09第九讲AHU

1第八讲空气处理设备清华大学建筑学院建筑技术科学系2006年10月2一、组合式空调机组一、组合式空调机组3组合式空调箱立柜式空调机组吊顶式空调机组一、组合式空调机组4一、组合式空调机组5转轮全热回收装置过滤器一、组合式空调机组6干式加热等温加湿绝热加湿等湿冷却冷却除湿减焓冷却加湿加热加湿增焓冷却加湿等温除湿绝热除湿加热除湿二、空气-水热交换原理（一）空气热湿处理的11种过程在i-d图上的表示二、空气-水热交换原理7（二）空气热湿处理途径及其处理设备类型处理途径–热质交换处理介质–水、水蒸汽、冰、盐类溶液、制冷剂等处理设备类型：–接触式热湿交换设备：喷水室、蒸汽加湿器、局部加湿器、液体吸湿装置–表面式热湿交换设备：肋管式、光管式二、空气-水热交换原理序序号号过过程程喷喷淋淋室室表表面面式式换换热热器器蒸蒸汽汽//电电加加湿湿器器电电加加热热器器房房间间加加湿湿器器间间接接蒸蒸发发表表冷冷器器除除湿湿机机固固体体吸吸湿湿剂剂液液体体吸吸收收减减湿湿11冷冷却却除除湿湿********22等等湿湿冷冷却却****33减减焓焓冷冷却却加加湿湿**44绝绝热热加加湿湿****55增增焓焓冷冷却却加加湿湿**66等等温温加加湿湿****77加加热热加加湿湿**88等等湿湿加加热热****99加加热热减减湿湿****1100绝绝热热减减湿湿****1111等等温温减减湿湿**二、空气-水热交换原理9（三）质量与热量同时传递的换热量空气：dQz=dQx+dQq=[(t-tb)+(d-db)]dF水：dQz=wCdtw析湿系数(换热扩大系数)=dQz/dQx如果Lewis关系式=/Cp成立，则有焓差动力式：dQz=[(t-tb)+(d-db)]dF=(i-ib)dF湿空气的Cp=1.01+1.84d二、空气-水热交换原理10（三）质量与热量同时传递的换热量Lewis关系式=/Cp成立的条件：当质交换Sc=热交换Pr时，则有：对流质交换强度Sh(Re,Sc)=对流热交换强度Nu(Re,Pr)即当Le=1时，=/Cp式成立。由于水蒸汽在空气中扩散的Sc=0.6，空气的Pr≈0.72则Le＝1.2≈1所以水蒸汽在空气中扩散时=/Cp式基本成立即焓差是空气中水蒸汽质交换的动力。Sc：施密特准则Pr：普朗特准则Sh：宣乌特准则Nu：努谢尔特准则二、空气-水热交换原理11三、表面式换热器cooling/heatingcoil1.构造与类型–肋管式与光管式多用肋管式绕片、串片、轧片；内拉螺旋槽。–材料铜、钢、铝–安装形式：水与空气侧均可串、并联。蒸汽回路只能并联。三、表面式换热器12表面式换热器的翅片类型三、表面式换热器13表面式换热器结构三、表面式换热器三、表面式换热器14t1,i1t2,i22.过程特征空气与水不直接接触逆流、顺流，水温越不过空气的干球温度空气只能除湿，不能加湿。可实现三种过程终状态点必在起始点至饱和线的切线或割线上tw1tw2t2,i2t1,i1tw1tw2三、表面式换热器空气与水呈顺流？152.过程特征显热交换Q=KFtm肋管借助肋壁换热公式1/K=1/(wo)+(/)+/n肋化系数=Fw/Fn0=(F基+fF肋)/Fwf=实际散热量/整个肋表面处于肋基温度下的散热量管内流动的强制对流实验关联式Dittus-Boelter公式:Nu=0.023Re0.8Prm故有：n=Bwn考虑了析湿作用考虑了肋的作用的折合（K以外表面积为基础）三、表面式换热器162.过程特征外横掠肋管实验式：圈肋：Nu=0.1378Re0.718Pr1/3(S/l)0.269f连续肋：Nu=0.251Re0.67[(S1-dr)/dr]-0.2[(S1-dr)/s+1]-0.2[(S1-dr)/(S3-dr)]0.4故对湿工况均有：w=AVymp实验整理式：K=[1/(AVymp)+(1/Bwn)]-1实际应用时导热热阻常被忽略。