第4章 空调基本原理及处理过程.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,Air Conditioning-,-Chapter 4,第,4,章空调基本原理及处理过程,返回主目录,上级目录,第二节,空气净化处理原理,第三节 空气热湿处理过程,第一节,空气热湿处理原理,Air Conditioning-Chapter 4,在,I-D,图上分析可知，,在空调系统中，为得到同一送风状态点可以有不同的空气处理途径。以完全使用室外新风的空调系统为例，将室外空气处理到送风状态点的方案如图。,夏季处理方案有三种，,冬季有五种。各种方案是由简单的空气处理过程组合而成。,第一节,空气热湿处理原理,Air Conditioning-Chapter 4,第一节 空气热湿处理原理,一、直接接触式热湿处理原理,空气通过敞开的水表面或将水喷到空气中，水就与空气发生热,湿交换，总热交换,=,显热交换,+,潜热交换。,显热交换：温差,导热、对流、辐射；,潜热交换（质交换、湿交换）：水蒸汽压差,凝结、蒸发。,边界层,水,未饱和空气,边界层,未饱和空气,水滴,图,32,空气与水的热、湿交换,(a),敞开的水面（,b),飞溅的水滴,(a),(b),Air Conditioning-Chapter 4,质交换以层流分子扩散（水表面,饱和空气层）和紊流脉动扩散（饱和空气层,空气）两种形式进行，形成对流质交换。,当空气与水在一微元面积,df,上接触时，空气温度变化为,dt,，含湿量变化为,d(d,),，空气与水之间发生热湿交换：,显热交换：,dQ,X,=,Gc,p,dt,=,(,t-t,b,)df,湿交换：,dW,=,Gd(d,)=,(,P,q,-P,qb,)df,=,(,d-d,b,)df,潜热交换：,dQ,q,=,rdW,=,r,(d-d,b,)df,总热交换：,dQ,z,=,dQ,x,+dQ,q,=,(,t-t,b,)+r,(d-d,b,)df,若水温变化为,dt,w,，则总热交换量为：,dQ,z,=,Wc,dt,w,在稳定工况下，空气与水之间热交换量是平衡的。,dQ,x,+dQ,q,Wc,dt,w,Air Conditioning-Chapter 4,空气与水直接接触时的状态变化过程,空气与水直接接触时，水表面形成的饱和空气边界层与主流空气之间通过分子扩散和紊流扩散，使边界层的饱和空气与主流空气不断混掺，从而使主流空气状态发生变化。因此，空气与水的热湿交换过程可以视为主流空气与边界层空气不断混合的过程。,在假想的条件下（假定水面无限大，接触时间无限长），,全部空气都能达到饱和状态，且空气终状态温度与水温相等。,在理想条件下（接触时间足够长，但水量有限），空气终状态达到饱和，且空气终温等于水温，但水温发生变化。,Air Conditioning-Chapter 4,间接接触式表面式,),热湿处理原理,1.,表面式热湿处理空气的特点。,2.,提高表面式换热器传热性能的主要途径：,（,1,）强化空气侧放热（肋片改型，加强扰动）,（,2,）提高内侧放热（内螺纹管）,3,、等湿过程的传热系数,w,=,f(Vy,)=,f(v,),n,=f(,),干冷：,热水加热：,蒸汽加热：,按习惯把分散于气体介质的微小颗粒的固体物质统称为,粉尘,。粉尘按来源不外乎两种。,一种,是由于固体材料的破碎、表面加工和运输等工艺过程产生粉尘，这种粉尘在形成过程中没有任何物理化学变化，其形状无规则，大小不一，但最终能长久悬浮于空气中的颗粒都很小，一般在,0.25,60m,之间。,粉尘及其性质,第二节,空气净化处理原理,另一种,由于化学作用,(,如化学反应、燃烧、爆炸和焊接等过程,),而自气体或液体中冷凝下来的更细微的固体颗粒，即所谓,烟尘,。它具有规则的结晶形状,(,如球形等,),，其颗粒一般很小，通常在,0.5m,以下。,尽管粉尘和烟尘的来源以及颗粒的大小和形状不同，但从除尘角度看，两者并无显著的质的差别，故统称粉尘。尘粒的大小不一，形状不同，对除尘设备及风机的磨损是不一样的。