Системы кондиционирования воздуха и холодоснабжение

 

V. Предварительное построение процесса КВ на h–d диаграмме и определение воздухообменов

Для определения воздухообменов в помещении, тепловых нагрузок на воздухонагреватели и холодильной мощности форсуночной камеры выполняется построение процесса КВ на h–d диаграмме. Расчетным режимом является работа кондиционера в теплый период года.

Построим процесс изменения состояния воздуха в помещении на h–d диаграмме (прил. 1).

По расчетным параметрам внутреннего воздуха  и наносим на h–d диаграмму точку состояния внутреннего воздуха В. Наносим вспомогательную точку В' по d_В=const вниз, отрезок ВВ' характеризует нагрев воздуха в вентиляторе и равен 1°С.

На выходе из форсуночной камеры воздух имеет относительную влажность  φ_o=95%. Через точку В' проводим луч согласно угловому коэффициенту до пересечения с φ_o, получаем точку О – состояние воздуха на выходе из форсуночной камеры. Из точки О проводим по d_о=const отрезок ОП=ВВ'. Точка П – состояние приточного воздуха. Проводим луч через точки П и В, это будет луч процесса в помещении.

Нанесем на h–d диаграмму изотерму t_у, в теплый период года на пересечении с лучом процесса в помещении получим точку У – состояние уходящего воздуха. Отрезок ПУ характеризует изменение состояния приточного воздуха от точки П до точки У.

По расчетным параметрам наружного воздуха и наносим на h–d диаграмму точку состояния наружного воздуха Н.

Воздухообмен в помещении  по теплоизбыткам определяется по выражению:                                                                                (V.1)

где h_у, h_п – соответственно энтальпия уходящего и приточного воздуха, кДж/кг.

Таким образом по формуле (V.1) имеем: кг/ч.

Воздухообмен в помещении  по санитарным нормам подачи наружного  воздуха на одного человека, кг/ч:                         (V.2)

где ρ_н – плотность воздуха при температуре приточного воздуха 1,2 кг/м³;

      – минимальное количество наружного воздуха на одного человека, принимаем по [2] 20 м³/ч;

n – количество людей в помещении, 400 чел.

Таким образом, получим: , кг/ч.

Т.к. G_н<G_о , а в теплый период , то принята схема с рециркуляцией.

Санитарный перепад  температур:

                                              (V.3)

Применение калорифера второго подогрева летом не требуется.

 

VI. Построение процессов КВ на h–d диаграмме в теплый и холодный периоды года

VI.1. схема С РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ в теплый период года

Летом для экономии дорогостоящего холода применяется схема с рециркуляцией. К наружному воздуху подмешивается холодный воздух из помещения.

Определим ассимилирующую способность приточного воздуха  по теплу: ,                                                                                   (VI.1.1)

где  G_п – расчетный летний воздухообмен, кг/ч, принимаем равным G_о.

Таким образом, получим: кДж/кг.

С другой стороны Δh=h_у–h_п, а значит h_п= h_у–Δh=60,4–16,5=43,9 кДж/кг.

Построим процесс изменения  состояния воздуха в помещении  на h–d диаграмме в теплый период года (прил. 2).

На h–d диаграмму наносим точку В, а через нее проводим луч процесса в помещении по , находим точку У. Наносим линию h_п=const до пересечения с лучом процесса в помещении, получим точку П – состояние приточного воздуха. В этом случае, воздух выходящий из камеры орошения, необходимо подогревать в калорифере второго подогрева.

Через точку П проводим линию d_п=const до пересечения с φ_o=95%, получим точку О – состояние воздуха на выходе из камеры орошения.

По расчетным параметрам наружного воздуха и наносим на h–d диаграмму точку состояния наружного воздуха Н. Построим ломаную ОПУ. Воздухообмен определен заранее согласно предварительному построению.

Рециркуляционный воздух, проходя  из помещения к кондиционеру, нагревается  на 0,5-1,0ºС и вступает в смесь с  наружным воздухом с параметрами У’. Отрезок УУ’ равен 0,5-1,0ºС и наносится на h–d диаграмму по линии d_у=const. Соединим т.У’ с т.Н – получим линию УН смеси наружного и рециркуляционного воздуха.

Положение т. смеси С найдем из пропорции:

 откуда                   (VI.1.2)

Отрезок УН измеряется на h–d диаграмме. Полученную длину отрезка УС наносим на прямую УН и найдем положение т.С. Через т. С и О проводим прямую луча процесса в оросительной камере.

 

VI.2. схема С РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ в холодный период года

За расчетный воздухообмен в холодный период года принимается летний воздухообмен .

Воздух обрабатывается в калорифере первого подогрева, в оросительной камере и в калорифере второго  подогрева.

Нагревание воздуха в вентиляторе  не учитывается.

Ломаная УВПО строится также как и в холодный период года в прямоточной схеме.

Нанесем параметры внутреннего  воздуха  и , для холодного периода года получим т.В- состояние внутреннего воздуха.

Находим состояние уходящего воздуха т. У на пересечении с лучом процесса    

Определим ассимилирующую способность приточного воздуха  в холодный период:

где: - расчетные теплопоступления в холодный период

                        года, Вт;

       расчетный летний воздухообмен, кг/ч;

                              ;

              т.к.:      найдем

на  диаграмму наносим и на пересечении с лучом процесса получим т. П - состояние приточного воздуха.

Через точку П проводим линию до пересечения с получим т. О – состояние воздуха на выходе из форсуночной камеры.

В форсуночной камере зимой адиабатическое увлажнение воздуха  и процесс происходит при  .

Наносим на h-d диаграмму параметры наружного воздуха в холодный период t_н и h_н, получим состояние наружного воздуха т.Н.

