘴国内常用的是Y-1型离心喷嘴，如图10.10所示。近年来陆续研制出BTL-1型、FKT型、FL型和PY-1型喷嘴。喷嘴的材料一般采用黄铜、尼龙、塑料和陶瓷等。喷嘴喷出的水滴大
23、小、水量多少、喷射角和作用距离等与喷嘴的构造、喷嘴前的水压及喷嘴的孔径有关。同一类型的喷嘴，孔径越小，喷嘴前水压越高，喷出的水滴越细；孔径相同时，水压越高，则喷水量越大。根据喷出水滴直径的大小喷嘴可分为粗喷、中喷和细喷。细喷时，喷嘴的孔径为2.02.5，喷嘴前的水压大于0.25MPa，水滴直径为0.050.2mm，与空气接触时温度升高快，容易蒸发，适用于空气的加湿过程。中喷时，喷嘴的孔径为2.53.5mm，喷嘴前的水压在0.2MPa左右，水滴直径为0.150.25mm 。粗喷时，4.05.5mm，喷嘴前的水压在0.050.15MPa范围，水滴直径为0.20.5mm。,10.3 喷 水 室,图1
24、0.10 Y-1型离心喷嘴（a）构造；（b）喷水量与喷水压力、喷嘴孔径的关系1-喷嘴本体；2-顶盖,10.3 喷 水 室,中喷和粗喷时，喷嘴喷出的水滴直径较大，与空气接触时的温升慢，适用于空气的冷却干燥。为了使喷出的水滴能均匀地布满整个喷水室断面，喷嘴一般布置成梅花形，如图10.11所示。 10.3.1.2 挡水板挡水板分为前挡水板和后挡水板，一般用厚度为0.751.0mm的镀锌钢板制作，如图10.12所示。当夹带水滴的空气流经挡水板的曲折通道时，被迫改变运动方向，水滴在惯性作用下，与挡水板表面碰撞，积聚在挡水板面上流入底池。前挡水板的作用是均匀分布进入喷水室的气流、防止悬浮的水滴溢出和防止昆
25、虫进入喷水室等；后挡水板的作用是一方面分离空气中的水滴，同时还可以净化空气。,10.3 喷 水 室,图10.11 喷嘴布置形式,10.3 喷 水 室,图10.12 挡水板的断面形式（a）前挡水板； （b）后挡水板,10.3 喷 水 室,图10.13 喷嘴排管与供水干管的连接方式（a）下分式；（b）上分式；（c）中分式；（d）环式,10.3 喷 水 室,当挡水板的折数较多、夹角较小、板间距小及空气流速较低时，挡水的效果较好，但这时空气的阻力较大，并且增大了挡水板的迎风面积。因此，在实际工程中前挡水板一般取23折，夹角取90150，后挡水板一般取46折，夹角为90120，挡水板间距为2540mm。
26、 10.3.1.3 外壳和排管喷水室的外壳一般用23 mm厚的钢板加工，也可用砖砌或用混凝土浇制，但要注意防水。喷水室的断面做成矩形，高宽比为1.111.31，断面的大小根据通过的风量及推荐流速23m/s确定。喷嘴排管与供水干管的连接方式有下分、上分、中分和环式几种，如图10.13所示。不论采用哪种连接方式，都要在水管的最低点设泄水丝堵，以便在冬季不用时泄水，防止冻裂水管。,10.3 喷 水 室,10.3.1.4 底池及附属设施底池一般按可按35%的总喷水量确定，池深500600 mm。底池中接有四种管道： （1）循环水管，将底池中的水通过滤水器后吸入水泵循环使用。 （2）溢流水管，与溢流器相
