水蒸氣(稱氛氣),是水(H2O)氣體形式。
水達到沸點時,水變成水蒸氣。
水蒸氣空氣中是無色。
海平面一標準大氣壓下,水沸點100°C或212°F或373.15K。
當水在沸點以下時,水可以地蒸發成水蒸氣。
而壓環境下(於0.006大氣壓),冰會直接昇華變水蒸氣。
水蒸氣密度為 0.59764 千克/立方米(100°C/212°F,101330Pa)。
水蒸氣可能會造成温室效應,是一種温室氣體。
氣態水是大氣但組成部分。
有99.99%是流層中。
冷凝水蒸氣到液體或冰階段主要雲,雨,雪,霧,和其他沉澱物完成,而所有這些是天氣要素。
霧和雲形成,通過縮合周圍雲凝結核。
若是缺乏核的狀態,凝結只能發生温度上。
持續凝結或沉積後,雲滴或雪花形成,並促成它們達到了臨界質量。
平流層水蒸氣停留時間是10天左右。
水補充、降水、蒸發,是海洋,湖泊,河流和植物蒸騰及其他生物和地質過程作用結果。
水蒸氣可能會造成温室效應,是一種温室氣體。


如果降水凝結,那麼整個地球表面,年全球水蒸氣會帶來25毫米降水。
然而,年降水量1米,這表明水空氣中周轉。
水汽氣層中能形成類似海洋中洋流水汽通道,並且時間一個範圍內存水汽輸送總量,這意味着一個地方過度降水後,會使得另一些區域獲得不到降水。
雖然火山排放氣體差距,但是,水蒸氣是見火山氣體,火山噴發有超過60%排放量為水蒸氣。
於水分子吸收微波和其他無線電波信號,通過水時大氣中雷達信號會衰減。
此外,大氣中水能否反射和折射信號,程度上取決於它狀態是、氣態、液態是固態。
來説,它們穿過流層時,雷達信號傳送減弱強度。
空氣中一些成分於某些頻率是透明,導致頻率信號衰減速率。
無線電波於廣播和其他通訊傳輸時具有效果。
水蒸氣比水其他兩個狀態雷達影響。
水滴和冰晶狀態下,水被作稜鏡。
雖然一個分子成稜鏡,然而,大氣中水蒸氣存在下,能形成一個稜鏡。
[3]
GOES-12衞星圖像,顯示于海洋,雲和地球各大洲大氣水汽分佈。
行星周圍蒸汽,分佈。
閃電產生中水蒸氣起到了關鍵作用。
,地球氣層上雲是靜電發電機。
但雲有大量電能直接決定因素是水蒸氣存在於本地系統數額。
水蒸氣數額直接影響空氣介電係數。
濕度狀態,靜電放電是、。
但濕度狀態,靜電放電發生次數減少。
然而,介電係數和電容一起作用,可以生產出電壓兆瓦閃電。
[4]
例如雲時,它開始自己方式成為一個閃電發生器,大氣中水蒸氣充當絕緣體作用從而降低雲電能。
了時間後,如果雲層繼續生成和存儲靜電,大氣水蒸氣導通雲存儲電能。
被控地區閃電形式,這種能量釋放到地面。
且每次放電強度直接大氣介電係數、電容、以及雲層發電能力相關。
[5][6]
水蒸氣(稱氛氣),是水(H2O)氣體形式。
水達到沸點時,水變成水蒸氣。
水蒸氣空氣中是無色。
海平面一標準大氣壓下,水沸點100°C或212°F或373.15K。
當水在沸點以下時,水可以地蒸發成水蒸氣。
而壓環境下(於0.006大氣壓),冰會直接昇華變水蒸氣。
水蒸氣密度為 0.59764 千克/立方米(100°C/212°F,101330Pa)。
水蒸氣可能會造成温室效應,是一種温室氣體。
氣態水是大氣但組成部分。
有99.99%是流層中。
冷凝水蒸氣到液體或冰階段主要雲,雨,雪,霧,和其他沉澱物完成,而所有這些是天氣要素。
霧和雲形成,通過縮合周圍雲凝結核。
若是缺乏核的狀態,凝結只能發生温度上。
