Федорова В.В., Аюрова О.Б. (состав.) Кондиционирование воздуха в общественных зданиях

Подождите немного. Документ загружается.

При построении процессов КВ в холодный период

повышение температуры в приточном и рециркуляцион-

ном каналах можно не учитывать.

Для определения положения т.0, характеризующей

состояние воздуха после камеры, составляют уравнение

баланса влаги:

кам

+ G

IIр.

= G

, (2.17)

откуда

кам

yIIpпo

dGdG

−

, г/кг

Точка 0 находится на пересечении линий d

= const

и ϕ

= 90%.

Соединив точки 0 и У прямой смеси, находим на пе-

ресечении У0 с d

= const точку смеси С

, характеризую-

щую состояние смеси воздуха перед воздухонагревателя-

ми второго подогрева.

В оросительной камере в холодный период осущест-

вляется процесс изоэнтальпийного (адиабатного) охлаж-

дения и увлажнения. т.е. точка С (параметры воздуха на

входе в камеру ) должна находиться на линии I

= const.

Влагосодержание смеси d

находим из уравнения баланса

влаги для смеси наружного подогретого воздуха и воздуха

первой рециркуляции:

+ G

Iр

= G

кам

, (2.18)

откуда

кам

yIpнн

dGdG

, г/кг

На пересечении I

= const и d

= const находят т.С.

Через точки У и С проводят прямую до пересечения с ли-

нией d

= const в т. К (параметры воздуха после воздухо-

нагревателей первого подогрева).

Расходы тепла на первый и второй подогревы:

= G

– I

) , к/Дж/ч (2.19)

= G

– I

с1

) , к/Дж/ч (2.20)

Рис.1 Процессы обработки воздуха в теплый период

Рис.2 Процессы обработки воздуха в холодный период

2.5.1 Определение расхода воздуха для разбавления

газовыделений

Если в помещении выделяются кроме тепла и влаги

вредные газы, пары и т.п., то расход приточного воздуха

проверяют на разбавление данных вредностей до ПДК по

формуле:

= М 10

/ (к

пдк

-к

) , м

/ч, (2.21)

где М - количество выделяющихся вредностей, г/ч;

пдк

– предельно допустимая концентрация данной

вредности в воздухе рабочей зоны, мг/м

;

– концентрация данной вредности в приточном воз-

духе, мг/м

; в общем случае к

≤ 0,3 к

пдк

/14, 15/.

Если расход воздуха, определенный по формуле

(2.21) окажется больше полученного на основании по-

строений в I-d диаграмме (формула 2.11), необходимо вне-

сти соответствующие исправления в построенных процес-

сах обработки воздуха.

2.5.2 Определение производительности систем

кондиционирования воздуха

Для систем кондиционирования воздуха различают

полезный расход кондиционированного воздуха, необхо-

димый для обеспечения заданных условий в обслуживае-

мом помещении, и полный расход, учитывающий непроиз-

водительные утечки воздуха в оборудовании и воздухово-

дах.

Полезный расход, как правило, определяется из усло-

вия ассимиляции максимальных избытков тепла и влаги в

помещении в теплый период по формулам:

,/,10

∆6,3∆

чкг

пу

изб

пу

изб

⋅

−

⋅

где ∆Q

изб.

, ∆W

изб

- максимальные избытки полного

тепла в Вт и влаги в кг/ч в теплый период;

, I

, d

– энтальпия и влагосодержание, г/кг, со-

ответственно удаляемого и приточного воздуха (см. расчет

процессов в теплый период по I-d диаграмме).

Полезный расход воздуха СКВ не должен быть

меньше необходимого, обеспечивающего: а) удаление вы-

деляющихся в помещении вредных газов, паров и пыли; б)

создание подпора в кондиционируемом помещении; в)

компенсацию вытяжки местными отсосами и на техноло-

гические нужды; г) санитарную норму подачи наружного

воздуха.

Полный расход воздуха в СКВ определяется по

формуле:

G = к

⋅G

, кг/ч, (2.22)

где к

– коэффициент, учитывающий потери – утечки в

воздуховодах. Для воздуховодов класса «П» /15/, приме-

няемых в СКВ, значения к

можно принять равным:

= 1,1 – при длине воздуховодов до 50 м;

= 1,15 – при длине воздуховодов более 50 м.