27、连，用于排除夏季空气中冷凝下来的水和其他原因带给底池中的水，使底池中的水面维持在一定的高度。 （3）补水管，补充因耗散或泄露等造成集水量的不足，补水由浮球阀自动控制。 （4）泄水管，在检修、清洗、防冻时把底池中的水排入下水道。,10.3 喷 水 室,10.3.2 喷水室热交换效率的影响因素,影响喷水室热湿交换效果的因素很多，诸如空气的质量流速、喷嘴的型号与布置密度、喷嘴孔径与喷嘴前水压，空气与水的接触时间，空气与水滴的运动方向以及空气和水的初、终参数等。但是，对于一定的空气处理过程而言，可将主要的影响因素归结到以下三个方面： 10.3.2.1空气的质量流速喷水室内的热湿交换与空气的流动状况有关
28、，由于空气在流动过程中，随着温度的变化，空气的密度和流速也将发生变化。因此，通常引入空气的质量流速来反映空气流动状况的稳定因素，其定义式为（10.2）,10.3 喷 水 室,式中 为通过喷水室断面的空气质量流速kg/(m2s)； 为通过喷水室的空气质量（kg/h）； 为喷水室的横断面积（m2）。从上式可知，空气的质量流速实际上是在单位时间内通过每平方米喷水室断面空气的质量流量，它不随温度的变化而变化。实验证明，增大 可使喷水室的全热交换效率 和通用热交换效率 变大，并且在风量一定的情况下可缩小喷水室的断面尺寸，但 过大也会引起档水板的过水量及喷水室的阻力的增大，运行费用增加。所以常用的空气质量
29、流速的范围是 =2.53.5kg/(ms)。,10.3 喷 水 室,10.3.2.2喷水系数喷水量的大小常用喷水系数来反映，它是处理每千克空气所用的水量，用下式计算（10.3） 式中 为喷水室喷出的水量（ ）。 实践表明，在一定范围内加大喷水系数 可增大和。对不同的空气处理过程，喷水系数也应不同。对于空气的冷却干燥，由于空气的焓降较大，喷水系数一般为1.01.5；而对于冬季空气的绝热加湿，喷水系数在0.51.0的范围内。喷水系数的具体值应由热工计算确定。 10.3.2.3喷水室结构特性喷水室结构特性是指喷嘴的排数、喷嘴密度、排管间距、喷嘴型式、喷嘴孔径和喷水方向等，它们对喷水室的热交换效果均有
30、影响。,10.3 喷 水 室,喷嘴排数，实验表明，单排喷嘴的热交换效果比双排差，而三排的效果和双排差不多。因此，工程上通常采用双排喷嘴，当喷水系数较大时采用三排喷嘴。 喷嘴密度，实验表明，喷嘴密度过大时，水苗相互重叠，不能充分发挥各自的作用，过小水苗则不能覆盖整个喷水室的断面，使部分空气旁通而过，热交换效率下降。通常，喷嘴密度一般取1324个/（m2排），当需要较大的喷水量时，采用提高喷嘴前水压的做法进行调节，但是喷嘴前水压应0.25MPa。 喷水方向，实验表明，单排喷嘴，逆喷比顺喷的热交换效果好；双排喷嘴，对喷的热交换效果好，因为水苗可更好的覆盖喷水室断面；当采用三排喷嘴时，则以一顺两逆的喷
31、水方式为好。,10.3 喷 水 室,排管间距，对于Y-1型喷嘴，无论是顺喷还是逆喷，喷嘴排数间距取600mm为宜。 喷嘴孔径，在其他条件相同时，孔径小则热交换效果好，但喷嘴容易堵塞，需要的喷嘴多，而且不利于空气的冷却干燥，实际过程中应优先选用孔径较大的喷嘴。,10.3.3 喷水室的阻力,喷水室的阻力由前后挡水板阻力、喷嘴排管阻力和水苗阻力三部分组成。 10.3.3.1 挡水板阻力 喷水室前后挡水板的阻力用下式计算 （10.4）,10.3 喷 水 室,式中 为挡水板的阻力（Pa）； 为前后挡水板局部阻力系数之和，一般取 =20；为空气在挡水板断面上的迎风面风速（m/s），挡水板迎风面积等于喷水室
