（通风空调部分）第二章 湿空气的状态参数与处理

第二章 湿空气的状态参数与焓湿图的应用

在空调工程中，研究与改造的对象是空气环境，所使用的媒介物往往也是空气。因而，首先需要对空气的物理性质有所了解。在这一章里，讨论下述四个问题：（1）空气的组成和物理性质；（2）空气的状态参数；（3）焓湿图的绘制和应用；（4）几种典型的空气处理过程在焓湿图中的应用。

第一节 湿空气的状态参数

一、湿空气的组成

在空调工程中，我们把空气看作是由干空气和水蒸气两部分所组成的混和物。为什么要这样来划分呢？这是因为，在正常情况下，大气中干空气的组成比例基本上是不变的，如表2-1所示。虽然在某些局部范围内，可能因为某些因素（如人的呼吸作用使氧气减少，二氧化碳的含量增加，或在生产过程中，产生了某些有害气体污染了空气），使空气的组成比例有所改变。但这种改变可以认为对干空气的热工特性影响很小。这样，在研究空气的物理性质时，可以把干空气作为一个整体来看待，以便分析讨论。

表2-1 空气的主要组成成分

主要组成成分 氮 氧 氩 二氧化碳 分子量 28.016 32.000 39.944 44.010 体积百分比（﹪） 78.084 20.946 0.934 0.033 相对来说，湿空气中的水蒸气的数量很少，它来源于地球上的海洋、江河、湖泊表面水分的蒸发，各种生物的代谢过程，以及生产工艺过程。在湿空气中，水蒸气所占的百分比是不固定的，常常随着海拔、地区、季节、气候、湿源等各种条件的变化而变化。虽然湿空气中水蒸气的含量少，但它的变化对人们的影响却很大。例如，在南方多雨地区，空气就比较潮湿，湿衣服就不容易干。夏天，会感到身上的汗老不干，很不舒服。而在北方的兰州，乌鲁木齐等地区，由于空气干燥，在同样的温度下，就要舒适的多。空气中水蒸气的多少，除了对人们的日常生活有影响外，对工业生产也十分重要。例如，在纺织车间，相对湿度小时，纱线变粗变脆，容易产生飞花和断头。可是空

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气太潮湿也不行，纱线会粘结，不好加工。

因此，从空气调节的角度来说，空气的潮湿程度是我们十分关心的问题。这也是把水蒸气专门划分出来的原因之一。

二、湿空气的状态参数

湿空气的物理性质是由它的组成成分和所处的状态决定的。

湿空气的状态通常可以用压力、温度、相对湿度、含湿量及焓等参数来度量和描述。这些参数称为湿空气的状态参数。

在热力学中，常温常压下的干空气可视为理想气体。所谓理想气体，就是假设气体分子是一些有弹性的、不占有空间的质点，分子相互之间没有作用力。因为空调工程中所涉及的压力和温度都可以看作属于这个范畴。因此，空调工程中的干空气也可看作是理想气体。此外，湿空气中的水蒸气由于数量很少，而且处于过热状态，压力小，比容大，也可近似看作理想气体。这样，水蒸气状态参数之间的关系也可用理想气体状态方程来表示，即

pv?RT （2-1）

pV?mRT （2-2） 式中 p——气体的绝对压力(Pa)；

v——气体的比容(m3/ kg) ；

V——气体的总体积(m3)；；

m——气体的总质量(kg)； T——气体的热力学温标(K)；

R——气体常数[J/(kg·K)]，取决于气体的性质。其中干空气和水蒸气的气体常数分别为：

。 Ra=287J/(kg·K)，Rv = 46lJ/(kg·K）

（一）压力 ⒈ 大气压力

气体的压力是指单位面积上所受到的气体的作用力，在国际单位制（SI）里，压力的单位是帕（Pa）,1Pa＝1N/m2（式中 N表示牛顿），地球表面单位面积上所受到的大气的压力称为大气压力或大气压。大气压力不是一个定值，随着海拔高度的增加而减小，图2-1是大气压力与海拔高度的关系。即使在同一个海拔高度在不同的季节和不同的天气状况下，大气压力也有变化。通常把在0℃下、北纬45度处海平面上作用的大气压力作为一个标准大气压（atm）,其数值为

latm = 101325Pa =1.01325bar

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图2-1 大气压力与海拔高度的关系 在空调系统中，空气的压力常用压力表来测定，仪表指示的压力是所测量空气的绝对压力与当地大气压力的差值，称为工作压力（或表压力），工作压力与绝对压力的关系为：

