湿空气热力过程的火用分析

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1、湿空气热力过程的火用分析李震江亿刘晓华陈晓阳摘要：第二定律分析或火用（exergy）分析的方法曾经在30多年前蓬勃的发展起来。在空调领域，有众多的学者提出了不同火用分析的观点，其主要分歧就在于环境参考状态的选择上。本文针对湿空气处理过程第二定律分析，综述了从70年代末期至今的关于湿空气第二定律分析的参考点选择问题的该循环的核心思想是采用逆流换热、逆流传质来减小不可逆损失，以得到较低的供冷温度和较大的供冷量。如图所示，空气在和水接触前，先经过逆流汽水换热器1被冷却，换热器的冷源是与空气接触被蒸发冷却的水，这部分水的温度理论极

2、限值应该是空气的露点温度。被冷却后的循环水的另一部分被用来作为冷水输出冷量。与空气交换显热后温度较高的水，在直接接触换热器2内与空气直接接触。这个过程也是逆流的，空气被加湿，升温，水被冷却。如此完成循环，不断制出冷水。整个过程进行的过程在温湿图上表示如图4所示。图5所示的是理想的处理过程，进风被冷却到了露点，而且排风的状态达到了进风的干球温度的饱和状态。根据这个过程，可以得到公式（1）的化学即扩散的一种推导方法。由于湿空气中的干空气由A状态到C状态没有变化，只是B状态到C状态输出了冷量，并且吸收了外界的水。这部分吸收来的水

3、是有的，公式（1）中对这部分水的没有考虑，为了与公式（1）结果吻合，这里也不作考虑。这样的处理带来的误差经分析是可以被忽略的。篇幅所限，该设备的计算分析本文没有包括。通过对间接蒸发供冷装置的研究，可以清晰的认识湿空气化学和热量的转化过程，是对参考点选择的合理性最好的诠释。3不饱和湿空气的转化基于湿空气理论，可以提出下面各个过程，都是采用自然界存在的物质，采用循环过程中不发生变化的介质，得到制热、制冷、加湿或除湿的目的。各个过程的推动力都是湿空气具有的。1)不饱和空气的加湿冷却过程。由于不饱和空气有容纳水蒸汽的能力，所以跟水

4、相互作用，自发发生水蒸发，空气被加湿的过程。该过程为吸热过程，可以使温度降低。采用间接蒸发冷却的设备可以把环境空气无代价的处理到干球温度以下，露点温度以上，湿度直至饱和的区域内任一点。2)吸湿介质的再生过程。吸湿介质如溶液及固体吸附材料等，与不饱和的大气接触，发生吸湿或放湿过程，其最终达到的表面水蒸汽分压力与大气的水蒸汽分压力相同。若介质发生放湿过程，则称为介质被再生。3)吸湿介质除湿过程。被再生的吸湿介质，与比大气含湿量高，温度相同或更低的空气接触，就会吸收空气中的水蒸汽。该过程为放热过程，温度升高。通过以上三个过程的组

5、合，在吸湿介质（下文中采用有吸放湿能力的溶液）的参与下，利用不饱和湿空气和水，可以实现制热、制冷、加湿和除湿的目的。具体实施的流程如下图：1）O点为大气的状态，起通过加湿冷却过程及与环境的换热可以实现O－A－B－O围成的状态，其中A－B为100％相对湿度线。该过程可以实现加湿和制冷的目的。2）利用大气再生得到具有一定吸湿能力的溶液，与B点的湿空气接触，发生吸湿过程，不考虑溶液的显热，可以空气可以被等焓的处理到C点。该过程的温度升高，可以实现制热的目的。进而，如果采用环境来冷却该过程，O－B－C－O围成的区域也可以实现。3）

6、利用大气再生得到的与O点有相同水蒸汽分压力的溶液，与A点的湿空气接触，发生吸湿过程，不考虑溶液的显热，可以空气可以被等焓的处理到D点。该过程得到比大气更干燥的空气。进而，O－D－A－O围成的区域也可以实现。4）利用上诉的各个过程的组合，可以得到其他状态的空气。如利用C点的热加热状态O的空气，可以得到比O点温度高而湿度跟O点相同的空气，用该空气可以再生溶液，得到比用O点再生得到的更浓的溶液，通过过程2）可以得到比C点更高的温度；C点通过加湿，可以得到比B点更湿的空气；D点的空气，可以通过蒸发冷却，得到比A点温度更低的制冷效果

7、；…….进而，由4）我们可推断，在只消耗不饱和空气和水的情况下，我们可以实现制热、制冷、加湿或除湿的目的。而且理论上可以达到湿空气I-D图上任意的温度，湿度值。要实现值离不饱和空气越大，消耗的不饱和空气就越多，系统复杂性也越大。4结论本文综述了湿空气处理领域0参考点的选取问题。给出了合理的湿空气0参考点的选取方法，以此为基础，计算了I-D图上湿空气的值。通过分析不饱和湿空气的蒸发冷却过程，揭示了湿空气参考点选取的合理性。进而，在理论的指导下，研究了不饱和空气的的转化。得出在只消耗不饱和空气和水的情况下，可以实现制热、制冷、

8、加湿或除湿的过程，而且理论上可以达到湿空气I-D图上任意的温度，湿度值。为自然界非饱和空气中可用能利用可行性提供了理论依据。参考