32、的断面积减去挡水板边框面积，所以一般取 =（1.11.3） 。 10.3.3.2 喷嘴排管阻力 喷嘴排管的阻力用下式计算（10.5） 式中 为喷嘴排管的阻力（Pa）； 为喷嘴排管数； 为喷水室断面风速（m/s）。 10.3.3.3 水苗阻力 喷水室的水苗阻力用下式计算（10.6）,10.3 喷 水 室,式中 为喷水室的水苗阻力（Pa）； 为喷水系数； 为喷水前的水压（MPa），指工作压力； 为实验系数，取决于空气和水的运动方向及喷嘴排管数；单排顺喷 =0.22；单排逆喷 =0.13；双排对喷 =0.075。,10.3.4 双级喷水室,如果被处理的空气初、终状态间的焓差较大时，用单级喷水室必须要
33、用较大的喷水系数和较多的喷嘴排管数，显然是不够经济。而采用天然冷源的地方，为了节省水量又希望能有较大的水温升。在这种情况下，使用双级喷水室比较合理。,10.3 喷 水 室,典型的双级喷水室并不是简单地将两个单级喷水室串联，而是在水路上也采取串联方式，即空气先进入第级喷水室，再进入第级喷水室，而冷水是先进入第级喷水室，然后再由第级喷水室的底池抽出供给第级喷水室，如图10.20所示。这样，就能保证空气在两级喷水室中均能得到较大的焓降，同时通过两级喷水后可以得到较大的水温升。在各级喷水室里空气与水的变化情况，如图10.14和图10.15所示。 这种双级喷水室的主要特点是： （1）被处理的空气焓降大、
34、温降也大，而且空气状态一般都可以达到饱和。 （2）第级喷水室的空气温降大于第级喷水室的空气温降，而第级喷水室的空气减湿量大于第级喷水室的空气减湿量。因此，空气在第级喷水室中主要是降温降焓，而在第级喷水室中主要是降湿降焓。,10.3 喷 水 室,（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，双级喷水室水的温升比单级喷水室高，因此在吸收同样的空气热量可以节省水量。此外，由于可能出现的情况，所以双级喷水室的可能大于1，则可能等于1。由于这种双级喷水室的水是重复使用，所以两级的喷水系数相同，而且在进行热工计算时是作为一个喷水室看待，可查
35、相应的和的实验公式，而不必求空气的中间状态参数。,10.3 喷 水 室,图10.14 双级喷水室原理图,10.3 喷 水 室,图10.15 双级喷水室中空气与水的状态变化,10.4 其他空气热、湿处理设备,10.4.1 空气加湿,在空调系统中，常将空气加湿设备布置在空气处理室（空调箱）或送风管道内，通过送风的集中加湿来实现对所服务房间的湿度调控。另一种情况是通过将加湿器装入系统末端机组或直接布置到房间内，以实现对房间空气的局部补充加湿。空气加湿器很多，根据其加湿的机理可分为两大类：等温加湿过程和等焓加湿过程。 10.4.1.1 等温加湿过程用外界热源产生的蒸汽来加湿空气，这类方法在图上是一等温
36、加湿过程。,10.4 其他空气热、湿处理设备,（1）蒸汽喷管加湿蒸汽喷管加湿是把低压蒸汽通过管子上的小孔，直接喷到空气中加湿空气的方法。蒸汽喷管可以放在空气处理室里，也可以放在需要加湿的地方。蒸汽喷管上开有23mm的小孔，蒸汽在管网压力作用下，从这些小孔中喷出，混合到从蒸汽喷管周围流过的空气中去。为了使蒸汽能均匀地从管中喷出，喷管的长度宜小于1m，孔间距大于或等于50mm。 每个孔喷出的蒸汽量用下式计算（10.7） 式中 为每个孔喷出的蒸汽量（kg/h）； 为每个喷孔的面积（mm）； 为蒸汽的工作压力（0.1MPa）,常取 =0.1MPa。,10.4 其他空气热、湿处理设备,根据所需的加湿量，
