Проектирование системы кондиционирования воздуха для офисного помещения

Общая масса  аппарата (без хладоносителя) составляет 50,585 кг.

Также проводился гидравлический расчет, в ходе которого были рассчитаны суммарные потери давления Па и Па.

Затем был  проведен расчет на прочность наиболее опасных участков. Он показал, что  коэффициент запаса прочности составляет 4,34.

1.4 Расчет водяного  контура

1.4.1 Расчет диаметров  трубопроводов водяного контура

 

Расход воды через трубопровод определяем из уравнения теплового баланса /1/

                                     ,                          (1.108)

где – суммарная мощность воздухоохладителей, Вт;

  расход воды, кг/сек;

  теплоемкость воды при температуре , Дж/кг*;

  температура воды на входе в воздухоохладитель, т. е. температура воды в трубопроводе, .

Следовательно,

                                                                                  (1.109)

 

 

 

  Расход воды через участки трубопровода Б-В, Г-Д, Е-Ж, З-И. Схема разводки трубопроводов представлена на рисунке 1.13.

 

Рисунок 1.13 – Схема разводки трубопроводов

                                                   ,                                         (1.108)

 

 

Внутренние диаметры трубопровода для каждого участка

                                            ,                                       (1.109)

где плотность воды при температуре воды в трубопроводе;

      средняя скорость движения воды в трубопроводе /3/,                            

 

Для участка  А-Б

 

Аналогично  для остальных участков:

для участка  Б-Г   

для участка  Г-Е   

для участков  Б-В, Г-Д, Е-Ж, З-И, Е-З 

 

Подбираем наиболее близкие стандартные значения внутренних и наружных диаметров /18/

,

,

,

,

 

Уточняем  принятую скорость движения воды

                                                ,                                       (1.110)

 

 

Аналогично  получаем:   ,

                                          ,

 

В дальнейших расчетах будем использовать данные значения скоростей.

1.4.2 Расчет теплопритоков  к водяному контуру

 

Тепловой  поток к водяному контуру рассчитываем по уравнению теплопередачи  /1/

                                  ,                                 (1.111)

где  площадь трубопровода, ();

коэффициент теплопередачи, ^;

  ,

 

  Площадь трубопровода

             

                                                        (1.112)

где  длины соответствющих участков трубопровода, м.

 

 

 

 

Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха

Расчет  коэффициента теплоотдачи со стороны  воздуха ведем для свободной  конвекции.

Критерий  Грасгофа

                                                                      (1.113)

где  - ускорение свободного падения;

      - плотность воздуха при температуре окружающей среды, т. е. при температуре в помещении /6/,;

      - характерный размер, средний наружный диаметр трубопровода.

    - температура стенки трубопровода со стороны помещения

    динамическая вязкость воздуха при температуре в помещении /6/, Па*с.

 

 

Так как  тогда для расчета коэффициента теплоотдачи при свободном ламинарном течении около горизонтальных труб может быть использована формула М.А. Михеева /2/

             ,                     (1.114) 

где числа Прандтля для воздуха при температурах воздуха и стенки со стороны воздуха, соответственно /6/.

 

Коэффициент теплоотдачи для воздуха

                                             ,                  (1.115)

где коэффициент теплопроводности при температуре воздуха в помещении, Вт/м*град /6/.

 

 

Коэффициент теплоотдачи для воды

          Число Рейнольдса

                                           ,                                       (1.116)

где средняя скорость движения воды в трубопроводе, (м/с);

      - характерный размер, средний внутренний диаметр трубопровода ;

      кинематическая вязкость воды при температуре воды в трубопроводе, .

 

     Для течения жидкости в гладких трубах определяем число Нуссельта /2/.

В первом приближении принимаем температуру  стенки со стороны воды и для нее  определяем число Прандтля /3/.

                             

             ,            (1.117)

 

где - число Прандтля при температуре воды /6/;

- коэффициент,  учитывающий изменение среднего  коэффициента теплоотдачи по  длине трубы.

,   т.к.   >50,        где А- длина трубы, м.

 

 

Коэффициент теплоотдачи для воды

                                               ,                                                (1.118)

где коэффициент теплопроводности при температуре воды, Вт/м*град /6/.

 

 

Толщина изоляции трубопровода

Толщина изоляции, не допускающая конденсацию водяных паров /19/

                      ,                  (1.119)

гдетолщина изоляции, м; 
                коэффициент теплопроводности материала теплоизоляции (пенополиуретана), Вт/м*град /6/; 
                температура точки росы, определенная по i - d диаграмме (рисунок 1.4), .

