制冷工程湿必修课：空气的热湿处理
针对空气的热湿处理，我们今天来探讨下如下问题：空气的热湿处理、空气热湿处理设备的类型、空气与水直接接触时的热湿交换、用喷水室处理空气、用表面式换热器处理空气、空气的其它热湿处理方法。
空气热湿处理设备的类型
一、空气热湿处理设备：
加热设备、冷却设备、加湿设备、减湿设备
可以采用不同的空气处理方案而得到同一种送风状态。究竟采用哪种途径，则须结合各种空气处理方案及使用设备的特点，经过分析比较确定。
空调的热湿处理设备大多是空气与其它介质的热湿交换的设备，只有少数不属于热湿交换设备。
与空气进行热湿交换的介质有：水、水蒸汽、液体吸湿剂、制冷剂。
二、空气热湿处理设备的类型
直接接触式热湿交换设备和表面式热湿交换设备。
直接接触式热湿交换设备：喷水室、蒸汽加湿器、局部补充加湿装置以及使用液体吸湿剂的装置等。
特点：与空气进行热湿交换的介质与被处理的空气直接接触。
表面式热湿交换设备：包括光管式和肋管式空气加热器及空气冷却器等。
特点：与空气进行热湿交换的介质不与空气接触，二者之间的热湿交换是通过设备的金属表面进行的。
（1）有的空气处理设备兼有这两类的特点，如喷水式表面冷却器。
（2）空气电加热器、使用固体吸湿剂的设备不属于热湿交换设备。
空气与水直接接触时的热湿交换
根据水温的不同，可能仅发生显热交换；也可能既有显热交换，又有湿交换，而与湿交换同时发生潜热交换。
（1）显热交换：由于空气与水之间存在温差，因导热、对流和辐射作用而进行换热的结果。
（2）潜热交换：空气中的水蒸汽凝结（或蒸发）而放出（或吸收）汽化潜热的结果。
（3）总热交换量（全热交换量）是显热交换量与潜热交换量的代数和。
空气与水直接接触时，在贴近水表面处或水滴周围，形成了一个温度等于水表面温度的饱和空气边界层。
边界层与周围空气的温度差，决定边界层与周围空气的传热方向。
边界层内水蒸汽分子浓度与周围空气的水蒸汽浓度的浓度差，决定边界层与周围空气中的水蒸汽分子数交换的方向。
浓度差是产生质交换的推动力，正如温度差是产生热交换的推动力。
（4）空气与水直接接触时发生的各种过程及其特点
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。
水温的不同可以得到七种典型的空气状态变化过程。
A-2过程：温度等于空气露点温度的冷水与空气直接接触，等湿冷却过程。
A-4过程：温度等于空气湿球温度的水与空气直接接触，等焓加湿过程。
A-6过程：温度等于空气干球温度的水与空气直接接触，等温加湿过程。
用喷水室处理空气
（1）喷水室优点：能够实现多种空气处理过程，具有一定的净化空气能力，耗费金属量少和容易加工。
（2）缺点：对水质的卫生要求高，占地面积大，水系统复杂和水泵耗电较多。
一般建筑中已不常用或只做加湿器使用，但在纺织厂、卷烟厂等工业建筑中还大量使用。
一、喷水室的构造和类型
喷水室底池与四种管道相连。这四种管道是：
为了检修和观察的需要，喷水室应装密闭检查门（17）和防水照明灯（16）。
喷水室的类型：
（1）卧式和立式（按放置形式 ）
立式喷水室的特点是占地面积小，空气流动自下而上，喷水由上而下，因此空气与水的热湿交换效果更好，一般是在处理风量小或空调机房层高允许的地方采用。
（2）单级和双级（按喷水室的级数 ）
双级喷水室能够使水重复使用，因而水的温升大、水量小，在使空气得到较大焰降的同时节省了水量。因此，它更适宜于用在使用自然界冷水或空气焓降要求较大的地方。
双级喷水室的缺点是占地面积大，水系统复杂。
（3）低速和高速（按喷水室中空气的流速 ）
前述喷水室空气流速较低，一般为2～3m/s，可称为低速喷水室或普通喷水室。
而高速喷水室内空气流速为3.5～6.5m/s，甚至更高。
根据构造不同，高速喷水室也有不同类型，如美国Carrier公司产品和瑞士Luwa公司的产品。
此外，在工程上还使用带旁通和带填料层的喷水室。
带旁通的喷水室是在喷水室的上面或侧面增加一个旁通风道，它可使一部分空气不经过喷水处理而与经过喷水处理的空气混合，得到要求处理的空气终参数。
带填料层的喷水室，是由分层布置的玻璃丝盒组成。在玻璃丝盒上均匀地喷水，空气穿过玻璃丝层时与各玻璃丝表面上的水膜接触，进行热湿交换。这种喷水室对空气的净化作用更好，它适用于空气加湿或蒸发式冷却，也可作为水的冷却装置。
喷嘴
喷嘴是喷水室的主要构件之一，在我国空气调节工程中一般常用Y—1型离心喷嘴， 除Y—1型外，在我国还出现了BTL—1型、FL型、ZK型 和JN型等喷嘴。它们的喷水性能较Y—I型喷嘴有所提高。