37、结合上式和具体安装条件即可确定喷管尺寸和喷孔数目与大小。蒸汽喷管虽然构造简单，容易加工，但喷出的蒸汽中带有凝结水滴，影响加湿效果的控制。为了防止蒸汽的冷凝水滴进入空气，通常采用称为“干蒸汽加湿器”的设备来加湿空气。 （2）干蒸汽加湿器干蒸汽加湿器的构造，如图10.16所示。为了防止蒸汽喷管中产生凝结水，蒸汽接管1先进入外套2，对喷管中的蒸汽加热、保温和防止其冷凝。由于外套的外壁直接与被处理的空气接触，所以外套内将产生少量凝结水并随蒸汽进入分离室4。由于分离室断面大，使蒸汽减速，再加上惯性作用及分离档板3的阻挡，冷凝水被拦截下来。分离出凝结水的蒸汽经由分离室顶端的调节阀孔5减压后，再进入干燥室6
38、，使残留在蒸汽中的水滴在干燥室中汽化，最后从小孔8喷出的便是没有凝结水滴的干蒸汽。,10.4 其他空气热、湿处理设备,图10.16 干蒸汽加湿器1-接管；2-外套；3-挡板；4-分离室；5-阀孔； 6-干燥室；7-消声腔；8-喷管；9-电动或气动执行机构,10.4 其他空气热、湿处理设备,图10.17 电加湿器（a）电热式加湿器；（b）电极式加湿器1-进水管；2-电极；3-保温层；4-外壳；5-接线柱；6-溢水管；7-橡皮短管；8-溢水嘴；9-蒸汽出口,10.4 其他空气热、湿处理设备,（3）电加湿器电加湿器是直接用电加热水，产生蒸汽来加湿空气。根据工作原理的不同，目前使用的电加湿器主要有电热
39、式和电极式两种，如图10.17所示。电热式加湿器是将管状电热元件置于水槽内制成的，如图10.23（a）所示，元件通电后加热水槽中的水，使之汽化，补水靠浮球阀自动调节，以免发生缺水烧毁现象。电极式加湿器是利用三根铜棒或不锈钢棒插入盛水的容器中作电极，如图10.23（b），当电极和三相电源接通后，电流从水中流过，水的电阻转化的热量把水加热产生蒸汽；电极式加湿器结构紧凑，加湿量易于控制，但耗电量较大，电极上易产生水垢和腐蚀。，因此适用于小型空调系统。 电加湿器所需要的功率用下式确定：（10.8）,10.4 其他空气热、湿处理设备,式中 为电加湿器的功率（kW）； 为蒸汽发生量（kg/s）； 为蒸汽的
40、焓值（kJ/kg）； 为进水温度（）；为考虑结垢影响的安全系数，根据水质硬度的高低可取 =1.051.20。电加湿器的加湿量易于控制，但是由于使用电能，运行费用高，通常仅用于加湿量小和房间相对湿度需要精确控制的场合。 （4）红外线和PTC蒸汽加湿器红外线加湿器主要由红外灯管、反射器、水箱、水盘及水位自动控制阀等部件组成。它使用红外线灯作热源，其温度高达2200左右，箱内水表面在这种红外辐射热作用下产生过热蒸汽并用以加湿空气。单台加湿量约2.221.5kg/h，额定功率为220kW，根据系统所需加湿量大小可单台安装也可多台组装。,10.4 其他空气热、湿处理设备,这种加湿器运行控制简单，动作灵敏
