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第四章空调热湿处理设备•设备的作用：实现送风状态的空气•本章内容：设备种类、设备热湿处理过程及其在Ｉ－Ｄ图上的表示、设备的设计与校核第一节热湿交换设备的种类及其热湿交换原理•一、种类•直接接触式：•表面式：二、原理•1、直接接触式：（热湿传递的动力？）可以实现的空气状态变化2、表面式•原理：通过分隔壁面进行热交换•热量传递动力？可以实现的空气处理过程•1)•1)twta•2)tatwtdta•3)twtd•3)2)第一节喷淋室•目前喷水室的生产基本上已工厂化，做为空调箱的一个组成部分随产品一起出厂。制造喷水室的材料主要是钢板和玻璃钢。现场施工时也可以用钢筋混凝土和砖制造一、结构•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。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。1、喷嘴Y—1型离心喷嘴的构造Y—1型离心喷嘴喷水性能2、喷水室的挡水板•材料：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•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)。3、池底部接管•底池又和四种管道相连。这四种管道是：•(1)循环水管：底池通过滤水器与循环水管相连，使落到底池的水能重复使用。滤水器的作用是能除去水中杂物，以免堵塞喷嘴。•(2)溢水管：底池通过溢水器与溢水管相连，以便排除夏季内空气中冷凝出来的水或收集回水。此外，溢水器的喇叭口上有水封罩可将喷水室内、外空气隔绝，并使底池水面维持一定高度。•(3)补水管：由于冬季经常是用循环水加湿空气，一部分水要蒸发到空气中去，所以底池水面将降低。为了维持水面高度略抵于溢水器，需设补水管，并经浮球阀门自动补水•(4)泄水管：为了检修、清洗和防冻等目的，在底池底部需设泄水管，以便能将池内的水全部泄至下水道。•另外，为了检修和观察的需要，喷水室应装密闭检查门和防水照明灯．二、类型•1、卧式与立式立式特点•占地面积小，空气自下而上地与水接触，热湿交换效果更好，在处理的空气量不大时，可以使用。双级喷水室能够使水重复使用，因而加大了温升，节省了水量．同时可使空气得到较大焓降。因此，更适合于应用天然冷源以及要求处理的空气焓降大的场合。双级喷水室的缺点是占地面积较大，水系统更为复杂。•2、单级与双级双级：1）使用条件：如果被处理的空气初、终状态间焓差较大，用单级喷水室必须要用较大的喷水系数和较多的喷嘴排数，显得不够经济。而在采用天然冷源(如用深井水）的地方，为了节省水量又希望能有较大的水温升，在这些情况下，使用双级吸水室比较合理。2）结构：典型的双级喷水室并不是简单地将两个单级喷水空串联，而是在水路上也采取串联方式，即空气先进入第1级喷水室，再进入策2级喷水室，而冷水是先进入第2级喷水室然后再由第2级的底池抽出供给第1级喷水室原理图双级喷水室的主要特点•(1)被处理的空气焓降大、温降也大，而且空气终状态一股都可达到饱和；•(2)第I级喷水室的空气温降大于第2级，而第2级的空气减湿量大于第1级．所以说，空气在第I级喷水室中主要是降温降焓，而在第2级喷水室中主要是减湿减焓；•(3)由于水与空气逆向流动，而且两次接触，这就使得水的终温提高较多，甚至可能高于空气终状态的湿球温度。这就是说，水的温升比单级喷水室高，因此在吸收同样的空气热量时可以节省水量•3、低速与高速喷水室•1）低速：断面内流速2-3m/s•2）高速：断面内流速8-10m/s三、热湿交换效率•冷却干燥过程在I-D图上的表示1、全热交换效率•同时考虑空气和水的状态变化。