第二节 湿空气焓-湿图及其应用

在空气调节中，工程技术人员常常需要对湿空气的状态参数和湿空气的变化过程进行分析。显然，如果采用在一节介绍的方法进行参数确定是没有问题的，但对过程分析就十分不方便了。为了直观地描述和确定湿空气的状态及其变化过程，避免繁琐的计算，常用到一些空气的性质图进行描述。

在我国常用的湿空气性质图是以h与d为坐标的焓-湿图（即h-d图）。为了尽可能扩大不饱和湿空气区的范围，便于各相关参数间分度清晰，在标准大气压力下，取空气的比焓h为纵坐标，含湿量d为横坐标，且两坐标之间的夹角等于135°。在实际使用中，为避免图面过长，常将d坐标改为水平线。在选定的坐标比例尺和坐标网格的基础上，以1kg干空气质量的湿空气为基准，进一步确定空气状态点和空气过程线，如等温线、等相对湿度线、水蒸气分压力标尺及热湿比等，最终湿空气焓-湿图的表达形式如图1-4所示。下面详细介绍这种常用焓-湿图的组成和使用方法。

图1-4 湿空气焓-湿图

一、湿空气焓-湿图（h-d图）的组成

（一）等焓线

等焓线是一组与纵坐标轴成135°角的平行直线。在同一条等焓线上的任一空气状态点，其湿空气的焓h均相等。

（二）等含湿量线

等含湿量线是一组与纵轴平行的直线。在同一条等含湿量线上，湿空气的含湿量d不变。

（三）等温线

等温线是根据公式h=1.01t+（1.84t+2500）d绘制的。所以等温线在h-d图上是一系列直线。式中1.01t为截距，1.84t+2500为斜率，当空气温度值不同时，每一条等温线的斜率是不相同的。显然，等温线为一组互不平行的直线，但由于1.84t远小于2500，空气温度t对斜率的影响不显著，所以各等温线之间又近似平行。

（四）等相对湿度线

等相对湿度线是根据公式d=0.622φp_q，b/（B-φp_q，b）绘出的。因此，等相对湿度线是一组发散形的曲线。φ=0的线是纵坐标轴，即为干空气线。φ=100%的线是湿空气的饱和状态线，该曲线左上方为湿空气区（又称“未饱和区”），右下方为水蒸气的过饱和状态区。由于过饱和状态是不稳定的，常有凝结现象，所以该区内湿空气中存在悬浮的水滴，形成雾状，故也称“有雾区”。在湿空气区中，水蒸气处于过热状态，其状态是稳定的。

（五）水蒸气分压力线

根据公式d=0.622p_q/（B-p_q）可转换为p_q=Bd/（0.622+d）。当大气压力B一定时，水蒸气分压力p_q的大小仅取决于含湿量d，每给定一个d值，就可以得到相应的p_q值。因此，可在代用d轴的上方绘一条水平线，标上d值所对应的p_q值即为水蒸气分压力线。

二、焓-湿图的应用

图1-5 湿球温度、露点温度在h-d图上的表示

（一）湿空气状态点确定

1.确定空气的湿球温度t_s

由于湿球温度t_s是在热、湿平衡的基础上测得的。因此，在空调工程中，当t_s≤30℃时，常用湿空气等焓线与湿空气的饱和水蒸气线（φ=100%线）的交点确定湿空气的湿球温度t_s，如图1-5所示。

2.确定空气的露点温度

露点温度t_L是在空气含湿量不变的情况下，随着空气温度的下降，空气达到饱和状态时的温度。露点温度在h-d图上可表示为，沿着空气某一状态点A，垂直向下与湿空气的饱和水蒸气线（φ=100%线）的交点即为湿空气的露点温度t_L，如图1-5所示。

由以上分析可知，根据湿空气的物理性质，在空气大气压B确定时，只要已知t、d（或p_q、t_L）、φ、h（或t_s）中的任意两个独立参数就可以确定湿空气的状态点，查出其余参数。