持續凝結或沉積後,雲滴或雪花形成,並促成它們達到了臨界質量。
平流層水蒸氣停留時間是10天左右。
水補充、降水、蒸發,是海洋,湖泊,河流和植物蒸騰及其他生物和地質過程作用結果。
測量水蒸氣濃度表示為濕度或濕度。
如果降水凝結,那麼整個地球表面,年全球水蒸氣會帶來25毫米降水。
然而,年降水量1米,這表明水空氣中周轉。
水汽氣層中能形成類似海洋中洋流水汽通道,並且時間一個範圍內存水汽輸送總量,這意味著一個地方過度降水後,會使得另一些區域獲得不到降水。
雖然火山排放氣體差距,但是,水蒸氣是見火山氣體,火山噴發有超過60%排放量為水蒸氣。
於水分子吸收微波和其他無線電波信號,通過水時大氣中雷達信號會衰減。
此外,大氣中水能否反射和折射信號,程度上取決於它狀態是、氣態、液態是固態。
來説,它們穿過流層時,雷達信號傳送減弱強度。
空氣中一些成分於某些頻率是透明,導致頻率信號衰減速率。
無線電波於廣播和其他通訊傳輸時具有效果。
水蒸氣比水其他兩個狀態雷達影響。
水滴和冰晶狀態下,水被作稜鏡。
雖然一個分子成稜鏡,然而,大氣中水蒸氣存在下,能形成一個稜鏡。
[3]
GOES-12衞星圖像,顯示於海洋,雲和地球各大洲大氣水汽分佈。
行星周圍蒸汽,分佈。
閃電產生中水蒸氣起到了關鍵作用。
,地球氣層上雲是靜電發電機。
但雲有大量電能直接決定因素是水蒸氣存在於本地系統數額。
水蒸氣數額直接影響空氣介電係數。
濕度狀態,靜電放電是、。
但濕度狀態,靜電放電發生次數減少。
然而,介電係數和電容一起作用,可以生產出電壓兆瓦閃電。
[4]
例如雲時,它開始自己方式成為一個閃電發生器,大氣中水蒸氣充當絕緣體作用從而降低雲電能。
了時間後,如果雲層繼續生成和存儲靜電,大氣水蒸氣導通雲存儲電能。
當天會議上,清華大學化工系謝新佑教授進行了估算:1、理想狀況並考慮其它能源消耗情況下,10度温度條件下,1公斤水蒸氣凝結成1公斤液體,可釋放593千卡熱量,於85克標準煤所包含熱值。


延伸閱讀…
且每次放電強度直接大氣介電係數、電容、以及雲層發電能力相關。
[5][6]
設一個温度恆定密封容器裏裝了一些水,水面上方是真空。
那麼於水分子運動,液麪處會有分子地脱離液體而以水蒸氣形態進入空氣(蒸發),從而使得空氣中存在一個水蒸氣貢獻壓強。
這個壓強會接近液麪一部分水蒸氣分子壓回液體中(液化),使液體到氣體水分子轉移淨速率下降。
等到水蒸氣分壓足夠,水分子液體逸出到空氣中速率空氣回到液體中速率相等,這時空氣中水蒸氣達到和,稱為這一温度下和蒸氣,對應水蒸氣分壓為和蒸氣壓。
——讀者看出來,和蒸氣壓建立過程和高中化學可逆反應動態建立過程一模,完全可以可逆反應知識搬過來幫助理解蒸發和液化:實際蒸氣壓於和蒸氣壓時,體系呈現蒸發;實際蒸氣壓於和蒸氣壓時,體系呈現淨液化;二者相等時體系達到動態。
下面我們空氣。
於空氣中水有大量氮氣氧氣,所以上一段分析中“將水分子壓回液體”壓強應該是各種成分總壓強,而不僅是水蒸氣分壓。
這一修正會和蒸氣壓大小略有影響,但日常生活中可以安全地。
上面相圖中,我們可以看到100℃時,液態水和水蒸氣分界線是101kPa,説此時飽和蒸氣壓是一個氣壓。
請注意,這是説水蒸氣飽和時水蒸氣分壓達到了一個大氣壓。
這時水開始液體內部發生氣化——沸騰。
沸騰蒸發和液化關係,按下不表。
日常生活中,水蒸氣大氣中含量還1%,因此水蒸氣實際分壓氣壓1%。