,第二节,空气净化处理原理,Air Conditioning-Chapter,4,空气悬浮微粒的捕集,(,一,),单纤维的,捕集机理,目前常用的捕集机理主要有以下几个方面：,（,1,）惯性效应,（,2,）重力作用,（,3,）截留效应,（,4,）扩散效应,（,5,）静电效应,Air Conditioning-Chapter,4,悬浮微粒,滤芯纤维,滤芯纤维,（,1,）惯性效应,由于纤维错综排列，故气流在纤维层内,穿过时，其流线要多次转弯，此时，若尘粒,质量较大或速度,(,可以看成等于气流速度,),较,大，则尘粒受惯性力作用，不能随气流转弯，,而仍保持其原有的运动方向，便与纤维碰撞,并附着在纤维上。,这种现象称为惯性效应。,惯性作用随尘粒质量和过,滤风速的增加而增大。,Air Conditioning-Chapter,4,悬浮微粒,介质纤维,介质纤维,（,3,）截留效应,对于粒径在亚微米范围内的小尘粒，可 以认为没有惯性，,尘粒随着气流流线运动，当流线紧靠纤维表面时，尘粒由于与纤维表面发生接触而被拦截,(,阻留,),下来，这种作用称为,截留效应,。另外当,微粒,尺寸大于纤维网眼而被阻留时，这种现象称为筛滤作用。粗孔或中孔的泡沫塑料过滤器主要依靠筛滤作用进行除尘。,含尘气流通过纤维层时，尘粒在重力作用下，产生脱离流线的位移而沉降到纤维表,面上，这种作用只有在尘粒较大,(,5,m),时才存在。对小尘粒,(,0.5,m),的过滤，完全可以忽咯重力作用。,（,2,）重力作用,Air Conditioning-Chapter,4,微粒,0.3,m,（,4,）扩散效应,小于,1m,的微粒在气体分子撞击下，像气体分子一样作布朗运动。如果,微粒在运动过程中和物体表面接触，就会从气流中分离，这个机理称为扩散效应。对于,d,c,0.3m,的微粒，这是一个很重要的机理。,Air Conditioning-Chapter,4,（,5,）静电效应,当含尘气流通过纤维滤料时，由于气流摩擦，使纤维和尘粒部可能带上电荷，从而,增加了纤维吸附尘粒的能力。但是，因这种电荷既不能长时间存在，电场强度又很弱，,故产生的吸附力很小，所以，一般可以忽略。,屏蔽板,激化纤维,7000V,直流电压,激化纤维,空气,Air Conditioning-Chapter,4,截留效应,惯性效应,扩散效应,重力作用,静电效应,在纤维过滤器内，尘粒被捕集，可能是出于上述滤尘机理的共同作用，也可,能是由于其中一种或几种滤尘机理的作用，这是由尘粒粒径、纤维直径、纤维层填充率以及气流速度等条件决定的。,除尘机理,Air Conditioning-Chapter,4,How a high-voltage electronic air cleaner works,Electronically Cleaned Air Circulated Back Through Your Building,Electrically Charged Plates Attract Particles Like Magnets,Electronically Charged Wires Zap Particles,Airflow,Pre-filter Screen,Stage 1:Charging Section,Stage 2:Collection Section,尘埃,病毒,细菌,花粉,Smoke,真菌,静电吸附（双级）,除气式净化处理原理,物理吸附法,光催化分解法,离子化法,臭氧法,湿式除气法,组合空气净化技术,Air Conditioning-Chapter 4,第三节 空气热湿处理过程,Air Conditioning-Chapter 4,实际上，空气与水的接触时间是有限的，因此，空气终状态难,以达到饱和。,在实际工程中，用空气的初终状态连线来表示空气的变化过程。,Air Conditioning-Chapter 4,表面式换热器的处理过程,A,C,B,D,100%,Air Conditioning-Chapter 4,空气加湿器的处理过程,一）基本加湿原理,1,、加湿位置：,1,）集中加湿：在空气处理房间或送风管道内对送风集中进行。