【例1-3】 在一间空调房间内（大气压为101325Pa，标准大气压），已知房间内温度为20℃，相对湿度为60%，利用湿空气焓-湿图确定房间内空气的其他参数？

如图1-6所示，查焓-湿图可得d和h_A。

（二）确定热、湿变化过程

为了说明空气由一个状态变为另一个状态的热、湿变化过程，在图上还标有热湿比线。一般在h-d周边或右下角给出热湿比（或称角系数）ε线，定义为：湿空气状态变化前后的焓变化和含湿量变化比值称为热湿比，用符号ε表示。

图1-6 例1-3示意图

在空气调节过程中，假设处理空气总质量为Gkg，根据热湿比线的定义则有

式中 Q——空气加热（冷却）变化量（kJ/h）；

W——空气加湿（除湿）变化量（kg/h）。

可见，热湿比ε有正、有负，并代表湿空气状态变化的方向。

图1-7 例1-4示意图

【例1-4】 已知大气压为101325Pa，湿空气初参数为t_A=20℃，φ_A=60%，当加入10000kJ/h的热量和2kg/h湿量后，温度t_B=28℃，求湿空气的终状态？

【解】 在大气压为101325Pa的焓-湿图（h-d图）上，根据t_A=20℃，φ_A=60%找到空气状态点A（见图1-7）。

求热湿比为

过点A作与等值线ε=5000的平行线，即为A状态变化的方向，此线与t_B=28℃等温线的交点即为湿空气的终状态B，由B点可查出：φ_A=51%，h_B=59kJ/kg（干），d_B=12g/kg（干）。

（三）确定空气混风状态

不同状态的空气互相混合，在空调中是常有的，根据质量与能量守恒原理，若有两种不同状态A与B的空气，其质量分别为G_A和G_B，则可得

G_Ad_A+G_Bd_B=（G_A+G_B）d_C （1-12）

G_Ah_A+G_Bh_B=（G_A+G_B）h_C （1-13）

式中 h_C，d_C——混合态的比焓值与含湿量。

有上述两式，不难得出

在h-d图（见图1-8）所示的两状态点A、B，假定点C为混合态，由式（1-15）可知，A—C与C—B具有相同的斜率。因此，A、C、B在同一直线上。同时，混合态C将线分为两段，即与，且

图1-8 两种状态空气混合在h-d图上的表示

显然，参与混合的两种空气的质量比与点C分割两状态连线的线段长度成反比。据此，在h-d图上求混合状态时，只需将线段A→B划分成满足G_A/G_B比例的两段长度，并取点C使其接近空气质量大的一端，而不必用公式求解。

【例1-5】 某中央空调系统采用新风和部分室内回风处理后送入室内空调房间。已知大气压力B=101325Pa；回风风量G_A=2000kg/h，回风状态t_A=20℃、φ_A=60%；新风量G_B=500kg/h，新风状态t_B=35℃、φ_A=80%。试确定空气的混合状态点C。

图1-9 例1-5示意图

【解】

1）在大气压为101325Pa的焓湿图（h-d图），根据回风状态t_A=20℃、φ_A=60%，新风状态t_B=35℃、φ_B=80%找到空气状态点A、B并连成直线，如图1-9所示。

2）根据混合规律有

3）将线段分成五等分，则点C接近空气质量大的一端即回风点A处，查h-d图得t_C=23.1℃，φ_C=73%，h_C=56kJ/kg，d_C=12.8g/kg。

4）用计算法验证，将得出的空气状态值，即h_A=42.54kJ/kg，d_A=8.8g/kg，h_B=109.44kJ/kg，d_B=29.0g/kg，代入式（1-12）、式（1-13），可得

可见，作图求得的混合状态点是正确的。

焓-湿图上的每一个点代表了湿空气的一个状态，而每一条线则表示了湿空气的状态化过程。因此，h-d图既能联系以上所讲过的状态参数，又能表达空气的各种状态变化过程，利用它可以简化空调工程中大量的分析和计算工作，为设计和运行提供极大的方便，因此需要熟练掌握。