濕空氣性質與焓濕圖

眾有小課堂之：濕空氣性質與焓濕圖

干空氣的成分：主要成分是氮（N2）和氧（O2）。干空氣中N2的體積分數約為78%；O2的體積分數約為21%；其余的1%左右時其他氣體。

濕空氣：由干空氣和一定量的水蒸氣混合而成的大氣。大氣中的水蒸氣含量是不多的，它與干空氣的質量比在千分之幾到千分之二十幾的范圍內。雖然濕空氣中水蒸氣的含量少，但其變化會引起濕空氣干、濕度變化，進而對人體感覺、產品質量、工藝過程和設備維護等都有直接影響：同時，濕空氣中水蒸氣含量的變化又會使濕空氣的物理性質隨之變化。因此，從空氣調節的角度來說，空氣的潮濕程度是我們十分關心的問題。

濕空氣的物理性質

濕空氣的物理性質除和它的組成成分有關外，還決定于它所處的狀態。濕空氣的狀態通?？梢杂脡毫?/span>p、溫度t、相對濕度φ 、含濕量d及比焓h等參數來度量和描述。這些參數稱為濕空氣的狀態參數。

一、空氣的壓力

       根據道爾頓分壓力定律：混合氣體總壓力等于各組成氣體分壓力之和。濕空氣的總壓力就等于干空氣分壓力和水蒸氣分壓力之和，即p=pg+ps。

濕空氣中含水蒸氣的分壓力大小，是衡量濕空氣干燥與潮濕程度的基本指標。標準大氣壓力是p=101325Pa。

道爾頓氣體分壓定律道爾頓氣體分壓定律  

在任何容器內的氣體混合物中，如果各組分之間不發生化學反應，則每一種氣體都均勻地分布在整個容器內，它所產生的壓強和它單獨占有整個容器時所產生的壓強相同。也就是說，一定量的氣體在一定容積的容器中的壓強僅與溫度有關。例如，零攝氏度時，1mol 氧氣在 22.4L 體積內的壓強是 101.3kPa 。如果向容器內加入 1mol 氮氣并保持容器體積不變，則氧氣的壓強還是 101.3kPa，但容器內的總壓強增大一倍?？梢?，1mol 氮氣在這種狀態下產生的壓強也是 101.3kPa 。

道爾頓（Dalton）總結了這些實驗事實，得出下列結論：某一氣體在氣體混合物中產生的分壓等于它單獨占有整個容器時所產生的壓力；而氣體混合物的總壓強等于其中各氣體分壓之和，這就是氣體分壓定律（law of partial pressure）。

濕空氣的物理性質

二、空氣的溫度

干球溫度：是溫度計在普通空氣中所測出的溫度，即我們一般天氣預報里常說的氣溫 。

濕球溫度：指同等焓值空氣狀態下，空氣中水蒸汽達到飽和時的空氣溫度，在空氣焓濕圖上是由空氣狀態點沿等焓線下降至100%相對濕度線上，對應點的干球溫度 。
露點溫度：在含濕量不變的條件下冷卻空氣，一直冷卻到空氣中的水蒸氣開始凝結成水的那一時刻的溫度。

在冬天的玻璃窗上或夏季的自來水管上常常可以看到有凝結水或露水存在。這一現象可以用露點溫度形成來解釋。

干濕球濕度計：是測定氣溫、氣濕的一種儀器。由兩支規格*相同的溫度計組成，一支稱為干球溫度計，其溫泡暴露在空氣中，用以測量環境溫度；另一支稱為濕球溫度計，其溫泡用特制的紗布包裹起來，并設法使紗布保持濕潤，紗布中的水分不斷向周圍空氣中蒸發并帶走熱量，使濕球溫度下降。水分蒸發速率與周圍空氣含水量有關，空氣濕度越低，水分蒸發速率越快，導致濕球溫度越低?？梢?，空氣濕度與干濕球溫差之間存在某種函數關系。干濕球濕度計就是利用這一現象，通過測量干球溫度和濕球溫度來確定空氣濕度的。