41、，加湿迅速，产生的蒸汽无污染微粒，但耗电量大，价格较高。它很适宜用于对温湿度控制要求严格、加湿量不大的中、小型空调或洁净空调系统。PTC蒸汽加湿器由PTC热电变阻器(氧化陶瓷半导体)、不锈钢水槽、给水装置、排水装置、防尘罩及控制系统组成。PTC氧化陶瓷半导体发热元件直接放入水中，通电后水即被加热而产生蒸汽。这种发热元件在一定电压下随温度的升高电阻加大。加湿器进行初期水温较低，起动电流为额定电流的3倍，水温很快上升，5s后即可达到额定电流并产生蒸汽。日本定型产品PTC蒸汽发生器加湿量约280kg/h，额定功率为1.560kW。适宜于温湿度要求较严格的中、小型空调系统中。 10.4.1.2 等焓加
42、湿过程用水吸收空气中的显热蒸发来加湿空气，这类方法在图上是一等加湿过程。,10.4 其他空气热、湿处理设备,（1）高压喷雾加湿器高压喷雾加湿器是利用水泵将水加压到0.30.6MPa（表压）进行喷雾，可获得平均粒径为小于15m的水滴，在空气中吸热汽化。优点是加湿量大，噪声低，运行费用低；缺点是有水滴析出，使用未经软化的水会出现“白粉”现象（钙、镁等杂质析出）。 （2）超声波加湿器超声波加湿器的原理是电能通过压电换能片转换成机械振动，向水中发射1.7 MHz的超声波，使水表面直接雾化，雾粒直径约为35m，水雾在空气中吸热汽化，从而加湿空气。超声波加湿装置要求使用软化水或去离子水，以防止换能片结垢，
43、而降低加湿能力。,10.4 其他空气热、湿处理设备,超声波加湿的优点是：雾化效果好；运行稳定可靠；噪声低；反应灵敏而易于控制；雾化过程中还能产生有益人体健康的负离子；耗电不多（约为电热式加湿的10%左右）。其缺点是价格贵，对水质要求高。目前国内空调机组尚无现成的超声波加湿段，但可以把超声波加湿装置直接装于空调机组中。 （3）透湿膜加湿器 透湿膜加湿是采用化学工业中膜蒸馏原理的加湿技术。水与空气被疏水性的微孔湿膜(透湿膜，如聚四氯乙烯微孔膜)隔开，在两侧不同的水蒸气分压差的作用下，水蒸气通过透湿膜传递到空气中而加湿空气；水、钙、镁和其他杂质等则不能通过。透湿膜加湿器通常是由用透湿膜包裹的水片层及
44、波纹纸板叠放在一起组成，空气在波纹纸板间通过，如图10.18所示。这种加湿设备结构简单，运行费用低，节能，实现干净加湿（无“白粉”现象）。此外还有离心式加湿器和压缩空气喷雾器等。,10.4 其他空气热、湿处理设备,图10.18 透湿膜加湿原理图,10.4 其他空气热、湿处理设备,10.4.1 空气减湿,10.4.2.1 冷冻除湿机冷冻除湿机有立式和卧式、固定式和移动式、带风机和不带风机等形式，品种、规格都较齐。国内产品的除湿能力约0.3160kg/h，生产厂家通常提供有产品的性能曲线，便于工程选用。冷冻除湿机实际上是一个小型的制冷系统，如图10.19所示，是其工作原理示意图，减湿过程中空气的状
45、态变化，如图10.20所示。,10.4 其他空气热、湿处理设备,图10.19 冷冻除湿机工作原理图,10.4 其他空气热、湿处理设备,图10.20 冷冻除湿机中空气的状态变化,10.4 其他空气热、湿处理设备,需要减湿的状态1的空气先经过制冷系统的蒸发器，由于蒸发器的表面温度低于空气的露点温度，空气被降温、减湿到状态2。经过降温减湿后的空气离开蒸发器后，又进入冷凝器。由于冷凝器里是来自压缩机的高温高压气态制冷剂，与低温空气进行热交换后，高温高压的气态制冷剂被冷凝成低温高压的液态制冷剂，同时空气也被加热，温度升高到状态3。这时，虽然空气的温度较高，但含湿量已很小，达到了减湿的目的。从上面的分析可