（空气的）绝对压力 = 当地大气压＋工作压力（表压力）

如果没有特别指出，空气的压力都是指绝对压力。由于大气压力不是定值，因地而异。因此，在设计和运行中应当考虑由于当地大气压的不同所引起的误差修正。由于工作压力是空气压力与当地大气压力的差值，它并不代表空气压力的真正大小，只有绝对压力才是空气的一个基本状态参数。

⒉ 水蒸气分压力与饱和水蒸气分压力

湿空气中水蒸气的分压力，是指湿空气中的水蒸气单独占有湿空气的体积并具有与湿空气相同温度时所具有的压力。根据气体分子运动论的学说，气体分子越多，撞击容器壁面的机会越多，表现出的压力也就越大。因而，水蒸气分压力的大小也就反映了水蒸气含量的多少。

根据道尔顿分压力定律：混合气体的总压力等于各组成气体的分压力之和。湿空气的总压力就等于水蒸气分压力与干空气分压力之和，即

B?pa?pv (2-3) 式中 B——湿空气的总压力，即当地大气压（Pa）；

； pa——干空气分压力（Pa）。 pv——水蒸气分压力（Pa）

在一定温度下，空气中的水蒸气含量越多，空气就越潮湿，水蒸气分压力也越大，如果空气中水蒸气的数目超过某一限量时，多余的水蒸气就会凝结成水从空气中析出。这说明，在一定温度条件下，湿空气中的水蒸气含量达到最大限度时，则称湿空气处于饱和状态，亦称为饱和空气；此时相应的水蒸气分压力称之为饱和水蒸气分压力，用pv,b表示。pv,b值仅取决于温度。各种温度下的饱和水蒸气分压力值，可以从湿空气性质表中查处，见附录A-1。

（二）温度

空气的温度是表示空气的冷热程度。温度的高低用“温标”来衡量。目前国际上常用的有绝对温标（又称开氏温标），符号为T，单位为K；摄氏温标，符号为t，单位为℃；有的国家也采有华氏温标，符号为t，单位为℉；摄氏温标与绝对温标的换算关系为：

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t?T?273.15≈T?273 （2-4）

（三）含湿量

在空气的加湿和减湿处理过程中，常用含湿量这个参数来衡量空气中水蒸气的变化情况。其定义为：在湿空气中与1kg干空气并存的水蒸气量称为含湿量，单位为kg/kg（a），即

d?mv/ma

式中 mv——水蒸气的质量（kg）；

。 ma——干空气的质量［kg(a)］

若湿空气中含有1kg干空气和dkg水蒸气，那么，湿空气的质量应当是（1＋d）kg。 如果对于湿空气中的干空气和水蒸气分别应用气体状态方程式，则由道尔顿分压力定律有： pvV?mvRvT paV?maRaT

从中解出mv和ma。代入含湿量的定义式有： d?Rapv287pvpv （2-5） ??0.622Rvpa461(B-pv)B?pv由于空气中的水蒸气含量很少，d的单位也可用克来表示，即 d?622(四) 相对湿度?

从含湿量的概念可知，其大小只表明了空气中水蒸气含量的多少，而看不出空气的潮湿程度。怎样才能判断空气的潮湿程度呢？相对湿度这个参数可以解决这个问题。相对湿度的定义为空气的水蒸气分压力与同温度下饱和空气的水蒸气分压力之比，即 式中 ?——湿空气的相对湿度；

； pv——湿空气中的水蒸气分压力（Pa）

pv,b——相同温度下湿空气的饱和水蒸气分压力（Pa）。

从上面含湿量d的计算式可以看出：当大气压力不变，温度t不变，空气的水蒸气分压力pv增

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pv （2-6）

B?pv??pv ?100﹪ （2-7）

pv,b加时，含湿量d也随之增大，空气的潮湿程度增大。所以，湿空气中的水蒸气分压力pv与同温度下饱和水蒸气分压力pv,b的接近程度就反映了空气的潮湿程度。相对湿度??0时，是干空气，