從天氣預報中濕度百分之幾十(濕度水蒸氣分壓相於當時氣温下水和蒸氣壓比例)中可以看出,水蒸氣分壓於和蒸氣壓,因此會遇冷液化。
太陽照射到地球表面驅動水循環,蒸發海洋、湖泊、河流和大地水份,形成了流層空氣中水蒸氣(稱為水汽)。
水分子液態到氣態蒸發過程吸收了大量太陽和地面輻射熱量,空氣中水汽因此藴藏着超大規模而取之不盡、用之不竭太陽熱能–水汽能。
能否通過創新技術,這個白天黑夜、規模能源資源開發出來,代替化石能源來製取暖,同時克服傳統太陽能區域性和間歇性問題?此領域,揚州辛普森中央調製造有限公司王志林和湖南秋克熱源塔泵科技工程有限公司劉秋克以及長沙東工程設備有限公司黃國和做了許多開拓性工作,湖南湘西、邵陽和婁底、江浙滬地項目上各地經銷商、安裝公司、以及湖南大學合作進行全方位系統研究。
王志林開式熱源塔技術和劉秋克閉式熱源塔技術早期技術研究可總結為第一、二代開式熱源塔泵技術和第三、四代閉式熱源塔泵技術。
前四代技術可以吸收空氣温度變化釋放熱量(即“顯熱”)和水蒸氣相變釋放熱量(即“潛熱”),通過熱泵技術品位熱能提升為高品位熱能,替代化石能源燃燒放熱,實現夏季製,冬季供暖,並提供生活熱水。
然而,早期技術水汽冷凝變為液體過程中釋放熱量數量、方法規律缺乏認識。
積累研發、生產和安裝工程技術經驗基礎上,中國建築科學研究院和江蘇辛普森新能源有限公司牽頭,聯合上述三家公司以及國家空調設備質量監督檢驗中心、湖南大學單位編制了國家級行業協會標準《熱源塔泵系統應用技術規程》,此技術應用進行了規範。
但初期實際工程案例中,開式熱源塔泵出現了很多問題,制熱應用效果,溶液添加數量過多、溶液濃縮成本高且濃縮量,出現抗凍劑腐蝕管道設備和影響周邊環境問題;而閉式熱源塔泵面臨成本高、操作複雜、低温時結霜問題。
這些問題影響了熱源塔泵技術規模化推廣。
湖南東尤節能有限公司(以下簡稱“湖南東尤”)水汽能熱泵開式和閉式熱源塔進行了創造性改良,並利用常温蒸發濃縮溶液方式輔以自動化控制,解決了開式熱源塔水蒸氣冷凝後稀釋防凍液,溶液濃度降低導致吸熱效果運行穩定性問題。
此項開式換熱、主機閉式循環,冷凝水冷量回收、防凍液濃度控制熱泵空調系統獲得國家發明專利,標誌着該公司水汽能熱泵問世。
同時,其運行過程可吸附空氣中大量污染物並產生大量伴生冷凝水,該技術全面推廣不僅可取暖和製領域代替化石能源,可改善空氣質量,並且具有治理霧霾併乾旱地區提供淡水研發潛力,應用前景。
2017年2月25日,作為其“能源技術評估推廣平台(簡稱TAD)”系列評估第四個項目,北京國際能源傢俱樂部組織家湖南東尤水汽能型熱泵技術進行評估推廣。
本文當天研討會提供材料,水汽能概念及儲能潛力,水汽能熱泵技術發展過程、技術特點和實際案例作一介紹。
空氣中水蒸氣藴含了大量品位熱能,低温氣候環境下,空氣中“潛熱”含量。
水分子於一個蓄熱載體,蒸發過程會吸收熱量,而凝結過程會釋放熱量。
水汽能熱泵技術主要是獲取水蒸氣潛熱,同時通過多次交換取得氣裏顯,但以潛熱主。
當天會議上,清華大學化工系謝新佑教授進行了估算:1、理想狀況並考慮其它能源消耗情況下,10度温度條件下,1公斤水蒸氣凝結成1公斤液體,可釋放593千卡熱量,於85克標準煤所包含熱值。
延伸閱讀…
其低温情況潛熱高温情況潛熱要:1公斤100度水蒸氣變成100度水只能獲得540千卡熱量,而1公斤0度水蒸氣變成0度水可以放出596千卡。
因此,氣層氣裏面水蒸氣是一個規模能源儲庫。