将空气的状态变化过程线沿等焓线投影到饱和曲线上，并近似将该饱和曲线看成直线，则热交换效率可以表示为：2、通用热交换效率•只考虑空气侧的变化对于绝热过程•η1=12/13•=(t1-t2)/(t1-ts1)•η2=1-(t2-ts1)/(t1-ts1)四、影响热交换效率的因素•1、空气质量流速νρ(2.5-3.5kg/s)•实验证明，质量流速增大可使喷水室的热交换系数和接触系数变大，并且在风量一定的情况下可缩小喷水室的断面尺寸，从而减少其占地面积。但空气质量流速过大也会引起挡水板过水量及喷水室阻力的增加•2、喷水系数μ(W/G)(kg/kg)•实践证明，在一定的范围内加大喷水系数可增大热交换效率系数和接触系数。此外，对不同的空气处理过程采用的喷水系数也应不同。具体数值应由喷水室的热工计算决定。•3、结构参数•喷水室的结构特性主要是喷嘴排数、喷嘴密度、排管间距、喷嘴形式、喷嘴孔径和喷水方向等。•1）喷嘴排数{2-3}：以各种减焓处理过程为例，实验证明单排喷嘴的热交换效果比双排的差，而三排喷嘴的热交换效果和双排的差不多，因此，工程上多用双排喷嘴。只当喷水系数较大、如用双排喷嘴、须用较高的水压时，才改用三排喷嘴。•2）喷嘴密度{13-24}：每平方米喷水室断面上布置的单排喷嘴个数叫喷嘴密度。实验证明，喷嘴密度过大，水苗互相叠加，不能充分发挥各自的作用。喷嘴密度过小，因水苗不能覆盖整个喷水室断面，使部分空气旁通而过，引起热交换效果的降低。•实验证明，对Y—1型喷嘴的喷水室，一殷以取喷嘴密度13—24个／(m2·排)为宜。当需要较大的喷水系数时，通常靠保持喷嘴密度不变，提高喷嘴前水压的办法来解决。但是喷嘴前的水压也不宜大于0．25MPa(工作压力)。为防止水压过大，此时则以增加喷嘴徘数为宜。•3)喷水方向：实验证明，在单排喷嘴的喷水室中，逆喷比顺喷热交换效果好。在双排的喷水室中，对喷比两排均逆喷效果更好。显然，这是因为单排逆喷和双排对喷时水苗能更好地覆盖喷水室断面的缘故。如果采用三排喷嘴的喷水室，则以应用一顺两逆的喷水方式为好。•4)排管间距：实验证明，对于使用Y—1型喷嘴的喷水室而言，无论是顺喷还是对喷，排管间距均可采用600mm。加大排管间距对增加热交换效果并无益处。所以，从节约占地面积考虑，排管间距以取600mm为宜。•5)喷嘴孔径：实验证明，在其他条件相同时，喷嘴孔径小则喷出水滴细，增加了与空气的接触面积，所以热交换效果好。但是孔径孔径小易堵塞，需要的喷嘴数量多，而且对冷却干燥过程不利。所以，在实际工作中应优先采用孔径较大的喷嘴。4．空气与水初参数的影响•对于结构一定的喷水室而言，空气与水的初参数决定了喷水室内热湿交换推动力的方向和大小。因此，改变空气与水的初参数，可以导致不问的处理过程和结果．但是对同一空气处理过程而言，空气与水的初参数的变化对二个效率的影响不大，可以忽略不计。•通过以上分析可以看到，影响喷水室热交换效果的因素是极其复杂的，不能用纯数学方法确定热交换效率系数和接触系数，而只能用实验的方法，为各种结构特性不同的喷水室提供各种空气处理过程下的实验公式。这些公式的形式是：热交换效率的经验公式•η1=A(νρ)m(μ)n•η2=A’(νρ)m’(μ)n’•下表是经验公式的系数和指数五、热工计算•喷水室的热工计算方法有好几种，下面仅介绍E．E卡尔皮斯提出的、以上述两个热交换效率为基础的计算方法。•对于结构参数一定的喷水室而言，如果空气处理过程一定，它的热工计算原则就在于满足下列三个条件：•1、空气处理过程需要的η1应等于喷水室能达到的η1；•2、空气处理过程需要的η2应等于喷水室能达到的η2；•3、空气失去(或得到)的热量应等于喷水室中喷水吸收(或放出)的热量•η1=η1’•1-(ts2-tw2)/(ts1-tw1)=A(νρ)m(μ)n•η2=η2’•1-(t2-ts2)/(t1-ts1)=A’(νρ)m’(μ)n’•G(i2-i1)=Wc(tw1-tw2)•i2-i1=μc(tw1-tw2)•i2-i1=2.86(ts1-ts2)(ts=0-20)•热工计算内容六、阻力计算•喷水室的阻力由前、后挡水板的阻力，喷嘴排管阻力和水苗阻力三部分组成，可按下述方法计算•1、前后挡水板的阻力•这部分阻力的计算公式是•2、喷嘴排管阻力•这部分阻力的计算公式为•3、水苗阻力•这部分阻力的计算公式为第二节表面式换热器•一、结构肋管结构1、皱褶式绕片管将金属带用绕片机紧紧地缠绕在管子上可以制成皱褶式绕片管，用这种绕片管可以组成绕片式换热器。