Объемный расход воздуха или производительность

СКВ определяется по формуле:

чм

= (2.23)

где ρ

– плотность приточного воздуха, кг/м

Вычисленное по формуле (2,23) значение сравнива-

ется со значениями воздухообмена из расчета воздухорас-

пределения по ПК ПРИВОЗ-М. Если расходы отличаются

друг от друга более, чем на 10%, то требуется корректи-

ровка или перерасчет воздухораспределения на расчетные

параметры приточного воздуха в теплый период.

2.6 Анализ режимов работы СКВ в течение года

Изучение работы СКВ в течение года выявляет пре-

делы изменения пропускной способности тепло-

массообменных аппаратов и воздушных клапанов при из-

менении параметров наружного воздуха.

В течение года параметры наружного воздуха изме-

няются от зимних расчетных I

нх

до летних расчетных I

нт

условий и наоборот. На I-d диаграмме область этих изме-

нений ограничена климатической кривой, линией I

нт

, кри-

вой насыщения φ=100% и линией I

нх

. Для построения

климатической кривой можно использовать уравнение:

= 7,1 + 1,3 t

, к Дж/кг

где t

- текущее значение температуры наружного

воздуха,

С;

– энтальпия , соответствующая этой температуре,

кДж/кг.

Анализ годового режима работы СКВ проводится с

помощью I-d диаграммы, где нанесены процессы обработ-

ки воздуха для расчетных условий холодного и теплого

периодов. Весь диапазон изменения энтальпии наружного

воздуха разбивается на поддиапазоны регулирования.

Для наглядности строятся графики регулирования

при годовых изменениях энтальпии наружного воздуха I

- параметров внутреннего воздуха t

и φ

;

- работы воздушных клапанов;

- работы ТМО аппаратов

Графики регулирования показывают изменение теп-

лопроизводительности воздухонагревателей I и II подог-

ревов, холодопотребления, изменение соотношения между

расходами наружного и рециркуляционного воздуха при

постоянстве общего воздухообмена, принятую последова-

тельность работы аппаратов и характерные точки смены

режимов. Кроме этого, площади фигур на графиках регу-

лирования работы ТМО аппаратов означают годовые за-

траты энергии на обработку воздуха.

2.7 Компоновка центрального кондиционера из

типовых секций

Центральные кондиционеры могут обслуживать одно

большое или несколько помещений с одинаковыми пара-

метрами микроклимата. В некоторых случаях несколько

центральных кондиционеров обслуживают одно помеще-

ние больших размеров (закрытый стадион, концертный

комплекс, производственные цехи и т.п.).

Центральный кондиционер состоит из отдельных ти-

повых секций, соединенных герметично между собой. На-

бор секций может быть весьма разнообразен и определяет-

ся главным образом технологической компоновкой,

обуславливающей последовательность обработки воздуха

в кондиционере (процессы в I-d диаграмме). Размеры

секций унифицированы и зависят от типоразмера

кондиционера. Выбор типоразмера производится по объемному рас-

ходу воздуха или производительности СКВ, определенно-

му по формуле (2.23).

Полный состав центральной УКВ включает следую-

щие секции:

блок приемный прямоточный или смесительный;

фильтр воздушный;

оросительная камера;

воздухонагреватели первого и второго подогрева;

вентиляторная секция;

блок присоединительный;

камеры обслуживания;

камеры воздушные для смешивания воздушных

потоков;

клапаны воздушные для регулирования расходов

воздуха.

С 1989г. отечественная промышленность выпускает

центральные кондиционеры серии КТЦ3 (кондиционер ти-

повой, центральный, третьей модернизации). Кондиционе-

ры КТЦ3 имеют десять индексов, обозначающих номи-

нальную производительность в тыс. м

/ч: КТЦ3-10; КТЦ3-

20; КТЦ3-31,5; КТЦ3-40; КТЦ3-63; КТЦ3-80; КТЦ3-125;

КТЦ3-160; КТЦ3-200; КТЦ3-250 /14, кн. 2, прил. III/.

Кондиционеры КТЦ3 могут работать в двух режимах

производительности по воздуху:

- в режиме номинальной производительности, соот-

ветствующей цифре индекса (цифра после дефиса);

- в режиме максимальной производительности, когда

производительность по воздуху увеличивается в 1,25 раза

при сохранении габаритных размеров кондиционера, что

позволяет уменьшить занимаемые площадь и объем поме-

щений.

Пример компоновки центрального кондиционера се-

рии КТЦ3 по технологической схеме СКВ с первой и вто-

рой рециркуляциями (рис. 1, рис. 2) приведен в приложе-

нии 1, некоторые габаритные размеры КТЦ3 – в приложе-

нии 2, экспликация оборудования - в приложении 3.