2、生產淡水方面,假設大氣壓下,温度36℃、濕度是20%條件下,冷凝1立方米空氣到6度能夠獲得5.3克水。
一台每分鐘輸氣量400立方米冷凝泵,每天可生產超過3053公斤冷凝水。
而温度40度,濕度20%沙漠進行制水,這台泵每天可以得到4.15噸淡水。
因此,水汽能熱泵既可以從空中提取熱量,能夠取水。
長江以南冬天低温氣候條件下,傳統空氣源熱泵翅片結構和設計蒸發器傳熱温差,會出現結霜低效率現象,造成壓縮機損壞;同時需輔高品位電熱能及礦物燃料輔助能源,使得能耗提高,效率降低。
上述問題,2002年,南京家電研究所所長王志林人研究出了熱源塔泵系統(開式),原理是塔改造,利用抗凍劑溶液不結冰特性吸收水蒸氣熱量。
王志林於2007年獲得了國家知識產權局熱源塔實用專利,是開式熱源塔換技術。
2008年,劉秋克申請並獲得授權熱源塔泵發明專利,該技術特點是利用閉式熱源塔進行換熱。
劉秋克一共獲得了《一種熱源塔泵》、《閉式熱源塔》和《一種太陽能次生源熱源塔泵集成裝置》三項發明專利,閉式熱源塔技術。
技術原理上,熱源塔泵是品位熱源提升設備,利用於冰點載體介質,通過輸入少量高品位能源,實現小温差傳熱系統,吸收空氣中潛熱(水蒸氣相變變化)和顯熱(温度變化),無需鍋爐或電熱輔助熱源,建築物進行供熱、製,以及提供熱水,四季可用。
冬季,熱源塔直接採集室外品位能,利用焓值循環溶液換熱層表面焓值空氣充分接觸,冷凝空氣中水分並獲取釋放熱量,水循環熱泵空調提供熱源。
該熱泵系統比傳統空氣源熱泵結霜温度,大大減少了結霜機率。
夏季,熱源塔冷源塔,是直接蒸發設備。
冷源塔利用焓值循環水焓值空氣充分接觸,水蒸發使得循環水温度降低,水循環製空調提供了温度冷源。
熱源塔泵系統主要熱源塔、壓縮機、冷凝器、蒸發器、溶液膨脹罐、負荷泵、熱源泵設備組成,分為開式熱源塔泵和閉式熱源塔泵兩類。
開式熱源塔泵技術於濕球温度防凍液,夏季水,噴灑凹凸型波板換熱填料層上,防凍溶液膜直接空氣接觸換熱。
該應用存在冬季有溶液飄失、塔體易結露,水量風量無法調節、防凍液濃度控制困難問題,需應溶液濃度監測及濃縮裝置,加藥裝置和補水裝置,以及壓縮系統設備等以提高運行效率。
閉式熱源塔泵開式塔基礎上,採用低温寬帶換熱器,空氣多層寬帶換熱翅片在換熱器表面逆向流通,形成交換。
防凍液或水換熱器管內循環流動,空氣直接接觸,冬季採用蓄熱傳熱介質內循環間歇性融霜,夏季採用水外噴淋蒸發強化換熱。
但該技術需要增加水量及風量,提高換熱效果。
解決結霜問題:傳統空氣源泵霜堵源於空氣蒸發器存在傳熱温差,開式熱源塔泵利用防凍液空氣直接接觸進行交換,閉式熱源塔泵內置溶液利用温差傳熱,相變過程中形成鬆散雪花發熱過程,雪花會循環空氣排除,減少結霜幾率。
節約能源和資源:相比於普通中央空調(機+鍋爐),熱源塔泵能耗;避免了傳統空氣源熱泵頻繁化霜問題,無需電輔助加熱設施;克服了地源熱泵、水源熱泵中央空調打井、管道鋪設、城市中心地帶沒地方埋管以及土地資源和水資源缺乏地域限制,傳統鍋爐系統佔地面積小。
環保碳:制熱過程中本身無任何直接燃燒化學反應,消耗電量間接有碳排放;運行過程中,環境空氣攜帶灰塵、粉塵顆粒吸附液滴表面,沉積設備內部,程度上空氣起到了淨化作用;會水質、地下水壓、地表水環境造成影響,需要勘探、採掘、運輸過程。
安全:沒有鍋爐,沒有煤氣泄露或爆炸危險。
經濟:單位面積投資成本地源熱泵和水源泵,運行費用,安裝。
