Дубинин А.М. Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий
Подождите немного. Документ загружается.
21
теплопотребителя к источнику. Обычно β оговаривается в договоре на поставку
тепловой энергии с промышленным паром.
3.4. Расчет тепловой мощности, потребляемой системами
кондиционирования воздуха (СКВ)
Системы кондиционирования воздуха (СКВ) предназначены для
поддержания в помещении температуры и относительной влажности на
заданном уровне при наличии в этом помещении избыточных тепло- ΔQ, кВт, и
влаговыделений ΔG
вл
, кг / с.
В СКВ имеют место следующие элементы (см. рис. 3.1):
1 – помещение, в котором имеются избыточные тепло- и влаговыделения, где
необходимо поддерживать на заданном и постоянном уровне относительную
влажность – ϕ
в
и температуру t
в
; 2 – вентиляционная камера, в которой
размещаются две ступени калориферов, между которыми размещается
оросительная камера с форсунками для распыления воды и поддоном для сбора
воды. В вентиляционную камеру встроен вентилятор с электроприводом.
Воздуховоды, линия рециркуляции с клапаном; 3 – холодильная машина,
назначение которой охлаждать воду, поступающую из оросительной камеры;
4 – насосы рециркуляции для перекачки воды
между испарителем холодильной
машины и оросительной камерой.
22
Рис. 3.1. Система кондиционирования воздуха.
1 – помещение; 2 – вентиляционная камера; 3 – холодильная машина; 4 –
насосы рециркуляции; 5 – первая ступень калориферов; 6 – вторая ступень
калориферов; 7 – вентилятор; 8 – клапан рециркуляции; 9 – тепловые сети; 10 –
оросительная камера; 11 – подпиточный насос; 12 – дренаж в канализацию.
Кондиционирование воздуха в летний период
Забираемый с улицы воздух летом надо осушивать, затем нагревать и
подавать в помещение.
Заданными считаются следующие параметры: температура и
относительная влажность наружного воздуха, t
н
, ϕ
н
, °С и %.
Выбираются из [5, 33] для заданного климатического района; избыточные
тепло- ΔQ
вт
, кВт, и влаго- ΔG
вт
, кг / с, выделения в помещении; температура и
относительная влажность t
в
, ϕ
в
внутри помещения (задаются санитарными
нормами), °С и %.
Необходимо рассчитать [35]: расход приточного воздуха – G
пр
, кг / с;
параметры приточного воздуха – t
пр
, ϕ
пр
; охлаждающую мощность холодильной
23
машины – Q
хм
, кВт; приток влаги из воздуха к охлаждающей воде, W
вл
, кг / с,
тепловую мощность, потребляемую калорифером второй ступени подогрева.
Для решения поставленной задачи следует воспользоваться диаграммой I-
d для влажного воздуха. Построение процесса показано на рис. 3.2.
Рис.3. 2. Изображение процесса кондиционирования воздуха в летний
период.
t
н
, ϕ
н
– параметры наружного воздуха; t
в
, ϕ
в
– параметры воздуха внутри
помещения; t
т.р
− температура точки росы для воздуха с параметрами в т. 5;
t
воды
− температура воды, поступающей в оросительную камеру
Алгоритм построения процесса:
1.
на пересечении линий ϕ
н
и t
н
находим точку 1. Выписываем для т. 1
параметры I
1
и d
1
;
2. на пересечении линий ϕ
в
и t
в
находим т. 5. Выписываем для т. 5
параметры I
5
и d
5
;
3.
в точке пересечения линий ϕ = 100 % и d
5
определяем температуру точки
росы t
т.р
;
4.
определяем температуру воды, подаваемой в оросительную камеру
5.
t
в
= t
тр
- (3 - 5), °С;
24
6. на пересечении линий ϕ = 100 % и t
воды
находим т. 3. Выписываем для нее
параметры I
3
, d
3
;
7. определяем угловой коэффициент луча процесса в помещении − ε,
кДж / кг:
ε= Q
вт
/ΔG
вл
.
Из т. 5 проводим луч ε параллельно лучу ε
∗
с таким же численным
значением до пересечения с линией d
3
= const. Получили т. 4. Выписываем
параметры I
4
, d
4
= d
3
.
Итак: 1 – 2 - 3 – процесс охлаждения и осушки наружного воздуха в
оросительной камере на капельках воды с температурой ниже температуры
точки росы; 3 - 4 – процесс нагрева воздуха в калорифере второй ступени
подогрева; 4 - 5 – процесс нагрева и увлажнения воздуха за счет внутренних
избыточных тепло- и влаго выделений в помещении.
Определение расхода приточного воздуха, кг / с,
45
вт
45
3
вл
пр
-
10
II
Q
dd
G
G
Δ
=
−
Δ
= .
Найдем охлаждающую мощность, кВт, холодильной машины
(
)
31прхм
IIGQ
−
=
.