Каждой секции кондиционера присваивается семи-

значный индекс, состоящий из индекса кондиционера (2

цифры), далее после точки указывается цифровой индекс

секции:

0 – оросительная камера;

1 – воздухонагреватели;

2 – воздушный фильтр;

3 – клапаны воздушные;

4 – вентиляторная секция;

5 – вспомогательные и соединительные секции.

Затем цифры индекса указывают на конструктивные

особенности той или иной секции. Технические характери-

стики и габаритные размеры секций кондиционеров КТУЗ

приведены в приложении III /14, кн.2/.

В последнее десятилетие российские производители

разработали центральные кондиционеры марок КЦКП и

КЦМ. Кондиционеры КЦКП (кондиционер центральный

каркасно-панельный) производительностью по воздуху от

1,5 до 100 тыс.м

/ч выпускаются фирмой «Веза» /25/. Мо-

дельный ряд кондиционеров КЦМ (кондиционер цен-

тральный фирмы «МОВЕН») выпускается производитель-

ностью по воздуху от 1,5 до 110 тыс. м

/ч /27/. Современ-

ные центральные кондиционеры КЦКП и КЦМ состоят из

ряда функциональных блоков – секций, которые можно

комбинировать в соответствии с конкретной заданной тех-

нологией обработки воздуха. Подбор и расчет оборудова-

ния, а также компоновка кондиционеров марок КЦКП и

КЦМ автоматизированы, для чего фирмами разработаны

прикладные программные комплексы /24,26/.

Примеры компоновки центральных кондиционеров

КЦКП и КЦМ приведены в приложении 4 и 5.

2.8 Расчет и подбор тепло-, массообменных

аппаратов УКВ

2.8.1 Расчет оросительной камеры

При компоновке кондиционеров серии КТЦ3 в кур-

совой работе применяют оросительные камеры форсуноч-

ные ОКФ3, технические характеристики которых приведе-

ны в /14, Кн.2, табл. III.4/. Оросительная система ОКФ3

состоит из двух рядов стояков, оснащенных эксцентриси-

тетными широкофакельными форсунками ЭШФ 7/10 ( диа-

метр входного отверстия 7 мм, соплового отверстия 10мм)

с равномерным распределением воды по окружности

распыла. Камеры ОКФ3 изготавливаются в двух ис-

полнениях.

Исполнение 1 – первый по ходу воздуха ряд имеет

большую плотность установки форсунок, второй – мень-

шую.

Исполнение 2 – форсунки установлены с одинаковой

плотностью в каждом ряду.

Подачу воды можно предусматривать в один или два

ряда стояков:

- однорядные прямоточные ОКФ при подаче воды в

первый по ходу воздуха ряд;

- однорядные противоточные ОКФ – во второй по

ходу воздуха ряд;

- двухрядные ОКФ – в два ряда.

ОКФ3 могут быть использованы для реализации как

адиабатных, так и политропных процессов обработки воз-

духа.

Методика расчета ОКФ3 разработана во

ВНИИкондиционере, базируется на экспериментальных и

теоретических исследованиях и использовании коэффици-

ентов эффективности теплообмена Е

и Е

Целью расчета оросительной камеры является:

- выбор исполнения ОКФ3;

- определение расхода охлаждающей воды W;

- определение начальной t

wн

и конечной t

wк

температуры

воды;

Последовательность расчета ОКФ3 при политропном

режиме (прямая задача):

1. По выбранному типоразмеру кондиционера КТЦ3 оп-

ределяется индекс и технические характеристики камеры

ОКФ3 /14, Кн.2, табл. III.4/.

В курсовой работе рекомендуется выполнять расчеты

для двух исполнений одновременно.

2. На I-d диаграмме изображается луч процесса обработки

воздуха в камере орошения по теплому периоду. Точка пе-

ресечения луча процесса с кривой насыщения ϕ=100% со-

ответствует предельному состоянию воздуха в камере t

пр.

3. Коэффициент адиабатной эффективности Е

вычисляет-

ся по формуле:

...

....

ΙΙ

нвпр

нвкв

−

, (2.24)

где I

в.к.

, I

в.н.

– конечная и начальная энтальпия возду-

ха, кДж/кг.

4. Коэффициент орошения µ и коэффициент энтальпийной

эффективности Е

для принятого типоразмера и исполне-

ния камеры орошения находятся по графикам на рис. 3,4,5.