?=100％时为饱和湿空气。

对于?有两点需要注意：

（1）?和d的区别：?表示空气接近饱和的程度，也就是空气在一定温度下吸收水分的能力，但并不反映空气中水蒸气含量的多少；而d可表示空气中水蒸气的含量，但却无法直观地反映出空气的潮湿程度和吸收水分的能力。

例如有温度为 t=10℃，d=7.63g/kg(a)和t=30℃，d=15g/kg(a)两种状态的空气。从表面上看，似乎第一种状态的空气要干燥些。其实却并非如此。从附录A-1中可知，第一种状态的空气已是饱和空气，而第二种状态的空气距离饱和状态的含湿量db=27.2g/kg(a)还很远。这时，?=55％左右，还有很大的吸湿能力。

（2）饱和水蒸气分压力是温度的单值函数，即：pv,b?f(t)由工程热力学的知识我们知道，水在定压汽化过程中，在如图2-2 b）所示的湿蒸汽区里，温度和压力都不变，饱和压力和饱和温度维持ps?f(t)的关系。而饱和水蒸气状态点是在湿蒸汽区的饱和线上，因而服从这种关系。根据这个特点，湿空气的饱和水蒸气分压力pv,b =ps?f(t),即可从有关的水蒸气图表中查取。 图2-2 水蒸气的压力—容积图 （五）焓

由热力学理论可以知道，在定压过程中，空气变化时初、终状态的焓差，就反映了状态变化过程中热量的变化。因为在空调工程中，湿空气的状态变化过程可以近似看做是定压过程。所以，湿空气状态变化前后的热量变化就可以用它们的焓差来计算。

湿空气的焓也是以 1kg干空气作为计算基础。即 1kg干空气的焓加dkg水蒸气的焓的总和，称为（1＋d）kg湿空气的焓。如果取 0℃的干空气和0℃的水的焓为零，则湿空气的焓可表示为

h?ha?dhv

式中 h——含有1kg干空气的湿空气所具有的焓［kJ/kg(a)］；

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，即 ha——1kg干空气的焓［kJ/kg(a)］

ha?Cp,at?1.01t；

hv——1kg 水蒸气的焓(kJ/kg)，即

hv?2500?Cp,vt?2500?1.84t 式中 2500——0℃时水的汽化潜热（kJ/kg）；

Cp,a——干空气的定压比热容，为1.01kJ/(kg·℃)； Cp,v——水蒸气的定压比热容，为1.84kJ/(kg·℃）

把ha和hv 的表达式代入湿空气焓的计算式中整理可得：

0 （2-8） h?(1.01?1.84d)t?250d

上式中(1.01?1.84d)t是随温度而变化的量，通常称为“显热”。2500d是0℃时dkg水的汽化潜热，仅与含湿量d有关，称为“潜热”。由于2500比(1.01?1.84d)大得多，因而，当温度升高时，若含湿量有所下降，则综合后的结果有可能是湿空气的焓不一定会增加。

（六）露点温度和湿球温度

根据空气温度形成的过程和用途不同可将空气的温度区分为干球温度、湿球温度和露点温度。 干球温度是指干球温度表所指示的温度。一般情况下指干球温度，用t表示。

湿球温度是指湿球温度表所指示的温度。用ts表示。湿球温度的形成过程在实际工程中可看成等焓过程。

对于一定状态的空气，干、湿球温度的差值就反映了空气的干湿程度，关系如下：

pv?p?v,b?A(t?ts)B

(65?6.75/?) 其中 A?0.00001式中 p?v,b——湿球温度下饱和水蒸气分压力(Pa)； ?——空气流过湿球的速度（m/s），?≥2.5～4m/s。

B——大气压力（Pa）。

露点温度是指在大气压力一定、某含湿量下的未饱和空气因冷却达到饱和状态时的温度。用td表示。在冬天的玻璃窗上或夏季的自来水管上常常可以看到有凝结水或露水存在。这一现象可以用露

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点温度形成来解释。在空调工程中的很多除湿过程，就是利用结露规律进行的。

