濕空氣性質(zhì)與焓濕圖

眾有小課堂之：濕空氣性質(zhì)與焓濕圖

干空氣的成分：主要成分是氮（N2）和氧（O2）。干空氣中N2的體積分?jǐn)?shù)約為78%；O2的體積分?jǐn)?shù)約為21%；其余的1%左右時(shí)其他氣體。

濕空氣：由干空氣和一定量的水蒸氣混合而成的大氣。大氣中的水蒸氣含量是不多的，它與干空氣的質(zhì)量比在千分之幾到千分之二十幾的范圍內(nèi)。雖然濕空氣中水蒸氣的含量少，但其變化會(huì)引起濕空氣干、濕度變化，進(jìn)而對(duì)人體感覺(jué)、產(chǎn)品質(zhì)量、工藝過(guò)程和設(shè)備維護(hù)等都有直接影響：同時(shí)，濕空氣中水蒸氣含量的變化又會(huì)使?jié)窨諝獾奈锢硇再|(zhì)隨之變化。因此，從空氣調(diào)節(jié)的角度來(lái)說(shuō)，空氣的潮濕程度是我們十分關(guān)心的問(wèn)題。

濕空氣的物理性質(zhì)

濕空氣的物理性質(zhì)除和它的組成成分有關(guān)外，還決定于它所處的狀態(tài)。濕空氣的狀態(tài)通常可以用壓力p、溫度t、相對(duì)濕度φ 、含濕量d及比焓h等參數(shù)來(lái)度量和描述。這些參數(shù)稱為濕空氣的狀態(tài)參數(shù)。

一、空氣的壓力

       根據(jù)道爾頓分壓力定律：混合氣體總壓力等于各組成氣體分壓力之和。濕空氣的總壓力就等于干空氣分壓力和水蒸氣分壓力之和，即p=pg+ps。

濕空氣中含水蒸氣的分壓力大小，是衡量濕空氣干燥與潮濕程度的基本指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力是p=101325Pa。

道爾頓氣體分壓定律道爾頓氣體分壓定律  

在任何容器內(nèi)的氣體混合物中，如果各組分之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則每一種氣體都均勻地分布在整個(gè)容器內(nèi)，它所產(chǎn)生的壓強(qiáng)和它單獨(dú)占有整個(gè)容器時(shí)所產(chǎn)生的壓強(qiáng)相同。也就是說(shuō)，一定量的氣體在一定容積的容器中的壓強(qiáng)僅與溫度有關(guān)。例如，零攝氏度時(shí)，1mol 氧氣在 22.4L 體積內(nèi)的壓強(qiáng)是 101.3kPa 。如果向容器內(nèi)加入 1mol 氮?dú)獠⒈３秩萜黧w積不變，則氧氣的壓強(qiáng)還是 101.3kPa，但容器內(nèi)的總壓強(qiáng)增大一倍?？梢?jiàn)，1mol 氮?dú)庠谶@種狀態(tài)下產(chǎn)生的壓強(qiáng)也是 101.3kPa 。

道爾頓（Dalton）總結(jié)了這些實(shí)驗(yàn)事實(shí)，得出下列結(jié)論：某一氣體在氣體混合物中產(chǎn)生的分壓等于它單獨(dú)占有整個(gè)容器時(shí)所產(chǎn)生的壓力；而氣體混合物的總壓強(qiáng)等于其中各氣體分壓之和，這就是氣體分壓定律（law of partial pressure）。

濕空氣的物理性質(zhì)

二、空氣的溫度

干球溫度：是溫度計(jì)在普通空氣中所測(cè)出的溫度，即我們一般天氣預(yù)報(bào)里常說(shuō)的氣溫 。

濕球溫度：指同等焓值空氣狀態(tài)下，空氣中水蒸汽達(dá)到飽和時(shí)的空氣溫度，在空氣焓濕圖上是由空氣狀態(tài)點(diǎn)沿等焓線下降至100%相對(duì)濕度線上，對(duì)應(yīng)點(diǎn)的干球溫度 。
露點(diǎn)溫度：在含濕量不變的條件下冷卻空氣，一直冷卻到空氣中的水蒸氣開(kāi)始凝結(jié)成水的那一時(shí)刻的溫度。

在冬天的玻璃窗上或夏季的自來(lái)水管上常?？梢钥吹接心Y(jié)水或露水存在。這一現(xiàn)象可以用露點(diǎn)溫度形成來(lái)解釋。

干濕球濕度計(jì)：是測(cè)定氣溫、氣濕的一種儀器。由兩支規(guī)格*相同的溫度計(jì)組成，一支稱為干球溫度計(jì)，其溫泡暴露在空氣中，用以測(cè)量環(huán)境溫度；另一支稱為濕球溫度計(jì)，其溫泡用特制的紗布包裹起來(lái)，并設(shè)法使紗布保持濕潤(rùn)，紗布中的水分不斷向周圍空氣中蒸發(fā)并帶走熱量，使?jié)袂驕囟认陆?。水分蒸發(fā)速率與周圍空氣含水量有關(guān)，空氣濕度越低，水分蒸發(fā)速率越快，導(dǎo)致濕球溫度越低?？梢?jiàn)，空氣濕度與干濕球溫差之間存在某種函數(shù)關(guān)系。干濕球濕度計(jì)就是利用這一現(xiàn)象，通過(guò)測(cè)量干球溫度和濕球溫度來(lái)確定空氣濕度的。