三、表面式换热器172.过程特征为什么用传热单元法？有凝结现象存在，故平均温差不能反映热交换量。顺流或逆流的对数平均温差:tm=(tmax-tmin)/ln(tmax/tmin)对于叉流，可在tm上乘以修正系数(0.5~1.0)。传热伴随湿交换时，变化很大。因此采用-NTU(效能-传热单元)法，优点是不受限制，使出口参数用显式表示。三、表面式换热器183.表冷器全热交换效率Eg(干球效率)换热器效能–物理意义：显热换热效果与最大可能的换热效果之比–定义式：Eg＝变化最大的流体温差/两流体间的最大温差＝(t1-t2)/(t1-tw1)≤1tw1t2t1三、表面式换热器193.表冷器理论公式与实验吻合很好，可直接使用：Eg=[1-e-(1-)]/[1-e-(1-)]其中：—传热单元数，=KsF/GCp[Ks:湿工况传热系数]：代表1℃温差传热量/空气升高1℃所需热量。—两流体的水当量比，=GCp/WC水=dtw/dt;—析湿系数，=(i1-i2)/[Cp(t1-t2)]代表全热交换量/显热交换量三、表面式换热器203.表冷器接触系数E’(通用或第二热交换效率)E’=(t1-t2)/(t1-t3)1-(t2-ts2)/(t1-ts1)≤1反映了空气与冷表面接触的充分程度。问题:如果状态点在下面部分，上式适用否？tw1t2t1t3ts2ts1t3:机器露点,是1、2连线的延长线与饱和曲线的交点，可以认为是表冷器表面的平均温度三、表面式换热器213.表冷器接触系数E’理论式：E’=1-e(-wF)/(GCp)=1-e(-wF)/(FyVyCp)=1-e(-waN)/(VyCp)肋通系数a=F/NFy[N为肋管排数]换热系数wVym（其中，m1）由于w难求，故E’由实验确定，与结构、Vy及排数N有关。三、表面式换热器223.表冷器影响效率的因素–提高接触系数E’的技术途径：增加排数降低迎面风速–与全热交换效率Eg有关的因素：KF(结构)风量和迎面风速G、Vy水量w、进水温度tw1析湿系数三、表面式换热器233.表冷器设计与校核计算基本方程式：–要求的Eg与E’＝表冷器可达到的Eg和E’–热平衡方程Q空气=Q水,1121fttttwNvfttttyss,11122)()(1221wwttwciiGQ三、表面式换热器24(1)设计过程设计计算的任务–选择定型表冷器以满足已知初终参数的空气处理要求已知要处理的空气初、终参数、风量求和E'，用E'选型号和排数用Vy定Fy(台数)与F，用经济流速定水量W由Eg定义式求出tw1，由热平衡求tw2查实验式K，由理论式求Eg三、表面式换热器25已知要处理的空气初参数、风量，表冷器的结构、水量W、水的初温tw1求Vy,，水流速w和E'虚拟空气的出口参数：假定t2，求ts2和i2Eg＝Eg'?查实验式K，由理论式求Eg'求Eg和No求tw2(2)校核计算校核计算的任务–检查一定型号的表冷器能将一定初参数的空气处理到什么样的终参数三、表面式换热器263.表冷器问题1：如果表冷器水温高于露点温度，空气终状态落在什么位置？1?twt1l三、表面式换热器273.表冷器tw1t2t1t3ts2ts1tw2问题2：表冷器的什么状态点可以用饱和线上的点表示？三、表面式换热器284.加热器热水–采用平均温差法计算，常用算术平均温差代替对数平均温差。–tp=(tw1+tw2)/2-(t1+t2)/2[当tmax/tmin≤2时，用算术平均温差tp代替对数平均温差tm，误差小于4%]–水流量由水系统决定，影响了空气的终参数。–传热系数实验整理式：K=A’(v)m’wn’空气侧具有“经济质量流速”,v=8kg/(m2s)三、表面式换热器294.加热器蒸汽–蒸汽在加热器内的平均换热温差如何求？蒸汽在加热器内处于相变温度。