（七）密度和比热容

单位容积的气体所具有的质量称为密度，即

??m/V (2-9) 式中 ?——气体的密度(kg/m3)； m——气体的质量(kg)； V——气体所占有的体积(m3)。

单位质量的气体所具有的容积称为比容。比容和密度实际上是两个相关的参数。两者呈倒数关系，即

v?V/m?1/? (2-10) 式中 v—气体的比热容(m3/kg)。

由于湿空气是由干空气和水蒸气组成的混合物，两者具有相同的温度并占有相同的容积，即：

m?ma?mv

上式各项同除以容积V，则湿空气的密度等于干空气的密度加水蒸气的密度，即

???a??v

将理想气体状态方程代入上式有

??B?pvppap?v ?v?287T461TRaTRvTpB?0.00349?0.00134v

TT?pv,bB?0.00349?0.00134 （2-11）

TT从式（2-11）可知：在大气压力和温度相同的情况下，湿空气的密度比干空气小，即湿空气比干空气轻。

第二节 湿空气的焓湿图

在工程计算中，用公式计算和用查表方法来确定空气状态和参数是比较繁琐的，而且，对空气

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的状态变化过程的分析也缺乏直观的感性认识。因此，为了便于工程应用，通常把一定大气压力下，各种参数之间的相互关系作成线算图来进行计算。根据所取坐标系的不同，线算图也有好几种。国内常用的是焓湿图，简称h?d图，见附录A-2。

h?d图是取两个独立参数h和d作坐标轴。另一个独立状态参数B取为定值。为了使各种参

数在坐标图上的反映清晰明了，两坐标轴之间的夹角取为135度。如图2-3所示。

图中d为横坐标，h为纵坐标。与h轴平行的各条线是等焓线。与d轴平行的直线是等含湿量线。此外，图上还作出了以下几条线。

一、等温线

图2-3 湿空气的焓湿图 t?(2500?1.84t)d绘制的。当t=const时，上式是一直线方程。其等温线是根据公式h?1.01中1.01t是截距，(2500?1.84t)是斜率。当温度取某一定值时，根据过两点可作一条直线的原理，即可在h?d图上作出该条等温线。

下面简要说明等温线的绘制过程。

如绘制t=0℃的等温线。t=0℃时，任取d1 =0和d2?dx，则可计算出h1=0和h2?2500由（0，0），和（2500dx，dx）dx，在h?d图上可定出两个状态点O和A，则OA直线就是t=0℃的等温线，见图2-4所示。

如需绘制t=10℃的等温线，则当t=10℃时，取d1 = 0，可计算出 h1 =10.1，取d2=dx，h2=10.1＋2518.4dx，因为（1.01，0）在纵轴上，即可由O点向上截取 OB段（截距等于10.1）得到 B点，又根据（10.1＋2518.4dx，dx）可在h-d图上定出状态点C，则 BC直线就是t＝10℃的等温线。

当t取1℃，2℃，3℃，??等一系列的常数时，用上面同样的方法可绘出一簇不同的等温线。因为等温线的斜率（2500＋1.84t）随着t值的不同有微小变化，所以各条等温线是不平行的。但由于1.84t的数值比2500小的多，t值变化对等温线斜率的影响很小，因此，各条等温线可近似看作是平行的。

（二）等相对湿度线

等相对湿度线是根据公式d?0.00349?0.00134 图2-4 等温线的绘制 BT?pv,bT绘制。从公式可知，含湿量是大气压

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力B、相对湿度?和饱和水蒸气分压力pv,b的函数。即d?f(B,?,pv,b)。由于大气压力B在作图时已取为定值，在本式中作为一常数。饱和水蒸气分压力pv,b是温度的单值函数，可根据空气温度t从水蒸气性质表中查取。所以，实际上有：

d?f(?,t)

这样当?取一系列的常数时，即可根据d与t的关系在h?d图上绘出等?线。例如当?=90％时有

d?622?0.9pv,b/(B?0.9pv,b)