喷嘴安装在专门的排管上（喷淋排管）。
通常设一至三排喷嘴。
喷水方向根据与空气流动方向的相同与否分为顺喷、逆喷和对喷。
喷嘴喷出的水滴最后落入底池中。
喷淋排管
挡水板
挡水板是影响喷淋室处理空气效果的又一重要部件。
以前主要使用镀锌钢板制的多折形挡水板，现在出现的双波形挡水板。
蛇形挡水扳等较前有较大改进，已逐步推广应用。
用镀锌钢板或玻璃条加工而成的多折形挡水板，因阻力较大、易损坏，现已较少使用。
用各种塑料板制成的波形和蛇形挡水板，阻力较小且挡水效果较好。
挡水板作用
前挡水板：为了挡住可能飞出来的水滴，并使进入喷水室的空气均匀。因此有时也称前挡水扳为“均风扳”。
后挡水板：使夹在空气中的水满分离出来，以减少空气带走 的水量（过水量）。
喷水室的水系统
（1）使用天然冷源的水系统
用深井泵抽取地下水直接供喷水室使用，用后排入下水道。在很多地方已被禁止。
采用深井回灌技术。
（2）使用人工冷源的水系统
利用由制冷机制备的冷冻水。
自流回水方式
压力回水方式
影响喷水室热交换效果的因素：
（1）空气质量流速的影响
（2）喷水系数的影响
（3）喷水室结构特性的影响
①喷嘴排数 ②喷嘴密度 ③喷水方向 ④排管间距 ⑤喷嘴孔径
（4）空气与水初参数的影响
常用的表面式换热器包括：
空气加热器和表面冷却器。
空气加热器以水或蒸汽做热媒。
表面冷却器以冷水或制冷剂做冷媒，又可称为水冷式和直接蒸发式表面冷却器。
表面式换热器可以实现等湿加热、等湿冷却和减湿冷却三种空调过程。
用表面式换热器处理空气
一、表面式换热器的构造
空调工程中，肋片管制成的肋管式换热器得到广泛应用，构造如下：
二、各种肋片式换热器的构造
空气的其它热湿处理方法
一、用电加热器处理空气
电加热器是让电流通过电阻丝发热来加热空气的设备。
1、优点：
加热均匀、热量稳定、效率高，结构紧凑和控制方便等。
在空调机组和小型空调系统中应用较广。大型空调中经常在送风支管上使用电加热器来控制局部加热。
2、缺点：
耗费较多电能，在加热量要求较大的地方不宜采用。
电加热器的基本结构：
裸线式，管式
3、特点：
裸线式电加热器热惰性小、加热迅速，结构简单，但容易断丝漏电，安全性差，所以，使用时，必须有可靠的接地装置，并应与风机联锁运行，以免造成事故。
管式电加热器的优点是加热均匀，热量稳定，安全性好，缺点是热惰性大，构造复杂。
二、空气的加湿处理
1、空调系统中两处可加湿：
1）空气处理室或送风管道内对送入空气进行集中加湿；
2）在空调房间内对空气进行局部补充加湿。
2、加湿方法：
喷水室、喷蒸汽加湿、电加湿、直接喷水加湿和水表面自然蒸发加湿等。
一类是用外界热源产生蒸汽，然后再将蒸汽混到空气中来进行加湿，称为等温加湿。另一类是由水吸收空气中的显热而蒸发加湿，称为等焓加湿。
3、等温加湿：
蒸汽加湿设备有蒸汽喷管、干式蒸汽加湿器和电加湿器（电热式加湿器和电极式加湿器）。
4、等焓加湿：
压缩空气喷雾器、电动喷雾机和超声波加湿器。
饱和水蒸汽分压力仅取决于温度。
5为调压阀孔，可对进入的饱和蒸汽减压。
干蒸汽加湿器的选型需根据所需的加湿量和提供的饱和蒸汽压力，查表确定。
三、空气的减湿处理
1、加热通风法减湿
加热法：提高空气温度，将降低空气相对湿度。不是根本减湿的方法，但是简单经济。
通风方法 ：将含湿量低的空气混入。简单经济，但无法调节空气温度，有时无法降低空气相对湿度。
加热通风法 ：将加热与通风方法结合起来 。
既可以控制温度，也可以满足湿度要求。设备简单，投资与运行费用低。
2、冷却减湿：
使用喷水室和表面冷却器来冷却、干燥空气。
3、液体吸湿剂减湿
常用的液体吸湿剂：氯化钙、氯化锂、和三甘醇等。
液体吸湿剂吸收水分后，其浓度逐渐降低，吸湿能力也逐渐降低。因此在温度一定时，吸湿能力与吸湿剂浓度成正比。
按照再生方法不同，可将液体吸湿剂减湿系统分成蒸发冷凝再生式减湿系统和空气再生式减湿系统。
蒸发冷凝再生式液体系统
优点：空气减湿幅度大，
可变露点运行。
缺点：系统复杂，还要解
决设备防腐问题。
4、固体吸湿剂减湿
固体吸湿剂分两类：
1）靠纯物理作用吸湿，如硅胶和活性炭。
2）靠物理化学作用吸湿，如氯化钙和生石灰。
在空调工程中常用的固体吸湿剂是硅胶和氯化钙。
一般固体吸湿设备均为固定式的，缺点是再生麻烦。
为了使吸湿和再生能够连续进行，出现了转动式除湿设备，如氯化锂转轮除湿机，转轮采用了蜂窝结构。
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