📚 课程目录第3章温湿度基础理论

3. 温湿度基础理论：湿度、相对湿度、露点温度、焓湿图（i-d图）基本概念及其在HVAC控制中的应用

在HVAC与无尘室控制中，温湿度与压差是相互耦合的核心参数。本章聚焦于湿空气的物理性质，理解湿度、相对湿度、露点温度以及焓湿图（i-d图），是进行精确温湿度控制与除湿再热逻辑设计的前提。

3.1 湿空气的基本组成与状态参数

大气中的湿空气由干空气与水蒸气混合而成。HVAC系统处理的对象即为湿空气，其状态由以下参数唯一确定：

干球温度（t）：普通温度计测得的空气温度，单位℃。
湿球温度（t_wb）：湿纱布包裹的温度计在饱和蒸发冷却下测得的温度，反映空气的冷却能力。
露点温度（t_dp）：在含湿量不变的情况下，空气冷却至饱和（相对湿度100%）时的温度。
含湿量（d）：单位质量干空气所携带的水蒸气质量，单位g/kg_干空气。
焓（i）：单位质量干空气的总热含量，包括显热与潜热，单位kJ/kg_干空气。

    核心控制逻辑： 无尘室通常采用“露点控制+再热”策略。先通过表冷器将空气冷却至露点以下除湿，再通过再热盘管将温度提升至送风温度设定值。这一过程在焓湿图上表现为“冷却除湿+等湿加热”的折线。

3.2 湿度与相对湿度

参数	定义	单位	HVAC控制意义
湿度（ρ_v）	单位体积湿空气中水蒸气的质量	g/m³	反映空气中实际水蒸气密度，常用于计算除湿量
相对湿度（RH）	空气中水蒸气分压力与同温度下饱和水蒸气分压力的比值	%	直接影响人体舒适度、工艺防静电及微生物滋生条件
含湿量（d）	单位质量干空气对应的水蒸气质量	g/kg_干空气	在除湿过程中保持不变（除非有冷凝），是焓湿图横坐标

工程经验： 无尘室夏季工况通常控制送风露点温度在7~12℃之间，对应含湿量约6~9 g/kg_干空气。相对湿度控制目标通常为45%±5%，过高易导致金属腐蚀与微生物滋生，过低则产生静电危害。

3.3 露点温度与结露控制

露点温度是判断表面结露风险的关键指标。当冷表面温度低于空气露点温度时，水蒸气会在表面凝结成液态水，这对无尘室是严重危害（滋生细菌、破坏洁净度）。

送风防结露： 送风口温度必须高于室内空气露点温度，否则风口表面会“出汗”。
冷表面防结露： 冷冻水管、表冷器翅片表面温度通常低于露点，因此必须设置冷凝水盘与排水系统。
围护结构防结露： 无尘室墙体、吊顶内表面温度应高于室内露点温度，需通过保温层厚度计算来保证。

常见设计失误： 在低负荷工况下，若冷水阀调节不当导致冷冻水流量过小，表冷器出口空气温度可能高于露点，造成除湿失效，室内相对湿度失控。此时应优先保证表冷器出口温度低于设定露点，再通过再热调节送风温度。

3.4 焓湿图（i-d图）及其在HVAC中的应用

焓湿图是HVAC工程师的“计算尺”，它将湿空气的五个主要状态参数（t、RH、d、i、t_dp）整合在一张图上。只要知道任意两个独立参数，即可在图上确定空气状态点，并读取其他参数。

3.5 焓湿图在HVAC控制中的典型应用

确定空气处理方案： 根据室内外设计参数，在i-d图上标出N点与O点，确定混合点C，再根据热湿比线确定送风状态点S与机器露点L。
计算空调负荷： 通过读取各状态点的焓值i，计算送风焓差Δi，结合送风量即可得到制冷/制热负荷。
判断除湿能力： 检查表冷器出口空气温度是否低于室内露点温度。若出口温度高于露点，则除湿不足，需降低冷冻水温度或增加表冷器排数。
优化节能控制： 在过渡季节，通过焓值比较（而非仅温度比较）判断是否采用全新风或变新风比运行，实现“焓值控制”节能。

    数字化控制实现： 现代DDC控制器内部通常内置湿空气物性计算函数，可根据温湿度传感器输入的干球温度与相对湿度，实时计算露点温度、含湿量与焓值。控制逻辑可直接基于这些计算值进行PID调节，无需人工查图。

3.6 关键参数在无尘室联调中的控制逻辑

控制目标	检测参数	执行机构	焓湿图对应过程
夏季除湿	露点温度（或含湿量）	冷水阀（表冷器）	冷却除湿（沿等含湿量线向下）
夏季升温	送风温度	热水阀/电加热（再热盘管）	等湿加热（沿等含湿量线向上）
冬季加湿	相对湿度	蒸汽加湿阀/电极加湿器	等温加湿（沿等温线向右）
冬季加热	送风温度	热水阀（加热盘管）	等湿加热（沿等含湿量线向上）
压差联调	室内外压差	送/排风变频风机	改变送风量（不影响状态点，但影响热湿平衡）

联调要点： 压差调节会改变送风量，进而影响室内热湿负荷的消除能力。当压差设定值改变导致送风量变化时，温湿度控制器应重新计算所需的送风状态点，避免出现“压差调好了，温湿度却失控了”的情况。建议采用串级控制架构：压差环（主环）输出风量设定值，温湿度环（副环）根据风量变化动态调整冷/热/湿阀开度。