,2,）局部补充加湿：在空调房间内部。,局部补充加湿还有一些其它作用，例如在高温车间可以用它降温，在多尘车间可用,它降尘。有时也可以利用局部补充加湿来降低空调房间的热湿比，以便在送风温差不受,限制的地方，能尽量加大送风温差，节省送风量,。,2,、加湿的原理,1,）等温加湿,2,）等焓加湿,Air Conditioning-Chapter 4,二）等温加湿,将蒸汽直接与空气混合是比较简便的等温加湿方法。从图可以看出，如果需要,将,G kg,h,状态,1,的空气，加湿到状态,2,，则需要的加湿量为：,Air Conditioning-Chapter 4,液体吸湿剂减湿,1,、原理：,又称吸收减湿。与同温度的水相比，某些盐水表面饱和空气层的水蒸汽分压力将低于同温度下水表面饱和空气层的水蒸汽分压,力。,某些盐类,(,如氯化钙、氯化锂等,),的水溶液中，由于混有盐类分子，使水分子的浓度,降低，盐水表面上饱和空气层中的水蒸汽分子数也相起减少。因此，与同温度的水相比，,盐水表面饱和空气层的水蒸汽分压力将低于同温度下水表面饱和空气层的水蒸汽分压,力。所以当空气中的水蒸汽分压力大于盐水表面的水蒸汽分压力时，空气中的水蒸汽分子,将向盐水转移，或者被盐水吸收。,Air Conditioning-Chapter 4,这类盐水溶液又称为液体吸湿剂。,盐水溶液吸收水分后，其浓度逐渐降低，吸湿能力也逐渐降低。因此在温度一定时，吸湿能力与,液体浓度成正比。,2,、,液体吸湿剂减湿系统,为了增加空气和盐水溶液的接触表面，在实际工作中，往往是让被处理的湿空气通,过喷液室或填料塔等减湿设备，在溶液和空气充分接触的过程中达到减湿目的。,在采用有腐蚀性的溶液时，必须解决好防腐问题。最好采用耐腐蚀的管道和设备以及效果可靠的气液分离设备。,按照再生方法不同，可将液体吸湿剂减湿系统分成两类，即蒸发冷凝再生式减湿系统和空气再生式减湿系统,Air Conditioning-Chapter 4,固体吸湿剂减湿,(,吸附减湿,),1,固体吸湿剂及其减湿原理,1,）纯物理作用固体吸湿剂,例如硅胶和活性炭。它们本身具有大量孔隙，形成大量吸附表面，在这些表面,上水蒸汽分压力比周围空气的水蒸汽分压力低很多，因此能从空气中吸附水分。,2,）物理化学作用固体吸湿剂,例如氯化钙和生石灰，其表面水,蒸汽分压力也比周围空气水蒸汽分压力低很多，所以也能从空气中吸附水分，但是这类,材料吸附水分后便成了含有更多结晶水的化合物，如果继续吸水，它们还会由固态变成,液态。,在空调工程中常用的固吸湿剂是硅胶和氯化钙。,Air Conditioning-Chapter 4,固体吸湿剂的减湿过程,1,）固体吸湿剂的空气处理过程为等焓升温过程。以硅胶为例，其减湿处理过程如图所示。将状态,1,的空气处理到状态,2,，先令其通过,硅胶层。当潮湿空气通过硅胶层时，空气中的水蒸汽,被吸附，同时放出汽化潜热又加热了空气，因此保持,了硅胶层前、后空气的焓不变，而温度上升,(,过程,1,),Air Conditioning-Chapter 4,2,）为了得到温度较低的空气还需要对状态,1,的空气进行降温处理。为了得到状态,2,的空气通常是,由状态,1,先等湿冷却到状态,2,，然后再绝热加湿到状,态,2,不过由于状态,l,的温度较高，所以有可能用深,井水或自来水做冷媒。当然也可以通过调节通过硅胶,层与旁通过去的空气比例，得到混合状态点,1“,，再等,湿冷却也可达到状态,2,。这时需要的冷水温度要低。,3,）特点：用硅胶处理含湿量相同、温度不同的空气时，空气温度越高硅胶吸湿能,力越低，所以被处理的空气最好不要超过。,Air Conditioning-Chapter 4,、固体吸湿剂的减湿方法,两类：静态与动态。,1,）静态吸湿：让潮湿空气呈自然状态与吸湿剂接触。,2,）动态吸湿：让潮湿空气在风机,作用下通过吸湿材料层。,显然，动态吸湿将比,静态吸湿效果更好。但是由于静态吸湿设备,简单，所以在小空间,(,如仪表相等,),吸湿时更,为适用。,空气处理的各种途径,Air Conditioning-Chapter 4,