三、含濕量

含濕量d是指單位質量干空氣中含有的水蒸汽量。

單位是kg/kg（干空氣）或g/kg（干空氣）。

含濕量d的數值計算：d=0.622ps/（p-ps）

四、相對濕度

相對濕度是空氣中水蒸氣分壓力和同溫度下飽和水蒸氣分壓力之比，也稱為飽和度。相對濕度反映了濕空氣中水蒸氣含量接近飽和的程度。

空氣的相對濕度φ 越大，也就是越潮濕。 φ 的zui大值是1（或100%），這相當于飽和空氣。如果φ =0，這表明空氣中不含水蒸氣（干空氣）。

五、比焓

在空氣調節工程中，濕空氣的狀態經常發生變化，常需要確定狀態變化過程內熱量的交換量。從熱工基礎可知，在壓力不變化的情況下，焓差值等于熱交換量。而在空氣調節過程里，濕空氣的狀態變化過程可以看成是在定壓下進行的，所以能夠用濕空氣狀態變化前后的焓差值來計算空氣得到或失去的熱量。

包含單位質量干空氣的濕空氣的比焓值h應是

h=hg+dhs=1.01t+d（2500+1.84t）或h=（1.01+1.84d）t+2500d

推導過程

比焓h是用來表示物質系統能量狀態的一個參數，其數值等于比定壓熱容cp乘溫度t，即                     h= cpt

      干空氣的比定壓熱容cp，g=1.01kj/（kg·K），故溫度為t時干空氣的比焓值hg為                               

                                    hg=1.01t

       水蒸氣的比定壓熱容cp，s=1.84kj/（kg·K），溫度為t時水蒸氣的比焓值hs為

                                    hs=2500+1.84t   

式中2500是單位質量的水在0℃時變成水蒸氣所需要的汽化熱（kj/kg）。

        濕空氣的比焓是以單位質量干空氣作為基數計算的。伴隨著單位質量干空氣的還有d質量水蒸氣。可見包含單位質量干空氣的濕空氣的比焓值好h應是

                h=hg+dhs=1.01t+d（2500+1.84t）或h=（1.01+1.84d）t+2500d

濕空氣的物理性質

在式中(1.01+1.84d)t是隨著溫度的變化而變化的熱量，稱為“顯熱”。而2500d是0℃時，d kg水的汽化熱，它僅隨含濕量的變化，而與溫度無關，故稱為“潛熱”。由此可見，濕空氣的焓將隨著溫度和含濕量的升高而加大，隨其降低而減小。在使用焓這個參數時，必須注意2500較（1.01+1.84d）大得多，因而在空氣溫度升高的同時，若含濕量有所下降，其結果是濕空氣的焓不一定會增加。

理論上，對于一定的大氣壓，只要知道空氣的任意兩個參數，就能算出所有其他參數。在工程應用中，用公式計算和用查表方法來確定空氣狀態和參數，比較繁瑣，而且對空氣的狀態變化過程的分析也缺乏直觀的感性認識。因此，為了便于工程實際應用，通常把一定大氣壓力下，各種參數之間的相互關系作成線算圖來進行計算。根據所取坐標系的不同，線算圖也有好幾種，國內常用的是焓濕圖，簡稱h-d圖。

這里需要強調的是，每一張h-d圖都是按規定的大氣壓繪制的，因此在計算工作中，應選用與要求大氣壓相符的（或接近的）焓濕圖。

等φ 線是曲線

等h線是傾斜直線

等d線是垂直線

等t線接近水平，看似平行，實際互不平行。

zui低的一根等φ 線，其值為φ =100%。這條曲線稱為飽和線。狀態在這條線上的空氣處于飽和狀態。在其他φ 線上的空氣都是非飽和的?？諝鉅顟B不可能位于飽和線以下的區域中。