任取温度t查取pv,b，然后由上式计算出含湿量d。当t取不同的值ti(i=1，2，?，n)时，可从水蒸气性质表中查取pv,bi，计算出相应的di。由于每一对（ti，di）可在h?d图上定出一个状态点。把n个状态点连接起来，就得出了?＝90％的等相对湿度线。如图2-5所示。当?取不同的值重复上面的过程时，就可作出不同的等相对湿度线。其中，?= 100％的是饱和湿度线。其下方是过饱和区。上方是湿空气区（未饱和区）。在湿空气区中的水蒸气处于过热状态。

（三）水蒸气分压力线

由含湿量的计算式 d?622pv/(B?pv)可知：当大气压力B等于常数时，pv?f(d)，即水蒸气的分压力pv和含湿量d是一一对应的。有一个d就可确定出一个pv。所以，在d轴的上方设了一条水平线，标出了与d所对应的pv值。

（四）热湿比线（又称角系数，状态变化过程线）

为了说明空气状态变化的方向和特征，常用空气状态变化前后的焓差和含湿量差的比值来表征。这个比值称为热湿比?。即

图2-5 等相对湿度线的绘制 ??(hB?hA)/(dB?dA)??h/?d

从热湿比的定义式可知，?实际上是直线AB的斜率（图2-6）。因为直线的斜率与起始位置无关，两条斜率相同的直线必然平行。因此，在h?d图的右下方作出了一簇射线（?线），供在图上分析空气状态变化过程时使用。

实际工程中，除了用平行线法作热湿比线外，还采用在图上直接绘制?线的方法。这种方法要

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精确些。例如，设有

???h/(?d/1000)?5000

则由?h∶?d=5∶1，任取?d= 2，有?h=10。如取空气初状态A的值为（h1，d1），则可计算出另一状态点（h2，d2）。过这两点的直线就是所求的热湿比线。

需要注意的是，以上h?d图的绘制是在大气压力B等于某个定值的情况下得出的。如果大气压力不同，所求出的参数也不同。例如，温度t和相对湿度?相同的两种湿空气，如果所处的大气压力B不同，则该两种湿空气所具有的含湿量d是不同的。由含湿量d的计算式（2-5）可知：含湿量d随着大气压力B的增加而减少，反之亦然。因此，如果大气压力B有变化，等相对湿度线必将会产生相应的变化，如图2-7所示。因此，在实际应用中，应采用符合当地大气压力的h?d图。当大气压力的差值小于2kPa时，相对湿度?值的差别一般小于2％。这时，大气压力不同的地区可近似采用同一个h?d图。 图2-6 热湿比与状态变化过程线的关系 图2-7 大气压对相对湿度的影响 【例2-1】 已知大气压力B=101325Pa，空气初状态 A的温度tA=20℃，相对湿度?A=60％。当空气吸收Q=10000kJ/h的热量和W=2kg/h湿量后，空气的焓值为 hB= 59kJ/kg(a)，求终状态B。

【解】 （1）平行线法

在大气压力B=101325Pa的h?d图上，由tA= 20℃，?A= 60％确定出空气的初状态A。求出热湿比??Q/W?(10000/2)kJ/kg?5000kJ/kg。

根据?值，在h?d图的?标尺上找出?=5000 kJ/kg的线。然后过A点作与?=5000 kJ/kg线的平行线。此过程线与h=59 kJ/kg(a)的等焓线的交点，就是所求的终状态点B。如图2-8所示。

由图中可查得：tB=28℃，?B =51％，dB =12g /kg(a) （2）辅助点法

?= ?h/?d=(10000/2)kJ/kg?5000kJ/kg

－

任取?d= 4g/kg(a)，则有 ?h= (5000×4 ×103) kJ/kg(a)= 20kJ/kg(a)

现分别作过初状态点A，?h＝20kJ/kg(a)的等焓线和?d=4g/kg(a)的等含湿量线。设两线的交点为B?，则AB?连线就是?＝5000kJ/kg的空气状态变化过程线。

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此过程与h＝59kJ/kg(a)的等焓线的交点B，就是所求的终状态点。如图2-9所示。图中B?点称为辅助点。