皱褶的存在既增加了肋片与管子间的接触面积，又增加了空气流过时的拢动性，因而能提高传热系数。但是，皱褶的存在也引起空气阻力的增加，容易积灰，而且不易清理。为了消除肋片与管子接触处的间隙，绕片管可以浸镀锌或铅，浸镀锌、锡也能防止生锈。2、光滑绕片管有的绕片管不带皱褶，它们是用延展性更好的铝带织成•3、轧片式换热器•用轧片机在光滑的铜管或铝管外表面上育接轧出肋片，可制成轧片管。用这种肋片管可以组成轧片式换热器．由于轧片管的肋片和管子是一个整体，没有缝隙，所以传热效果更好。•4、二次翻边式•5、串片管•在肋片上事先冲好相应的孔，然后再将肋片与管束串在一起，可以加工成串片管。用这种肋片管可以组成串片式换热器。串片法已有很久的历史，现在多用来加工铜或铝的肋片管。目前在围内。外大量使用冲片机、弯管机、串片机．胀管机和焊接机等代替手工操作，不但生产效率高，而且肋片管的质量也得到了保证二、换热器的安装•1、换热器的水平安装与垂直安装•换热器可以垂直安装，也可以水平安装或倾斜安装。但对于用蒸汽做热媒的空气加热器来说，为了便于排除凝结水，水平安装时应考虑一定的坡度。对于表面式冷却器来说，垂直安装时务必要使肋片保持垂直位置，否则将因肋片上存留积水而增加空气阻力和降低传热性能。由于表面冷却器工作时，经常有水分从空气中冷凝出来，所以在它们下部应装滴水盘和排水管滴水盘和排水管的安装•2、换热器的串联与并联•按空气流动方向来说，换热器可以串联，也可以并联，或既有并联又有串联。到底采用什么样的组合方式，应按通过空气量的多少和需要的换热量大小来决定。一般说来，通过空气量多时应采用并联，需要的空气温升(或温降)大时应采用串联。下图就是一组两排串联，每排又有两台并联的方案。换热器的管路连接3、管路连接•1）有并联与串联之分。•2）对于使用蒸汽做热媒的表面式换热器，蒸汽管路与各换热器之间只能并联。•3）对于用水做冷媒或热媒的换热器，水管和换热器之间并联、串联或串、并联结合安装都可以。•4）一般相对于空气来说，并联的冷却器，其冷水管路也必须并联；串联的冷却器，其冷水管路也应该串联。管路串联可以加大水的流速，提高传热系数，还可以提高水力工况的稳定性，但水的阻力增加。为了使冷(热)水与空气之间有较大温差，还应使空气与水技逆交叉流流动，即进水管应与空气出口位于同一侧•4、如果表面式换热器是冷、热两用(如风机盘管等末端装置中的换热器)．则热媒以用热水为宜，而且热水温度不应太高(—般应低于65℃)，以免因管内积垢过多而降低传热系数。二、提高表面式换热器传热性能的主要途径•1、表面式换热器的热交换能力，在传热面积和热交换介质之间温差一定时，主要取决于其传热系数的大小。传热系数高低将直接影响到使用表面式换热器的经济效益。•2、为了提高表面式换热器的性能，应提高管外侧(空气侧)和管内例的放热系数。•3、采取的措施。•空气侧：一是用二次翻边片代替一次翻边片，并提高胀管质量，二是用波形片．条缝片和波形冲缝片、针刺型片等代替平片。•管内侧：在管内侧拉螺旋槽。三、表面式换热器传热性能•1、等湿冷却和加热过程•对既定结构的肋片式换热器来说，等湿过程的传热系数只与内、外表面的放热系数有关。此外，由于外表面的换热系数与空气的迎面风速或质量流速有关，当以水为传热介质时，内表面换热系数与管内水的流速有关，所以，对于传热介质为水的表面式换热器，当其结构特性一定时，传热系数主要取决于空气流速和水的流速。因此在实际工作中，又常常是通过测