三、含濕量

含濕量d是指單位質(zhì)量干空氣中含有的水蒸汽量。

單位是kg/kg（干空氣）或g/kg（干空氣）。

含濕量d的數(shù)值計(jì)算：d=0.622ps/（p-ps）

四、相對(duì)濕度

相對(duì)濕度是空氣中水蒸氣分壓力和同溫度下飽和水蒸氣分壓力之比，也稱為飽和度。相對(duì)濕度反映了濕空氣中水蒸氣含量接近飽和的程度。

空氣的相對(duì)濕度φ 越大，也就是越潮濕。 φ 的zui大值是1（或100%），這相當(dāng)于飽和空氣。如果φ =0，這表明空氣中不含水蒸氣（干空氣）。

五、比焓

在空氣調(diào)節(jié)工程中，濕空氣的狀態(tài)經(jīng)常發(fā)生變化，常需要確定狀態(tài)變化過(guò)程內(nèi)熱量的交換量。從熱工基礎(chǔ)可知，在壓力不變化的情況下，焓差值等于熱交換量。而在空氣調(diào)節(jié)過(guò)程里，濕空氣的狀態(tài)變化過(guò)程可以看成是在定壓下進(jìn)行的，所以能夠用濕空氣狀態(tài)變化前后的焓差值來(lái)計(jì)算空氣得到或失去的熱量。

包含單位質(zhì)量干空氣的濕空氣的比焓值h應(yīng)是

h=hg+dhs=1.01t+d（2500+1.84t）或h=（1.01+1.84d）t+2500d

推導(dǎo)過(guò)程

比焓h是用來(lái)表示物質(zhì)系統(tǒng)能量狀態(tài)的一個(gè)參數(shù)，其數(shù)值等于比定壓熱容cp乘溫度t，即                     h= cpt

      干空氣的比定壓熱容cp，g=1.01kj/（kg·K），故溫度為t時(shí)干空氣的比焓值hg為                               

                                    hg=1.01t

       水蒸氣的比定壓熱容cp，s=1.84kj/（kg·K），溫度為t時(shí)水蒸氣的比焓值hs為

                                    hs=2500+1.84t   

式中2500是單位質(zhì)量的水在0℃時(shí)變成水蒸氣所需要的汽化熱（kj/kg）。

        濕空氣的比焓是以單位質(zhì)量干空氣作為基數(shù)計(jì)算的。伴隨著單位質(zhì)量干空氣的還有d質(zhì)量水蒸氣?？梢?jiàn)包含單位質(zhì)量干空氣的濕空氣的比焓值好h應(yīng)是

                h=hg+dhs=1.01t+d（2500+1.84t）或h=（1.01+1.84d）t+2500d

濕空氣的物理性質(zhì)

在式中(1.01+1.84d)t是隨著溫度的變化而變化的熱量，稱為“顯熱”。而2500d是0℃時(shí)，d kg水的汽化熱，它僅隨含濕量的變化，而與溫度無(wú)關(guān)，故稱為“潛熱”。由此可見(jiàn)，濕空氣的焓將隨著溫度和含濕量的升高而加大，隨其降低而減小。在使用焓這個(gè)參數(shù)時(shí)，必須注意2500較（1.01+1.84d）大得多，因而在空氣溫度升高的同時(shí)，若含濕量有所下降，其結(jié)果是濕空氣的焓不一定會(huì)增加。

理論上，對(duì)于一定的大氣壓，只要知道空氣的任意兩個(gè)參數(shù)，就能算出所有其他參數(shù)。在工程應(yīng)用中，用公式計(jì)算和用查表方法來(lái)確定空氣狀態(tài)和參數(shù)，比較繁瑣，而且對(duì)空氣的狀態(tài)變化過(guò)程的分析也缺乏直觀的感性認(rèn)識(shí)。因此，為了便于工程實(shí)際應(yīng)用，通常把一定大氣壓力下，各種參數(shù)之間的相互關(guān)系作成線算圖來(lái)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)所取坐標(biāo)系的不同，線算圖也有好幾種，國(guó)內(nèi)常用的是焓濕圖，簡(jiǎn)稱h-d圖。

這里需要強(qiáng)調(diào)的是，每一張h-d圖都是按規(guī)定的大氣壓繪制的，因此在計(jì)算工作中，應(yīng)選用與要求大氣壓相符的（或接近的）焓濕圖。

等φ 線是曲線

等h線是傾斜直線

等d線是垂直線

等t線接近水平，看似平行，實(shí)際互不平行。

zui低的一根等φ 線，其值為φ =100%。這條曲線稱為飽和線。狀態(tài)在這條線上的空氣處于飽和狀態(tài)。在其他φ 線上的空氣都是非飽和的?？諝鉅顟B(tài)不可能位于飽和線以下的區(qū)域中。