На оси ординат откладывается значение Е

и прово-

дится прямая, параллельная оси абсцисс, до пересечения с

кривой Е

(µ), соответствующей выбранному типоразмеру

и исполнению. Абсцисса точки пересечения определяет

значение µ. Из точки пересечения на кривой Е

(µ) прово-

дится вертикальная линия до пересечения на кривой Е

(µ),

также соответствующей выбранной камере. Ордината точ-

ки пересечения определяет значение Е

5. Относительный перепад температур воздуха θ вычисля-

ется по формуле:

(33.0

ап

ЕЕ

c −⋅⋅⋅=

µθ

(2.25)

где 0,33 – коэффициент аппроксимации;

= 4,187 кДж/кг

С – удельная теплоемкость воды.

6. Начальная температура воды t

н.

)ΙΙ(

....... нвкв

прнw

tt −

⋅

(2.26)

7. Конечная температура воды t

⋅

−

−=

нвкв

нwкw

....

ΙΙ

(2.27)

8. Расход разбрызгиваемой воды W, кг/ч:

W = µ⋅G

кам

, (2.28)

где G

– расход воздуха, кг/ч.

9. Расход воды, подаваемой от холодильной станции

хол.ст.

, кг/ч:

)(

стхол

wкww

хол

стхол

ttc

−⋅

(2.29)

где Q

хол.

– расход холода на обработку воздуха в

ОКФ, кДж/ч,

хол.ст.

– температура воды, подаваемой от холодиль-

ной станции, равная 6-8

С.

10. Давление воды перед форсунками ∆Р

, кПа, определя-

ется по графику (рис. 6) в зависимости от расхода разбрыз-

гиваемой воды и типа ОКФ3.

К установке принимается оросительная камера тако-

го исполнения, при котором расход воды W, давление ∆Р

и затраты энергии на циркуляционный насос будут

наименьшими.

Рис.3 Зависимость Е

(µ) и Е

(µ) для двухрядных камер

орошения ОКФ-3 (исполнение 1 и 2)

1 - ОКФ-3 01.01304, исп.2 (02.01304, исп.2)

2 - ОКФ-3 02.01304, исп.1 (06.01304, исп.2; 08.01304

исп.2; 12.01304 исп. 2; 16.01304 исп.2; 25.01304 исп.2)

3 - ОКФ-3 01.01304, исп.1 (03.01304, исп.2; 06.01304

исп.1; 08.01304 исп. 1; 04.01304 исп.2; 12.01304 исп.1;

16.01604 исп.1; 20.01304 исп.2; 25.01304 исп.1)

4 - ОКФ-3 03.01304, исп.1 (04.01304, исп.1; 20.01304

исп.1)

Рис.4 Зависимость Е

(µ) и Е

(µ) для однорядных

прямоточных камер орошения ОКФ-3 (исполнение 1 и 2)

1 - ОКФ-3 01.01304, исп.2 (02.01304, исп.2)

2 - ОКФ-3 03.01304, исп.2 (04.01304, исп.2; 06.01304

исп.2;

3 - ОКФ-3 12.01304, исп.2 (16.01304, исп.2; 20.01304

исп.2; 25.01304 исп.2)

Рис.4 Зависимость Е

(µ) и Е

(µ) для однорядных

противоточных камер орошения ОКФ-3 (исполнение 1)

1 - ОКФ-3 01.01304, исп.1

2 - ОКФ-3 02.01304, исп.1 (03.01304, исп.1;

04.01304 исп.1;20.01304 исп.1)

3 - ОКФ-3 06.01304, исп.1 (08.01304, исп.1; 12.01304

исп.1; 16.01304 исп.1; 25.01304 исп.1)

Рис.6 Зависимость давления воды перед форсунками

∆Рw (W) для двухрядных камер орошения ОКФ-3

1 - 01.01304, исп.1; 2 – исп.2; 11 – 08.01304, исп.1; 12 –исп.2

3 - 02.01304, исп.1; 4 – исп.2; 13 - 12.01304, исп.1; 14- исп.2;

5– 03.01304, исп.1; 6 – исп.2; 15 - 16.01304, исп.1; 16 - исп.2

7– 04.01304, исп.1; 8 – исп.2; 17 - 20.01304, исп.1; 18 - исп.2

9– 06.01304, исп.1; 10 – исп.2; 19 - 25.01304, исп.1; 20 - исп.2

2.8.2 Проверка режима работы оросительной камеры

в холодный период года

В этот период оросительная камера работает в режи-

ме адиабатного увлажнения. Конструкция камеры, ее

тип, исполнение и элементы оборудования остаются те

же, что и для теплого периода.