、一機三用、全天候工作:COP可達到3.5~4.0(隨室外氣温變化和採用冷凝温度而變化),可利用一套設備同時供、供冷和熱水供應。
長江中下游以南地區冬季採暖夏季製效果達到設計要求。
雨雪天氣以及夜晚可以工作。
運行維護,節省人力:如果結合自動化控制,每班只需一個人值班,而10萬平方米以上小區燃煤鍋爐房每班需4個人。
2017年公司更名為“湖南東尤水汽能產業發展有限公司”,並準備東尤集團公司組建工作。
水汽能熱泵空調系統主要水汽能收集器(水汽能提純平台)、水汽能熱泵機組、水汽能運輸系統、水汽能利用系統構成,見下圖。
水汽能收集器放置於建築室外(屋頂或者裙房樓頂),水汽能熱泵機組放置在建築地下機房內。
水汽能提純平台外觀塔相似,頂部安裝風機,室外空氣從外向內流過。
冬季供熱工況下,防凍液水汽能提純平台上方通入,一方面使空氣温度進一步下降,另一方面,低温空氣中水蒸氣遇冷凝結,釋放出潛熱,防凍液既吸收了空氣温度下降,吸收了潛熱,實現全熱換熱。
水汽能運輸系統中外循環水泵外循環液水汽能收集器與水汽能泵之間來回循環(室外循環液冬季防凍液,低温下不結冰,不板結,具有流動性交換率,夏季為普通自來水)。
同時,利用水汽能運輸系統中內循環水泵將內循環液水汽能熱泵水汽能利用系統中室內設備之間來回循環。
水汽能熱泵冬季,低温防凍液水汽能收集器中吸收空氣中水汽顯熱潛熱,温度升高;温度升高後防凍液在外循環水泵作用下進入水汽能泵,水汽能泵工作後熱量品質提升、温度提高,將熱量傳遞內循環液,內循環液內循環水泵作用下流入水汽能利用系統設備,從而量傳遞到水汽能利用系統到用户。
夏季,內循環液水汽能利用系統設備中室內用户熱量提取出來,通過內循環水泵傳遞水汽能泵,水汽能泵這部分熱量傳遞外循環液,外循環液在外循環水泵作用下進入水汽能提純平台內,通過水汽能提純平台將熱量傳遞空氣。
其冬季工況詳細工作原理,如下圖:1、初級能量交換器中,沸點液態提升工質吸收水汽能中熱量後直接蒸發氣態,熱量一級水汽能運輸系統初級能量交換器中轉移到了提升工質內,氣態提升工質膨脹壓力下流動。
2、有部分液態提升工質未能完全汽化,故初級能量交換器末端設置有氣液分離裝置,此部分液化提升工質儲存起來,一方面防止液態提升工質進入壓縮機造成壓縮機損傷,另一方面系統容納部分提升工質,系統工作狀態。
3、流動壓力下,氣態提升工質進入低温初級壓縮機內,提升工質進一步壓縮,壓縮後提升工質呈現高温高壓氣態,此狀態下,提升工質不僅具有初級能量交換器內吸收來能量,吸收了壓縮機壓縮過程中轉變能量,從而具有了焓值、高能量,水汽能品質由此得到了提升。
4、氣態提升工質壓縮後壓力作用下流入中級能量交換器,其初級能量交換器內和壓縮機內獲得能量傳遞二級水汽能運輸系統,自身冷凝液態。
二級水汽能運輸系統內運輸介質中級能量交換器中吸收了提升工質中能量,介質温度上升從而提供給水汽能利用系統。
5、液態提升工質離開中級能量交換器後進入絕熱膨脹節流裝置,此裝置內液態提升工質進行焓熱膨脹,壓力温度下降後進入初級能量交換器中從而進行下一個能量提升循環。
據湖南東介紹,水汽能泵基於熱源塔泵技術,採用開式換熱,閉式循環,具有以下技術特性:1、熱源塔內工藝改進,採用水汽能收集器、消噪汽霧分離器,降低飄水率,並採用無縫拼接防滲漏辦法。
2、採用基於蒸發濃縮系統專利技術,應開式熱源塔防凍液濃度稀釋問題,規定條件下啓動縮系統,濃縮後濃度溶液儲存起來,自動控制系統檢測適時濃度溶液注入熱量輸送系統。