什么是焓湿图
  
Humidity for a better life
 H,x焓湿图

x











加湿基础知识:

什么是焓湿图?


人类在不断地开发和利用各种能源的过程中发展了工程热力学,研究物质的热力性质与能量转换。为此需要研究物质的状态参数以及参数之间的关系。以空气为例,自然界中的空气含有一定量的水蒸气,是干空气和水蒸气的混合物,因而常把大气称为湿空气。人们一般用压力,温度,密度,含湿量,相对湿度,比焓等物理量来描述湿空气的状态,这些物理量都是湿空气的状态参数

湿空气焓湿图起源自对于空气状态参数之间关系的研究。焓湿图中的焓与湿指的是空气的两个状态参数,焓在工程热力学中是工质的一个状态参数,其物理意义包含内能与流动功。在空调工程中,用空气的焓值变化表示热量变化,单位是kJ/kg。湿空气的含湿量指的是一定量的湿空气中的水蒸气与干空气的密度比值,由于它们占有相同体积,所以也是质量比,换言之也就是对应于含有1kg干空气的湿空气中的水蒸气量,单位是g/kg或kg/kg。

人们将包括焓与含湿量等主要湿空气状态参数之间的关系用图线表示出来制成了焓湿图。通过它可以确定温度,湿度与焓值等空气状态,图上的每个确定的点代表了湿空气的某一种状态,每条线表示湿空气的一个状态变化过程,焓湿图是空调计算的基础工具。

自二十世纪初以来,从H.米勒到开利博士等,都发表了不同的版本的焓湿图。1905年,开利博士(Willis H. Carrier)发布了他绘制的焓湿图(psychrometric chart)。1923年,Richard Mollier发表了优化的h-x焓湿图。所以焓湿图自发明至今已经有一百多年的历史了。

早期的焓湿图
   

两种焓湿图所用的基础数据是一样的,psychrometric chart焓湿图上面画出了比容线和等湿球温度线,德国,中国教材一般使用莫里耶焓湿图(Mollier),其他欧美国家一般使用 psychrometric chart焓湿图。两种焓湿图通过旋转和翻转即可以显示出相同的幅面展示方式。

通过焓湿图能够计算并以线图形式展示因加热,冷却,加湿或除湿而引起的湿空气的状态变化过程,这些状态变化可以用线图直接在焓湿图中确定。h-x焓湿图经过后人不断优化,成为如今在空气调节领域广泛使用的莫里耶焓湿图。


焓湿图的构成与参数:

h-x图规定了描述空气状态所需的所有参数:


温度 = t  °C
含湿量 = x  g/kg
相对湿度 = RH  %
比焓 = h  kJ(1+x)kg
密度 = p  (kg/m3)

焓湿图的布局

h-x焓湿图中含湿量为横坐标,比焓为纵坐标,采用斜角坐标系,因为这样可以使图面展开,提高读取不饱和湿空气区域参数值的精确度。莫里耶焓湿图的的构建是将x轴(含湿量)顺时针旋转直至0°C等温线在不饱和区域为水平线,等比焓线从左上角到右下角分布。含湿量线为垂直竖线。


出于实际使用方便的原因,水平含湿量x轴不经过坐标系原点,而是在不饱和区域上方。水蒸气分压线可以指定为第二个x轴,因为其数值仅基于含湿量x和空气压力p。比焓线是一组斜对角线,图中的曲线阵列被分别规定为空气温度,空气密度以及相对湿度。

使用标尺可以方便地以图形方式描绘空气状态变化,例如由蒸汽加湿引起的空气状态变化。在早期的表示方法中,焓值单位KJ/(1+x)Kg中1+x表明湿空气的焓是由干空气的焓与水蒸气的焓组成。等温线相互间为近似平行,它们不是水平线,在不饱和区略有上升。以相对湿度100%为分界线,曲线右下方为过饱和区,又称为“雾区”。

不同版本的焓湿图

常用的焓湿图是基于标准大气压101.325KPa作出的,在不做精确计算时,海拔500米以内的状态参数相差不大,而在更高海拔区域要使用对应大气压下的焓湿图。例如海拔在1500米或更高时要选择相应高度的焓湿图,否则在空调计算中会引起较大的计算误差。

常用的焓湿图的干球温度范围一般在零下20℃到60℃之间,这也是多数空调工程中所能涉及的温度范围,在特殊用途时,可以查询低温焓湿图和高温焓湿图。

使用焓湿图计算

在含湿量不变时加热空气(等湿加热)

左侧对应的焓湿图描绘了在水蒸气含量不变时空气的加热过程。我们能从这一过程推断出什么呢? 

如果将空气从温度11°C,相对湿度50%开始加热至25°C,在此过程中,含湿量为 4 g/kg保持不变。另一方面,相对湿度从50%改变为20%, 焓值也从 21.4 kJ/kg 变为35 kJ/kg。空气密度也发生了变化,从1.24kg/m3 变成1.17 kg/m3。


雾化与水的蒸发(等焓加湿) 

如果没有经过额外加热将水雾化或者蒸发,蒸发过程所需要的能量来自周围的空气。其结果是空气温度下降,这一冷却过程是平行于等焓线,称为等焓加湿。焓湿图中的热湿比线∆h/∆x 可以确定这一冷却过程线的精确方向。

热湿比 ∆h/∆x:

∆h = kJ/kg
∆x kg H2O / kg 干空气

蒸汽加湿 (等温加湿)

当空气调节中采用蒸汽加湿空气时,空气在被加湿之后温升很小,加湿过程线近似平行于等温线,从工程角度来看可以视为等温加湿过程。