Обеспечение меньшего расхода воды в холодный пе-

риод возможно двумя способами:

- уменьшение давления воды перед форсунками;

- уменьшение числа работающих форсунок.

Рассмотрим расчет оросительной камеры по второму

способу.

Исходные данные принимаются из построения про-

цессов в I-d диаграмме для холодного периода (рис.2) и

расчета камеры в теплый период:

- расход обрабатываемого в камере воздуха G

кам

кг/ч;

- параметры (t, I) воздуха на входе в оросительную

камеру и выходе из нее;

- тип оросительной камеры и технические характери-

стики ее элементов;

- давление воды перед форсунками ∆Р

, кПа.

Последовательность расчета:

1. Коэффициент адиабатной эффективности теплообмена

вычисляется по формуле:

...

тмнв

тмкв

−

−=

(2.30)

где t

в.к

и t

в.н

- конечная и начальная температуры воз-

духа,

С;

м.т

- температура воздуха по мокрому термометру,

С;

2. Коэффициент орошения µ для заданного типа ОКФ на-

ходится по графикам (рис. 3,4,5).

3. Расход разбрызгиваемой воды W, кг/ч; (ф.2.28)

W =µ G

кам

4. Производительность одной форсунки ЭШФ 7/10 в зави-

симости от ∆Р

определяется по рис. 7 - g

форс

, кг/ч.

5. Количество работающих в холодный период форсунок

х.п.

, шт.:

форс

пх

n =

6. Если число работающих в холодный период фор-

сунок «n

х.п

» отличается от общего числа форсунок в

ОКФ «n» более чем на 10%, то часть форсунок (чаще в

первом по ходу воздуха ряду) заглушается. Количество

заглушаемых форсунок:

загл

=n-n

х.п

Необходимо помнить, что изложенный метод расче-

та предполагает постоянство давления перед форсунками

∆Р

=const, что обеспечивается работой насоса ороситель-

ной камеры.

7. Аэродинамическое сопротивление камеры ОКФЗ опре-

деляется по эмпирической формуле:

∆P

ОКФ

= 14,126 (vρ)

1,81

, Па

где (vρ) – массовая скорость воздуха в поперечном

сечении оросительной камеры, кг/м

с.

Рис.7 Зависимость расхода воды g

от давления воды пе-

ред форсунками ∆Р

2.8.3 Подбор и расчет воздухонагревателей для первого и

второго подогрева

Центральные кондиционеры КТЦ3 комплектуются

воздухонагревателями без обводного канала ВН и с обвод-

ным каналом ВНО для осуществления различных способов

регулирования температуры обрабатываемого воздуха. В

обводном канале устанавливается воздушный клапан с

электрическим (КВЭ), пневматическим (КВП) или ручным

(КВР) приводом. В расчетном режиме клапан считается

закрытым, поэтому скорость воздуха в ВНО выше, чем в

ВН.

Необходимая поверхность нагрева набирается из ба-

зовых теплообменников высотой 1,0; 1,25; 1,50; 2,0 метра,

технические характеристики которых представлены в

табл.2.3. Базовые теплообменники изготавливаются с од-

но-, двух- и полуторорядным расположением трубок по

ходу воздуха, за счет чего изменяется поверхность нагрева

теплообменника. Количество базовых теплообменников,

устанавливаемых по фронту, их высота, индексы и техни-

ческие характеристики указаны в приложении 6.

Теплоносителем служит горячая или перегретая вода

с температурой от 70

С до 180

С и давлением до 1,2 МПа.

Параметры теплоносителя для воздухонагревателей

первого подогрева определяются по температурному гра-

фику регулирования режима тепловых сетей или котель-

ной. Для воздухонагревателей второго подогрева прини-

мают следующие значения параметров: Т

под

=Т2

С, Т

обр

≤

С. Это обусловлено круглогодичной работой воздухо-

нагревателей второго подогрева и их подключением к сис-

теме теплоснабжения по схеме «из обратки в обратку».

Исходными данными для расчета воздухонагревате-

лей являются:

массовый расход воздуха, проходящего через воз-

духонагреватель G

, кг/ч;

- начальная и конечная температуры воздуха t

и t

- параметры теплоносителя Т1, Т2

С.

Расчет основан на совместном решении уравнений

теплового баланса и уравнения теплопередачи, аналогично

расчету калориферных установок в курсе «Системы венти-

ляции»:

возд.

= Q

т/н

= Q (2.31)