图2-8 平行线法绘制热湿比线

图2-9 辅助点法绘制热湿比线 第三节 湿空气焓湿图的应用

无论是在空调系统设计计算中，还是在空调系统运行调试与管理中，我们都离不开湿空气的焓湿图，归纳起来应用如下：①确定湿空气的状态参数；②表示湿空气状态变化过程；③求得两种或多种湿空气的混合状态；④确定空调系统的送风状态点及送风焓差；⑤利用h?d图分析空调系统设计与运行工况。

一、根据两个独立的状态参数确定空气状态及其余参数

湿空气的独立参数共有t、d、?、h及ts五个。当大气压力B一定时，可以根据其中任意两个决定空气状态，再从h?d图上查得td、pv、pv,b及db等其余参数。如图2-10所示。

【例2-3】 已知大气压力B=l01325Pa，空气的温度

图2-10 空气状态参数间的关系 t=20℃，相对湿度?=60％，求露点温度td和湿球温度ts。

【解】 已知B=101325Pa，t=20℃，?=60％，在湿空气的h?d图上确定空气状态点A，见图2-11。

前已述及，将不饱和空气冷却达到饱和时，所对应的温度即为露点温度。所在h?d图上，将A状态空气沿等dA线冷却到与?=100％的饱和线相交，则交点C的温度即为A状态空气的露点温度） td=12℃（如图2-11所示。

? 过A点作h=42.5 kJ/kg(a) 等焓线与=100％线相交，则交点B的

温度即为 A状态空气的湿球温度，ts=15.2℃（如图2-11所示）。

二、空气状态变化过程在h?d图上的表示

图2-11 例2-3图 利用h-d图能表示空气状态的变化过程。各种变化过程的方向和特征可用热湿比?表示。图2-12

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绘制了空气状态变化的几种典型过程。现分述如下：

（一）等湿（干式）加热过程 图2-12 几种典型的空气状态变化过程 空气调节中常用表面式空气加热器（或电加热器）来处理空气。当空气通过加热器时获得了热量，提高了温度，但含湿量并没变化。因此，空气状态变化是等湿增焓升温过程，过程线为A→B。在状态变化过程中dA?dB，hB＞hA，故其热湿比?为： ???hhB?hAhB?hA????? ?ddB?dA0

（二）等湿（干式）冷却过程

如果用表面式冷却器处理空气，且其表面温度比空气露点温度高，则空气将在含湿量不变的情况下冷却，其焓值必相应减少。因此，空气状态为等湿、减焓，降温过程，如图中A→C由于dA?dC，

hC＜hA，故其热湿比?为：

??（三）等焓减湿过程

hC?hAhC?hA????

dC?dA0用固体吸湿剂（例如硅胶）处理空气时，水蒸气被吸附，空气的含湿量降低，空气失去潜热，而得到水蒸气凝结时放出的汽化热使温度增高，但焓值基本没变，只是略微减少了凝结水带走的液体热，空气近似按等焓减湿升温过程变化。如图中A→D所示，其?值为 ?? （四）等焓加湿过程

用喷水室喷循环水处理空气时，水吸收空气的热量而蒸发为水蒸气空气失掉显热量，温度降低，水蒸气到空气中使含湿量增加，潜热量也增加。由于空气失掉显热，得到潜热，因而空气焓值基本不变。所以称此过程为等焓加湿过程。由于此过程与外界没有热量交换，故又称为绝热加湿过程。此时，循环水温将稳定在空气的湿球温度上。如图A→E所示。由于状态变化前后空气焓值相等，因而?为

hD?hA0??0

dD?dAdD?dA64

??hE?hA0??0

dE?dA?d此过程和湿球温度计表面空气的状态变化过程相似。严格地讲，空气的焓值也是略有增加的，其增加值为蒸发到空气中的水的液体热。但因这部分热量很少，因而近似认为绝热加湿过程是一等焓过程。

（五）等温加湿过程

如图中A→F过程。这也是一个典型的状态变化过程，是通过向空气喷蒸汽而实现的。空气中增加水蒸气后，其焓和含湿量都将增加，焓的增加值为加人蒸汽的全热量，即

?h??dhv

式中 ?d—— 每kg干空气增加的含湿量 [kg/kg(a)]； hv—— 水蒸气的焓，其值为hv=2500+1.84tv[kJ/kg(a)]。 此过程的?值为

???h?dhv??hv?2500?1.84tv ?d?d如果喷入蒸汽温度为100℃左右，则?≈ 2690，该过程线与等温线近似平行，故为等温加湿过程。 （六）减湿冷却（或冷却干燥）过程