С помощью программы Mathcad 13 получили значение необходимой толщины изоляции

.

 

Коэффициент теплопередачи для многослойной цилиндрической стенки /2/

                   ,                            (1.120)

где коэффициент теплопроводности материала трубопровода (сталь 45), Вт/м*град /6/;

наружный диаметр  трубопровода вместе с изоляцией, м,

                                       ,                                         (1.121)

 

 

 

 

Тепловой поток к водяному контуру

.

1.4.3 Расчет гидравлического  сопротивления водяного контура

 

Полное гидравлическое сопротивление  выражается формулой /2/

                                    + ,                                   (1.122)

    где   ΔP_тр – гидравлическое сопротивление трения, Па;

 ΣΔP_M – сумма потерь давления в местных сопротивлениях, Па. 

Гидравлическое сопротивление трения

Потери давления на трение в трубах могут быть определены по формуле /2/

                                              ,                            (1.123)

где - коэффициент трения /2/;

длина рассматриваемого участка трубопровода, м.

                                                 ,                             (1.124)

где число Рейнольдса для рассматриваемого участка трубопровода.

                                                   ,                                           (1.125)

Для участка  А-Б

 

 

Следовательно, коэффициент трения

 

 

Соответственно, потери давления на трение равняются:

 

 

Аналогично  определяем потери на трения для остальных  участков трубопровода. Получаем:

 

 

 

                                     

                                       

                                     

 

Потери на трение в участках трубопровода до каждого фанкойла (рисунок 1.12).

Для фанкойла 1

                                  ,                            (1.126)

 

 

Для остальных  фанкойлов:

                                     

                                     

 

 

Местное гидравлическое сопротивление водяного контура

Потери  давления на местные сопротивления находятся по уравнению/7/:

                                         ,                              (1.127) 

           

   где - потери давления, обусловленные поворотом потока,                                                       - потери давления, обусловленные наличием тройников.

Определяем  потери давления, обусловленные наличием тройников /7/

Схема выбранного тройника представлена на рисунке 1.14.

    Рисунок 1.14 - Схема тройника

 

                                           ,                              (1.128)

где средняя скорость движения воды в трубопроводе, (м/с);

       коэффициент местного сопротивления, зависящий от типа тройника.

Для данного  тройника, при 

 

Соответственно,

 

 

Потери давления, обусловленные поворотом потока /7/

                                   ,                                 (1.129)

где коэффициент местного сопротивления, зависящий от вида поворота. Для колена с острыми кромками в месте поворота (рисунок 1.15) коэффициент вычисляется по формуле

Рисунок 1.15 – Схема поворота трубопровода

 

                                       ,                                       (1.130)

где коэффициент, учитывающий влияние относительной вытянутости поперечного сечения колена, при круглом сечении ;

 поправочный коэффициент, полученный на основании обработки экспериментальных данных, при повороте на α=90 А=1,2;

  определяется по формуле Вейсбаха

                            ,                           (1.131)

 

 

 

 

Полное гидравлическое сопротивление в участках трубопровода до каждого фанкойла

                                     ,                                (1.132)

 

    Для остальных участков:

 

 

 

 

Выбираем  дроссельные шайбы для выравнивания сопротивлений по трубопроводу.

Площадь проходного сечения трубопровода на участках Б-В, Г-Д, Е-Ж

                                          ,                                         (1.133)

 

 

Для участка  трубопровода Б-В подбираем дроссельную шайбу с проходным сечением , ей соответствует коэффициент сопротивления /9/

                                   ,                                   (1.134)

 

 

Для участка  трубопровода Г-Д подбираем дроссельную  шайбу с проходным сечением , ей соответствует коэффициент сопротивления /9/

                                   ,                                   (1.135)

 

 

Для участка  трубопровода Е-Ж  подбираем дроссельную  шайбу с проходным сечением , ей соответствует коэффициент сопротивления /9/

                                   ,                                   (1.136)

 

Полное гидравлическое сопротивление на участках трубопроводов до каждого фанкойла, с учетом установленных дроссельных шайб

                                    ,                                (1.137)

 

   

                                   ,                                   (1.138)

 

 

                                   ,                                    (1.139)

 

 

                                             ,                                        (1.140)

 

 

Полное гидравлическое сопротивление трубопроводов водяного контура