Соединим т.Н с т.У, получим отрезок НУ – линия смеси наружного уходящего воздуха. Чтобы найти положение точки смеси С, найдем отрезок УС:

Нанесем отрезок УС на отрезок УН, получим т. С  - состояние смеси и . Через т. О проводим линию h₀=const, а через т.С проводим линию d_с=const. На пересечении этих линий получим т.К – состояние воздуха на выходе из калорифера первого подогрева. Отрезки: СК – нагревание воздуха в калорифере первого подогрева. КО адиабатическое увлажнение воздуха в камере орошения, ОП – нагревание воздуха в калорифере второго подогрева.

 

 VI.3. Расчет потребности тепла и холода.

Выбор кондиционера

На основании процессов  построения на h–d диаграмме определяется необходимое количество тепла и холода. В теплый период года охлаждающая мощность оросительной камеры в прямоточной схеме:

,                               (VI.3.1)

где h_о – энтальпия воздуха на выходе из камеры орошения, кДж/кг.

Получаем: Вт.

В холодный период года для прямоточной схемы теплопроизводительность калорифера I подогрева:

,                           (VI.3.2)

где h_к – энтальпия воздуха на выходе из калорифера I подогрева, кДж/кг;

h_с – энтальпия воздуха на входе в калорифер I подогрева, кДж/кг.

Таким образом, имеем: Вт.

Теплопроизводительность калорифера II подогрева:

,                             (VI.3.2)

где h_п – энтальпия приточного воздуха, кДж/кг.

Получаем: Вт.

Центральные кондиционеры серии КТЦ 3 подбираем по табл. 6 [2] в соответствии с объемным расходом воздуха: м³/ч.   

Принимаем тип кондиционера КТЦ 3-20 номинальной производительностью 20 тыс.м³/ч и максимальной производительностью    25 тыс.м³/ч.

Дальнейший расчет всего  оборудования выполняем по выбранному кондиционеру.

 

VII.Теплотехнический и аэродинамический расчет воздухонагревателей

Массовая скорость движения воздуха во фронтальном сечении калорифера определяется по формуле: ,                   (VII.1)

где F_ф – фронтальное сечение воздухонагревателя, 2,07 м².

Таким образом, получаем: кг/(м²·с).

Расход теплоносителя: ,                                             (VII.2)

где Q – тепловая нагрузка на воздухонагреватель (Q_I или Q_II), Вт;

c – теплоемкость воды, 4,19 кДж/(кг·°С);

температура подающей и обратной воды (95°С и 70°С – I подогрев, 70°С и 40°С – II подогрев).

Получаем для калорифера I подогрева: кг/ч, для калорифера II подогрева: кг/ч.

   Скорость движения воды в трубках воздухонагревателя определяется: ,                                                                        (VII.3)     где сечение для прохода теплоносителя, м²;

ρ – плотность воды, 1000 кг/м³.

Для воздухонагревателей  с количеством рядов:

ВН 1   м/с;      м/с;

ВН 1,5 м/с;    м/с;

ВН 2  м/с;  м/с.

 

Коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·°С), определяется по формуле:

,                                       (VII.4)

где a, q, r – коэффициенты, принимаемые по табл. 7 [2] согласно числу рядов трубок воздухонагревателя.

ВН 1     ;   ;

ВН 1,5   ;  ;

ВН 2     ;  .

Требуемая поверхность  нагрева: ,                (VII.5)

где t₁ – температура воздуха на входе в воздухонагреватель, принимаем равной t_с или t_о  для калориферов I и II подогревов соответственно, °С;

t₂ – температура воздуха на выходе из воздухонагревателя, принимаем равной t_к или t_п  для калориферов I и II подогревов соответственно, °С.

ВН1:

м²; м²;

ВН1,5:

м²; м²;

ВН2: м²; м².

Запас поверхности нагрева: ,                              (VII.6)

где F – паспортная поверхность нагрева по прил. 10 [3], м².

ВН1     %;                   %;

ВН1,5  %;                %;

ВН 2    %;                 %.

Принимаем к установке воздухонагреватель 1-го подогрева ВН1; 1-го подогрева ВН1.

Аэродинамическое сопротивление  воздухонагревателей определяем по выражению: ,                                                                       (VII.7)

где m, b – коэффициенты, принимаемые по табл. 8 [2].

Таким образом, имеем: для 1-го подогрева Па

для 2-го подогрева  Па

 

VIII. Теплотехнический и аэродинамический расчет оросительных камер

Теплотехнический  и аэродинамический расчет оросительных камер производится на ЭВМ.

 

Бланк исходных данных для расчета оросительных камер на ЭВМ

Наименование параметра	Обозначение	Единица измерения	Численное значение
Теплый период
Массовый расход воздуха		кг/ч	15465,96
Начальная энтальпия воздуха		кДж/кг	64,2
Конечная энтальпия воздуха		кДж/кг	43,9
Предельная энтальпия воздуха		кДж/кг	42,9
Предельная температура воздуха		°C	15,2
Температура охлажденной воды		°C	5
Теплоемкость воды	с	кДж/(кг·°С)	4,19
Число форсунок	N	шт	24
Коэффициенты аппроксимации	B A α1 C1	– – – –	0,33 0,503 1,91 0,387
Холодный период
Начальная температура воздуха	T1	°C	8,8
Конечная температура воздуха	T2	°C	4,1
Температура воздуха по мокрому  термометру	T5	°C	2,0
Число форсунок	N	шт	24
Коэффициенты аппроксимации	A α1 C1	– – –	0,503 1,91 0,387
Тип форсунки		1..2	ЭШФ 7/10