空气的热湿处理

为了使空调房间送风的热、湿度达到要求，在空调系统中必须有相应的热湿处理设备，通过各种处理方法（如对空气的加热或冷却、加湿或减湿），满足所要求的送风状态。
在空调工程中，用喷淋水处理空气得到广泛应用，尤其是对于大型的生产性空调，要求相对温度严格的场合。喷水室中水和空气直接接触，热湿交换率高；空气被洗涤净化；只要适当改变水温，就能对空气进行加热、加湿或降温、减湿处理。
1、水和空气的热湿交换过程

1. 空气与水之间热湿交换规律

所谓喷水室处理空气，是用喷嘴将不同温度的水喷成雾状水滴使空气与水之间产生强烈的热、湿交换，从而达到一定的处理效果。在喷水室中，由于喷嘴的作用布满了无数小水滴。现取一滴水进行分析，如图1所示。由于水滴表面的蒸发作用，在水滴表面形成一层空气薄层。不论是空气中的汽分子，还是水滴表面饱和空气层中的水汽分子，都在作不规则运动，空气中的水分子有的进入饱和空气层中，饱和空气层中的水汽分子有的也跳到空气层中去。若饱和空气层中水汽压力大于空气中的水汽压力，由饱和空气层跳进空气中的水汽分子，多于由空气跳进饱和空气层中的水汽分子，这就是水分蒸发现象，周围空气被加湿了。相反，如果周围空气跳到水滴表面饱和空气层中水汽分子，多于从饱和空气层中跳到空气中的水汽分子，这就是水汽凝结现象，空气被干燥了。这种由于水蒸气压力差产生的蒸发与凝结现象，称为空气与水的湿交换。

图1 空气与水的热湿交换
2、空气与水直接接触时的状态变化过
当空气流过水滴表面是时，把水滴表面饱和空层的一部份饱和空气吹走。由于水滴表面水汽分子不断蒸发，又形成新的饱和空气层，这样饱和空气层将不断与流过的空气相混合，使整个空气状态发生变化。如果喷水量无限大，水和空气接触时间又无限长，则全部空气都能达到饱和状态，并具有水的温度。
在图2中，O表示被处理空气的状态点，当用水喷淋空气时，随着水温不同，可以得到七种典型的空气状态变化过程。
（1）tsh＞tg水温度高于空气的干球温度,过程线为O-1.显然,空气状态变化的程线在等温线索年方,如果在过程线上任取一点表示处理后的空气状态点,可见处理后的空气温度、湿量、焓均增加。
（2）tsh=tg水? 等温过程，过程线为O-2。在此过程中，空气的含湿量、焓均增加而温度保持不变。

（3）tg>tsh>ts?? 水温介于空气的干球温度和湿球温度之间，过程线为O-3,空气的温度下降而焓和含湿量均增加。产生这种现象，主要是空气温度高于水温，热量由空气传给水，空气失去显热而本身温度降低，但水滴表面饱和空气层中，水汽压力大于空气中水汽压力，大量水汽蒸发到空气中，使空气加热并得到相应潜热。由于空气潜热增加大于其显热的减少，因而空气焓增加而温度降低了。
图2空气被水处理时的状态变化过程
（4） tsh=ts??? 过程线为O-4。空气温度下降，状态变化沿等焓线进行而含湿量增加，因此该过程等焓加湿过程。在该过程中，由于水分蒸发所需的汽化潜热来自空气，后又由水汽带到空气中去，空气没有使水升温，又未使水温降低，因此空气被水处理时焓不变。
（5）ts＞tsh＞tl?? 水的温度介于空气湿球温度和露点温度之间，过程线为O-5。在此变化过程中，空气的温度、焓降低而含湿量增加。
（6）tsh=tl??? 过程线为O-6，由于空气温度高于水温，空气失去显热而冷却，同时空气由水汽分压力与水滴表面饱和水汽分压力相等，空气与水间没有湿交换，所以该过程含湿量不变而温度和焓均降低。
（7）tsh＜tl?? 用水温低于空气露点温度的冷水喷淋空气，过程线为O-7，空气的温度、焓和含湿量均下降，该过程称为冷却去湿过程。
在上述七种过程中，前三种过程焓都增加，通常称作热水处理空气；后三种过程都降低，通常称作冷水处理空气；中间上种即第四种过程，空气的焓不变，因此水温也不变，并且等于空气的湿球温度，在喷水室中，将喷淋水循环使用就能实现这一个过程。表1中列举了七种过程的空气变化特点。
2、喷水室的构造和类型
1、喷水室的基本构造