46、知，除湿机的送风温度较高，适用于既需要减湿又需要加热的场所。否则，也可能满足不了房间的温、湿度要求。当相对湿度低于50%或空气的露点温度低于4时不可使用。冷冻减湿机的优点是除湿效果显著，使用方便。缺点是投资和运行费用较大。,10.4 其他空气热、湿处理设备,从图10.24中可知，冷冻除湿机的减湿量为（10.9） 蒸发器提供的制冷量为（10.10） 式中 为冷冻除湿机的减湿量（kg/s）； 为冷冻除湿机的制冷量（kJ/kg）； 为减湿处理的空气量（kg/s）； 为空气减湿过程的热湿比。 由式(10.9)和（10.10）可得到 （10.11） 式中 为空气减湿过程的热湿比。 结果表明，冷冻除湿机的
47、减湿量，与其制冷量成正比，与减湿过程的热湿比成反比。因此，每台冷冻除湿机的实际减湿量是随着所处理空气的状态不同而变化。,10.4 其他空气热、湿处理设备,10.4.2.2 固体吸湿剂减湿 （1）固体吸湿剂减湿及其减湿原理某些固体材料具有较强的吸水性，这类固体吸湿材料称为固体吸湿剂。固体吸湿剂按其吸湿原理可分为两类。一类固体吸湿材料，如硅胶、活性炭等，它们本身具有大量的微小孔隙，形成大量的吸附表面。而且这些吸附表面上的水蒸气分压力比周围空气中的水蒸气分压力低，因此可以从空气中吸收水分，这类固体材料的吸湿过程是个纯物理过程。另一类固体吸湿材料，如氯化钙、生石灰等，它们表面上的水蒸气分压力也比周围空
48、气中的水蒸气分压力低，因而，也可以吸收空气中的水分，但这类固体材料在吸收了水分之后，本身也变成了含有多个结晶水的水化物，如果继续吸收水分，还会从固态变成液态这类材料的吸湿过程是个物理化学过程。,10.4 其他空气热、湿处理设备,空凋工程中，常用的固体吸湿剂是硅胶和氯化钙。硅胶(SiO2)是一种无毒、无臭、无腐蚀性的半透明晶体，它不溶于水，孔隙率可达到70%左右，吸湿能力为自重的30%左右。硅胶吸附达到饱和后，可用150180的热风再生，把吸收的水分蒸发掉。再生后的硅胶仍可重新使用。但析湿能力有所下降。氯化钙是白色的多孔结晶体，吸湿后潮解，最后变成氯化钙溶液。氯化钙对金属有较强的腐蚀作用，使用起
49、来不如硅胶方便，但是它价格便宜，吸湿能力较强，加热再生后可重复使用，所以用的也较多。常用的氯化钙有工业纯氯化钙和无水氯化钙两种，工业纯氯化钙的纯度在70%左右，吸湿量为自身质量的15%左右，因此，使用工业纯氯化钙较为经济。,10.4 其他空气热、湿处理设备,（2）固体吸湿剂的减湿方法固体吸湿剂的减湿方法分为静态和动态两种。静态吸湿是让潮湿的空气呈自然状态与吸湿剂接触吸湿；动态吸湿则是让潮湿空气在风机的强制作用下，通过固体材料层，达到减湿目的。硅胶吸湿通常采用静态方法，这种吸湿方法简单，但吸湿过程慢，通常用于局部小空间，如仪器箱，密闭工作箱等。使用时可将硅胶平铺在玻璃器皿里或放在纱布口袋中部。氯化锂转轮除湿机是以氯化锂为吸湿剂的一种干式动态吸湿设备。它利用一种特制的吸湿纸来吸收空气中的水分。吸湿纸是以玻璃纤维滤纸为载体，将氯化锂等吸湿剂和保护加强剂等液体均匀地吸附在滤纸上烘干而成。存在于吸湿纸里的氯化锂的晶体吸收水分后生成结晶体而不变成水溶液。常温时吸湿纸表面水蒸气分压力比空气中蒸汽分压力低，所以能够从空气中吸收水蒸气；而高温时吸湿纸表面水蒸气分压力比空气中水蒸气分压力高，所以又将吸收的水蒸气释放出来。如此反复达到除湿的目的。,