如果用表面冷却器处理空气，当冷却器的表面温度低于空气的露点温度时，空气中的水蒸气将凝结为水，从而使空气减湿（或谓干燥），空气的变化过程为减湿冷却过程或冷却干燥过程，此过程线如图A→G，因为空气焓值及含湿量均减少，故热湿比?为： ??hG?hA??h??0

dG?dA??d如果用水温低于空气露点温度的水处理空气，也能实现此过程。

以上介绍了空气调节中常用的六种典型空气状态变化过程。从图2-12可看出代表四种过程的

????和?=0的两条线将h?d图平面分成了四个象限，每个象限内的空气状态变化过程都有各自

的特征，详见表2-2

表2-2 空气状态变化的四个象限及特征表

象限 Ⅰ Ⅱ 热湿比 状态变化特征 增焓加湿升温（或等温、降温） 增焓减湿升温 65

?＞0 ?＜0 Ⅲ Ⅳ ?＞0 ?＜0 减焓减湿降温（或等温、升温） 减焓加湿降温 三、两种不同状态空气混合过程的计算

不同状态的空气互相混合，在空气调节过程中是最基本、最节能的处理过程。例如：新回风的混合，冷热风的混合，干湿风的混合等等。为此，必须研究不同状态的空气混合规律及空气混合时在h?d图上的表示。具体方法如下：

设有两种状态分别为A和B的空气相混合，根据能量和质量守恒原理，有

GAhA?GBhB?(GA?GB)hC （2-12） GAdA?GBdB?(GA?GB)dC （2-13）

混合后空气的状态点即可从式（2-12）和（2-13）中解出，即

hC?(GAhA?GBhB)/(GA?GB) （2-14） dC?(GAdA?GBdB)/(GA?GB) （2-15）

这里需要注意的是：G的单位本应当是kg(a)，但是由于空气中的水蒸气量是很少的，因此，用湿空气的质量代替干空气的质量计算时，所造成的误差处于工程计算所允许的范围。因而，在后面的讨论中，都是用湿空气的质量代替干空气的质量进行，将不再特别说明。

由式（2-12）和（2-13）可以分别解得

GA/GB?(hB?hC)/(hC?hA) GA/GB?(dB?dC)/(dC?dA)

即

(hB?hC)/(hC?hA)?(dB?dC)/(dC?dA)

由上式可以得出

(hB?hC)/(dB?dC)?(hC?hA)/(dC?dA)

上式中的左边是直线BC的斜率，右边是直线CA的斜率。两条直线的斜率相等，说明直线 BC与直线CA平行。又因为混合点C是两直线的交点，说明状态点A，B，C是在一条直线上，如图2-13所示。

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从图中可知，由平行切割定理

图2-13 两种状态空气的混合在h?BC/CA=?(dB?dC)/(dC?dA)

又因为

d图上表?(dB?dC)/(dC?dA)=(hB?hC)/(hC?hA)?GA/GB

所以

BC/CA ?GA/GB （2-16）

此结果表明：当两种不同状态的空气混合时，混合点在过两种空气状态点的连线上，并将过两状态点的连线分为两段。所分两段直线的长度之比与参与混合的两种状态空气的质量成反比。（即混合点靠近质量大的空气状态点一端）。

如果混合点C出现在过饱和区，这种空气状态的存在只是暂时的，多余的水蒸气会立即凝结，从空气中分离出来，空气将恢复到饱和状态。多余的水蒸气凝结时，会带走水的显热。因此，空气的焓略有减少。空气状态的变化如图2-14

图2-14 过饱和区空气状态的变化过程 所示。并存在如下的关系：

hD?hC?4.19?dtD （2-17）

式中的hD，?d和tD是三个互相有关的未知数，要确定hD的值，需要用试算法。实际上，由于水分带走的显热很少，空气的变化过程线也可近似看做是等焓过程。

【例2-3】 某空调系统采用新风和部分室内回风混合处理后送入空调房间。已知大气压力B =101325Pa，回风量GA=10000kg/h，回风状态的tA=20℃，?A=60％。新风量GB=2500kg/h，新风状态的tB=35℃，?B=80％。试确定出空气的混合状态点C。

