什么是焓濕圖
  •   
    Humidity for a better life
     H,x焓濕圖

    x











    加濕基礎知識:

    什么是焓濕圖?


    人類在不斷地開發和利用各種能源的過程中發展了工程熱力學,研究物質的熱力性質與能量轉換。為此需要研究物質的狀態參數以及參數之間的關系。以空氣為例,自然界中的空氣含有一定量的水蒸氣,是干空氣和水蒸氣的混合物,因而常把大氣稱為濕空氣。人們一般用壓力,溫度,密度,含濕量,相對濕度,比焓等物理量來描述濕空氣的狀態,這些物理量都是濕空氣的狀態參數

    濕空氣焓濕圖起源自對于空氣狀態參數之間關系的研究。焓濕圖中的焓與濕指的是空氣的兩個狀態參數,焓在工程熱力學中是工質的一個狀態參數,其物理意義包含內能與流動功。在空調工程中,用空氣的焓值變化表示熱量變化,單位是kJ/kg。濕空氣的含濕量指的是一定量的濕空氣中的水蒸氣與干空氣的密度比值,由于它們占有相同體積,所以也是質量比,換言之也就是對應于含有1kg干空氣的濕空氣中的水蒸氣量,單位是g/kg或kg/kg。

    人們將包括焓與含濕量等主要濕空氣狀態參數之間的關系用圖線表示出來制成了焓濕圖。通過它可以確定溫度,濕度與焓值等空氣狀態,圖上的每個確定的點代表了濕空氣的某一種狀態,每條線表示濕空氣的一個狀態變化過程,焓濕圖是空調計算的基礎工具。

    自二十世紀初以來,從H.米勒到開利博士等,都發表了不同的版本的焓濕圖。1905年,開利博士(Willis H. Carrier)發布了他繪制的焓濕圖(psychrometric chart)。1923年,Richard Mollier發表了優化的h-x焓濕圖。所以焓濕圖自發明至今已經有一百多年的歷史了。

    早期的焓濕圖
       

    兩種焓濕圖所用的基礎數據是一樣的,psychrometric chart焓濕圖上面畫出了比容線和等濕球溫度線,德國,中國教材一般使用莫里耶焓濕圖(Mollier),其他歐美國家一般使用 psychrometric chart焓濕圖。兩種焓濕圖通過旋轉和翻轉即可以顯示出相同的幅面展示方式。

    通過焓濕圖能夠計算并以線圖形式展示因加熱,冷卻,加濕或除濕而引起的濕空氣的狀態變化過程,這些狀態變化可以用線圖直接在焓濕圖中確定。h-x焓濕圖經過后人不斷優化,成為如今在空氣調節領域廣泛使用的莫里耶焓濕圖。


    焓濕圖的構成與參數:

    h-x圖規定了描述空氣狀態所需的所有參數:


    溫度 = t  °C
    含濕量 = x  g/kg
    相對濕度 = RH  %
    比焓 = h  kJ(1+x)kg
    密度 = p  (kg/m3)

    焓濕圖的布局

    h-x焓濕圖中含濕量為橫坐標,比焓為縱坐標,采用斜角坐標系,因為這樣可以使圖面展開,提高讀取不飽和濕空氣區域參數值的精確度。莫里耶焓濕圖的的構建是將x軸(含濕量)順時針旋轉直至0°C等溫線在不飽和區域為水平線,等比焓線從左上角到右下角分布。含濕量線為垂直豎線。


    出于實際使用方便的原因,水平含濕量x軸不經過坐標系原點,而是在不飽和區域上方。水蒸氣分壓線可以指定為第二個x軸,因為其數值僅基于含濕量x和空氣壓力p。比焓線是一組斜對角線,圖中的曲線陣列被分別規定為空氣溫度,空氣密度以及相對濕度。

    使用標尺可以方便地以圖形方式描繪空氣狀態變化,例如由蒸汽加濕引起的空氣狀態變化。在早期的表示方法中,焓值單位KJ/(1+x)Kg中1+x表明濕空氣的焓是由干空氣的焓與水蒸氣的焓組成。等溫線相互間為近似平行,它們不是水平線,在不飽和區略有上升。以相對濕度100%為分界線,曲線右下方為過飽和區,又稱為“霧區”。

    不同版本的焓濕圖

    常用的焓濕圖是基于標準大氣壓101.325KPa作出的,在不做精確計算時,海拔500米以內的狀態參數相差不大,而在更高海拔區域要使用對應大氣壓下的焓濕圖。例如海拔在1500米或更高時要選擇相應高度的焓濕圖,否則在空調計算中會引起較大的計算誤差。

    常用的焓濕圖的干球溫度范圍一般在零下20℃到60℃之間,這也是多數空調工程中所能涉及的溫度范圍,在特殊用途時,可以查詢低溫焓濕圖和高溫焓濕圖。

    使用焓濕圖計算

    在含濕量不變時加熱空氣(等濕加熱)

    左側對應的焓濕圖描繪了在水蒸氣含量不變時空氣的加熱過程。我們能從這一過程推斷出什么呢? 

    如果將空氣從溫度11°C,相對濕度50%開始加熱至25°C,在此過程中,含濕量為 4 g/kg保持不變。另一方面,相對濕度從50%改變為20%, 焓值也從 21.4 kJ/kg 變為35 kJ/kg。空氣密度也發生了變化,從1.24kg/m3 變成1.17 kg/m3。


    霧化與水的蒸發(等焓加濕) 

    如果沒有經過額外加熱將水霧化或者蒸發,蒸發過程所需要的能量來自周圍的空氣。其結果是空氣溫度下降,這一冷卻過程是平行于等焓線,稱為等焓加濕。焓濕圖中的熱濕比線?h/?x 可以確定這一冷卻過程線的精確方向。

    熱濕比 ?h/?x:

    ?h = kJ/kg
    ?x kg H2O / kg 干空氣

    蒸汽加濕 (等溫加濕)

    當空氣調節中采用蒸汽加濕空氣時,空氣在被加濕之后溫升很小,加濕過程線近似平行于等溫線,從工程角度來看可以視為等溫加濕過程。


    亚洲一区二区三区四区热压胶