tm=？–蒸汽流量如何确定？蒸汽流速取决于换热量的大小–传热系数实验整理式：K=A”(v)m”三、表面式换热器305.间接蒸发表冷器被动式冷却方法–节能措施–被动式冷却方法，利用湿球温度低的空气降低水温，从而为另一侧空气降温水膜室外空气被处理空气换热壁面饱和水蒸汽层三、表面式换热器ByAVHbah表冷器阻力计算：空气侧水侧（自学）31四、喷水室(airwasher,saturator)1.基本构造1-前挡水板；2-喷嘴和排管；3-后挡水板；4-底池；5-冷却管；6-滤水器；7-循环水管；8-三通混水阀；9-水泵；10-供水管；11-补水管；12-浮球阀；13-溢水器；14-溢水管；15-泄水管；16-防水灯；17-检查门；18-外壳四、喷水室322.类型卧式、立式(处理小风量，占地面积小)单级，双级低速(2~3m/s)，高速(4.5~6m/s，Carrier产品8~10m/s)填料式(增加喷水效率)，无填料式四、喷水室33四、喷水室343.特点优点–处理过程多样性，造价低，可除尘缺点–占地面积大，对水质要求高，水系统复杂，开式系统，水泵能耗大，耗水量大适用范围–工业建筑：如纺织厂、卷烟厂大量使用四、喷水室35采用喷水室的组合式空调机组四、喷水室36喷水室的空气处理过程主流空气水表面形成的饱和空气层不断混合的过程空气的终状态取决于喷淋水的温度，极限情况下处理至饱和线–冷却除湿：twtl–等温加湿：tw=ta–加热加湿：twta–……等温加湿绝热加湿冷却除湿减焓冷却加湿加热加湿增焓冷却加湿增湿与减湿分界线增焓与减焓分界线升温与降温分界线四、喷水室374.热工指标与影响因素过程特征a.喷淋冷冻水，水终温越不过空气的初始湿球温度b.终状态点必在起始点至饱和线的切线右侧tw1,5t2t1t3tw2,42'1'四、喷水室384.热工指标与影响因素热工指标(1)全热交换效率E(第一热交换效率，或热交换效率系数)：反映了热湿交换的完善程度。E=(1’2’+45)/1’5=[(ts1-ts2)+(tw2-tw1)]/(ts1-tw1)=1-(ts2-tw2)/(ts1-tw1)（需同时考虑空气和水的状态变化，一般而言，E1，当采用多级喷淋时，可能出现E≥1）tw1,5t2t1t3tw2,42'1'四、喷水室394.热工指标与影响因素热工指标(2)接触系数E’(通用热交换效率，或第二热交换效率)定义和物理意义与表冷器相同。E’=12/13=1-(t2-ts2)/(t1-ts1)对于绝热加湿过程，由于水温不变（=ts1），所以E’=E。tw1t2t1t3ts2ts1四、喷水室404.热工指标与影响因素影响热交换效率的因素–空气质量流速：增加可提高效率，但增加阻力和挡水板过水量。v=2.5~3.5kg/m2s–喷水系数：=W/G(kg水/kg空气)。递增，但跟要处理空气的终状态有关。实验公式：全热交换效率E=A(v)mn,接触系数E’=A’(v)m’n’A,m,n,A’,m’,n’由喷水室结构和过程类型决定。–空气与水初参数：决定处理过程方向。但同类过程中初参数对效率影响不大。四、喷水室414.热工指标与影响因素喷水室结构对性能的影响：–喷嘴排数：双排比单排好，三排跟双排差不多–喷水室级数：双级高，有可能达到E1，E’=1–喷嘴密度：表面水苗重叠和空气旁通，有最佳值–喷水方向：单排逆喷，双排对喷好–排管间距：从占地面积与热交换效果考虑有最佳值–喷嘴孔径：孔径小，水滴细，效率高，但易堵塞四、喷水室425.设计与校核计算原则（1）要求的E与E’＝喷水室能达到的E和E’（2）Q空气＝Q水–设计过程已知要处理的空气初、终参数、风量，求喷水室的结构、喷水量、水的初温、终温。–校核过程已知要处理的空气初参数、风量，喷水室的结构、喷水量、水的初温，求空气与水的终参数。四、喷水室43习题1例题3-4[教材p8