Определим тепловую мощность, забираемую из тепловой сети для
подогрева воздуха, кВт, калорифером второй ступени подогрева:
(
)
34прк2
IIGQ
−
=
Приток влаги из воздуха к воде, кг / с, в оросительной камере:
(
)
3
31прв
10
−
−
=
ddGW .
По расходу приточного воздуха и сопротивлению воздушного тракта
выбирают вентилятор; по мощности калорифера, коэффициенту теплопередачи
и средней логарифмической разности температур теплоносителей
рассчитывают поверхность калорифера и производят его выбор [4, 5], а по
охлаждающей мощности холодильной машины подбирают нужную марку [8].
25
Рассмотрим кондиционирование воздуха в зимнее время. Прямоточная
схема. (Когда воздух забирается с улицы, готовится, вдувается в помещение, а
затем весь выбрасывается на улицу).
Расход приточного воздуха G
пр
уже определен расчетом летнего режима.
Вентилятор, выбранный для работы СКВ летом, будет работать и в
зимний период с неизменной производительностью. Холодильная машина
остается той же. Исходные параметры для расчета СКВ зимой остаются такими
же как летом, за исключением параметров наружного воздуха – ϕ
н
, t
н
, которые
выбираются из [5] в зависимости от района.
Требуется определить тепловые мощности калориферов первой и второй
ступеней подогрева, количество испарившейся воды в оросительной камере.
В зимний период наружный воздух перед подачей его в помещение
увлажняют и нагревают. Построение процесса кондиционирования воздуха в
зимний период без рециркуляции представлено на рис. 3.3.
Алгоритм
построения процесса:
1. На пересечении параметров ϕ
в
и t
в
находим на диаграмме I - d точку 1.
Выписываем параметры I
1
и d
1
;
2.
На пересечении параметров ϕ
н
и t
н
находим т. 5. Выписываем параметры
I
5
и d
5
;
3.
Рассчитываем ассимилирующую способность воздуха, г / кг,
пр
3
вл
/10 GGd
⋅
Δ
=
Δ
и влагосодержание, г / кг: d
2
=d
1
+Δd.
Проводим линию d
2
= const до пересечения с линией ϕ = 100 %. Получим
т. 3. Выписываем параметры I
3
и d
3
, t
мт
(мокрого термометра).
Через т. 3 проводим линию I
3
= const до пересечения с линией d
5
= const.
Получим т. 4. Выписываем параметры I
4
и d
4
.
26
Рис. 3.3. Процесс кондиционирования воздуха в зимний период.
Прямоточная схема.
5 - 4 – нагрев воздуха в калорифере первой ступени; 4 - 3 – увлажнение
наружного воздуха в оросительной камере; 3 - 2 – подогрев воздуха в
калорифере второй ступени; 2 - 1 – процесс в помещении; t
м.т
− температура
мокрого термометра.
4.
Выписываем величину углового коэффициента луча процесса в
помещении (смотри летний режим) ε.
Проводим из т. 1 луч ε параллельно лучу ε
∗
с таким же значением (см.
поля диаграммы I - d) до пересечения с линией d
3
= const. Получили т. 2.
Выписываем параметры I
2
и d
2
.
На холодильной машине устанавливаем температуру испарителя, равную
t
м.т
(см. т. 3). Тепловая мощность, кВт, забираемая калорифером первой ступени
подогрева из тепловой сети:
(
)
54прк1
IIGQ
−
=
То же самое для калорифера второй ступени подогрева, кВт:
(
)
32прк2
IIGQ
−
=
27
Расход воды из оросительной камеры, кг / с, пошедшей на увлажнение
наружного воздуха:
(
)
3
43првл
10
−
−
=
ddGW
По этому расходу и напору подбирается подпиточный насос.
Кондиционирование воздуха в зимний период при наличии частичной
рециркуляции.
Исходные данные для расчета остаются прежние, какие были для зимнего
режима без рециркуляции. Добавляется только частичная рециркуляция – R,
равная отношению расхода воздуха, забираемого из помещения к расходу
приточного воздуха. Клапан
рециркуляции – 8 (см. рис. 3.1) открыт.
Построение процесса показано на рис. 3.4.
Алгоритм построения процесса кондиционирования воздуха в зимний
период с частичной рециркуляцией:
1.
На пересечении двух параметров ϕ
н
и t
н
находим точку 3. Выписываем
значения I
3
и d
3
;
2.
На пересечении параметров ϕ
в
и t
в
находим т. 1. Выписываем параметры
I
1
и d
1
;
3.
Выписываем из расчета летнего режима СКВ значение ассимилирующей
способности воздуха Δd, г / кг. Находим значение влагосодержания
d
2
= d
1
+ Δd, проводим линию d
2
= const до пересечения с линией
ϕ = 100 %. Получим т. 5. Выписываем параметры I
5
и d
5
.