【解】 两种不同状态空气的混合状态点可根据混合规律用作图法确定，也可以用计算方法得出，这里采用计算法求解。

在大气压力B=101325Pa的h?d图上，由已知条件确定出A，B两种空气的状态点，并查得：hA= 42.5kJ/kg(a)，dA=8.8g/kg(a)，hB=109.4 kJ/kg(a)，dB=29.0 g/kg(a)，将上述值代入式（2-14）和（2-15）计算可得

?10000?42.5?2500?109.4? hC???kJ/kg(a)?55.9kJ/kg(a)

10000?2500??67

?10000?8.8?2500?29.0? dC???g/kg(a)?12.8g/kg(a)

10000?2500?? 由求出的hC，dC，即可在h?d图上确定出空气的混合状态点 C及其余参数（如图2-15所示）。

实际上，根据混合规律，空气的混合状态点C必定在过AB直线上的某个中间位置，因此，只需计算出hC，dC中的一个，

即可在h?d图上由hC或dC线与AB直线的交点确定出空气的混合状态点C及其余参数。

图2-15 例2-3图 68

习题与思考题

2-1 湿空气中的水蒸气分压力和饱和水蒸气分压力有什么不同？ 2-2 相对湿度和含湿量有什么区别和联系？ 2-3 热湿比的物理意义是什么？

2-4 已知某一状态湿空气的温度为30℃，相对湿度为50％，当地大气压力为101325Pa，试求该状态湿空气的密度、含湿量、水蒸气分压力和露点温度。

2-5 已知某房间体积为100m3，室内温度为20℃，压力为101325Pa，现测得水蒸气分压力为1600Pa，试求：（1）相对湿度和含湿量；（2）房间中湿空气、干空气和水蒸气的质量；（3）空气的露点温度。 2-6 100kg温度为22℃、含湿量为5.5g/kg(a)的空气中加入1kg的水蒸气，试求加湿后空气的含湿量、相对湿度和焓。设当地大气压力为101325Pa。

2-7 一空调冷水管通过空气温度为20℃的房间，如果管道内的冷水温度为10℃，且没有保温。为了防止水管表面结露，房间内所允许的最大相对湿度是多少？

2-8 已知空气压力为101325Pa，用h?d图确定下列各空气状态的其它状态参数，并填写在空格内。 参数 单位 1 2 3 4 5 t ℃ 22 28 d g/kg(a) 7 ? ﹪ 64 70 h kJ/kg(a) 44 ts ℃ td ℃ 20 15 db g/kg(a) 14.7 11 pv Pa pv,b Pa 2-9 2kg压力为 101325Pa、温度为 32℃、相对湿度为 50％的湿空气，处理后的温度为 22℃，相对湿度为85％。试求：（1）状态变化过程的热湿比；（2）空气处理过程中的热交换量和湿交换量。 2-10 对1000kg温度为22℃，相对湿度为60％的空气中加入1700kJ的热量和2kg的水蒸气，试求空气的终状态。

2-11 试用辅助点法做出起始状态温度为18℃，相对湿度为45％，热湿比?为5000和－2000kJ/kg的空气状态变化过程线。

2-12 已知空调系统的新风量及其状态参数为GW=200kg/h，tW=31℃，?W=80％。回风量及其状

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态参数为GN=1400 kg/h，tN =22℃，?N =60％，试求新、风回混合后混合空气的温度、含湿量和焓。

2-13 状态为t1=24℃，?1=55％，t2=14℃，?2=95％的两种空气混合，已知混合空气的温度为

t3=20℃，总风量为11000 kg/h，试求所需要的两种不同状态的空气量。

2-14 某空调系统每小时需要tC=25℃、?C=60%的湿空气15000m3。若新空气t1=5℃、φ1=80%；循环空气t2=26℃、φ2=70%。将新空气加热后，与循环空气混合送入空调系统。试求（1）需将新空气加热到多少度？（2）新空气与循环空气进行绝热混合，它们的质量各为多少kg？

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