喷水式室的结构如图3所示，主要由喷嘴、喷嘴排管、挡水板、水池、滤水器、管路系统及外壳组成。被处理的空气经过导流板（或前挡水板1）均匀地进入喷水室，与喷嘴排管2喷出的水滴直接接触进行热湿交换，然后经过后挡水板6过滤掉夹在空气中的水滴后，被风机送入空调房间（或车间）。喷嘴均匀地布置在排管上，排管通常设置1～3排，与空气进行热湿交换后的水滴，落到喷水室底部的水池8中，其中一部份排掉，另一部份再循环与冷冻水混合使用，或全部两者循环使用。为了方便观察和检修的需要，在装水饰上部装有防水灯，在侧壁上装有检查门3。

图3喷水室构造??? a）卧式?????? b）立式
1—前挡水板?? 2—喷嘴排管?? 3—检查门?? 4—防水灯? 5—外壳光?? 6—后挡水板7—浮球阀?? 8—水池??? 9—补水管??? 10——冷水管11—三通阀???? 12—循环水管13—滤水池?? 14—水泵??? 15—供水管? 16—溢水管?? 17—溢水器??? 18—泄水管
2、喷水室的类型
喷水室的形式按气流方向分有卧式、立式；按喷水级数分有单级、双级；按喷水室中空气流速分有低速（风速为2～3m/s）和高速（风速为3.5～6.5m/s）；按风机置于喷水室的前后位置分有级入式和压入式。如图4—4示出立式和卧式单级喷水室。处理空气量大时常用卧式，处理空气量小时常采用立式，立式所特点是占地面积小，空气自上而下与水 接触，热湿交换效率发更好。双级喷水室相当于两个单级喷水室串联，只在夏季冷却空气时使用。第一级常使用循环水对空气预冷，第二级用冷冻水对空气进行再冷却，可以使空气得到较大的焓降，湿度达95%～98%，大大节约冷冻水用量。
风机设在挡水板后称吸入式空调室，设在导流板前称压入式空调室。吸入式空调室中为负压，当敞开密封门时水滴不会溅出，水流流动比较平稳，但电动机容易受潮，压入式空调室中为正压，未经处理的空气不会经喷水室门缝吸入，电动机不易受潮，但检查门容易漏水。
3、喷水室的水系统
喷水室系统与所使用的冷水源有关。冷源有天然冷水源和人工冷水源两种，天然冷水源常使用深井水，人工冷水源是指由制冷机产生的冷冻水。
1、用天然冷水源的水系统
???? 用深井泵抽取地下直接供喷水室使用，用过这之后排入下水道。这种水系统比较简单，但长期使用地下水会造成地面下沉。为此，我国有些城市多年来采用深井回灌技术，即冬灌夏用和夏灌冬用，收到了比较好的较果。使用深井回灌的喷水室水系统如图4所示，夏季开阀5、8，关阀6、9，启动冷深井泵4，将“冷水”送至喷水室3，冷却干燥的空气，喷水室的回水经滤水器2由泵1灌入热深井7贮存起来。到冬季时关阀5、8，开阀6、9，启动7，将“热水”送至喷水室3，对空气进行加热湿处理，喷水室回水经滤水器2由泵1灌入冷深井4贮存起来。 ?

图4使用深井回灌的喷水室水系统
1-回灌泵 ?2-滤水器?? 3-二级喷水室 ?4-冷深井（泵）? 5、6、8、9-阀门??? 7-热深井（泵）

1. 使用人工冷源的水系统

采用制冷机制取冷冻水，常见的系统有两种方式，
4、影响喷水室热交换效率的因素
在喷水室内空气与水之间的热湿交换过程是极其复杂的。影响空气与水之间的热交换效率的因素很多，但归纳起来主要有水气比、空气速度和喷水室结构三个方面：

1. 水气比（μ）
2. 空气速度

由于空气的导热性能比较差，空气与水之间的热交换? 主要? 依靠对流换热。风速大，对流换热量大。在喷水室中，空气的流动速度常采用空气的质量速度υρ，实际应用中υρ=2.5～3.5kg/（m2·s）。
3喷水室结构特性的影响

喷水室的结构，主要是指喷嘴的形式，孔径、喷嘴布置密宽、排数、排管间距、喷水方向以及喷水室的断面尺寸等。它们对喷水室的热交换效率均有影响。结构特性不同的喷水室，即使在相同的υρ和μ时，也会得到不同的处理效果。