28
Рис. 3.4. Процесс кондиционирования воздуха в зимний период с
частичной рециркуляцией:
(1 - 4) - (3 - 4) – процесс смешения наружного воздуха и внутреннего; 4 -
6 – подогрев воздуха в калорифере первой ступени; 6 - 5 – процесс охлаждения
и увлажнения воздуха в оросительной камере; 2 - 5 – подогрев воздуха в
калорифере второй ступени; 2 - 1 – процесс нагрева и увлажнения воздуха в
помещении; t
м.т
− температура мокрого термометра.
4.
Выписываем из расчета летнего режима значение углового коэффициента
луча процесса в помещении – ε и из т. 1 проводим луч ε параллельно ε
∗
до
пересечения с линией d
2
= const. Получим т. 2. Выписываем параметры I
2
,
d
2
= d
5
.
5.
Замеряем длину отрезка l
1-3
. Умножим длину l
1-3
на (1 - R), получим
длину отрезка l
1-4
и откладываем его от т. 1 вдоль прямой 1 - 3. Получим
т. 4. Проводим линию d
4
= const до пересечения с линией I
5
= const.
Получим т. 6. Выписываем параметры I
6
= I
5
; d
6
= d
4
.
Процесс (1 - 4) - (3 - 4) смешения наружного воздуха и внутреннего,
забираемого на рециркуляцию; 4 - 6 – процесс нагрева воздуха в калорифере
первой ступени; 6 - 5 – охлаждение и увлажнение воздуха в оросительной
29
камере; 5 - 2 – подогрев воздуха в калорифере второй ступени; 2 - 1 – процесс в
помещении (нагрев и увлажнение).
Мощность, забираемая калорифером первой ступени подогрева
воздуха, кВт:
(
)
46прк1
IIGQ
−
=
.
Мощность, забираемая калорифером второй ступени подогрева воздуха
из тепловой сети, кВт:
(
)
52прк2
IIGQ
−
=
.
Расход воды из оросительной камеры на увлажнение воздуха, кг / с:
(
)
3
65првл
10
−
−
=
ddGW
,
где G
пр
– расход приточного воздуха, кг / с (см. расчет летнего режима).
Рециркуляция воздуха позволяет существенно уменьшить забираемую
мощность из тепловой сети и затраты теплоты и топлива на СКВ.
4. РАСЧЕТ ГОДОВОГО ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ
И РАСХОДА ТОПЛИВА
4.1. Годовое теплопотребление на отопление и вентиляцию
Тепловая мощность теплопотребителей на отопление и вентиляцию, кВт,
зависит от температуры наружного воздуха t
нi
:
нв
нiв
max
во,
i
во,
tt
tt
QQ
′
−
−
=
и меняется от максимальной
max
во,
Q при
нн
tt
′
=
, до минимальной
min
во,
Q при
С8
н
o
+=t
.
Каждой температуре наружного воздуха
нi
t соответствует свое число
часов стояния этой температуры за отопительный сезон – n
i
, час. Эти значения
выписывают из справочной литературы [1] для заданного района. Если
просуммировать произведения
i
nQ
⋅
i
во,
и результат умножить на 3600, то
30
получим годовое потребление теплоты на отопление и вентиляцию
теплопотребителями, кДж / год,
3600
нв
нiв
1
max
во,
год
во,
i
к
n
tt
tt
QN ⋅
′
−
−
=
∑
,
где к – количество значений температур
нi
t наружного воздуха, обозначенное в
справочной литературе [1].
Необходимо помнить, что при уменьшении температуры наружного
воздуха ниже расчетной –
н
t
′
, мощность
во,
Q остается неизменной и равной
максимальной
max
во,
Q , кВт.
В справочной литературе [1] часы стояния данной температуры n
i
даются
с нарастающим итогом. Поэтому для нахождения числа часов стояния заданной
температуры n
i
надо вычитать из предыдущего значения числа часов
последующее, начиная с С8
н
o
+=t . И разницу значений использовать для
подсчета
год
во,
N .
Годовой отпуск теплоты
год
во,
N , кДж / год, можно найти и при помощи
средней температуры отопительного периода −
н
t , которая представлена в [1]:
3600
нв
нв
max
во,
год
во,
n
tt
tt
QN ⋅
′
−
−
= .
Результаты должны совпасть с предыдущими расчетами. Здесь: n – число
часов отопительного периода, находится в [1] для заданного района.
Далее строится график годового теплопотребления сезонной нагрузки
теплопотребителей (см. рис. 4.1).
4.2. Годовой отпуск теплоты на горячее водоснабжение
Годовой отпуск теплоты на горячее водоснабжение (круглогодовая
нагрузка теплопотребителей), кДж / год, определяется так:
(
)
3600τ8760
р
ср
гвс
год
гвс
−
=
QN ,