9.4 Исходные данные на проектирование систем кондиционирования воздуха

К исходным данным на проектирование систем кондиционирования воздуха мотносятся:

- избыточные количества полной или явной теплоты Q и влаги W для теплого и холодного периодов года соответственно

- диапазон оптимальных и допустимых значений параметров воздуха в рабочей или обслуживаемой СКВ зоне помещения (t_вн^н…t_вн^в, φ_вн^н…φ_вн^в); выбирается по таблицам 1.4, 1.5.

- сведения, позволяющие найти возможный и допустимый уровень ре­циркуляции (n) внутреннего воздуха;

- рабочая разность температур системы воздухораспределения (∆t₀ = t_в – t_n), т.е. разность между температурой внутреннего воздуха t_в и темпе­ратурой воздуха на выходе из воздухораспределителя (воздухораспре­делителей), называемой приточной температурой t_n;

- градиент температуры по высоте помещения (grad t), для которого проектируется СКВ и высота расположения приемника уходящего воздуха (Н).

Последние данные позволяют определить температуру уходящего воздуха

t_у =t_в+ grad t(H-2) ( 9.2)

9.5 Построение на I-d диаграмме основных процессов обработки воздуха в теплый и холодный периоды года

Решение конкретной задачи кондиционирования воздуха заключается в построении на h-d диаграмме процессов, протекающих в кондициони­руемом помещении и в кондиционере. На этом основании полученных дан­ных далее осуществляется компоновка кондиционера и расчет (подбор) его основного оборудования.

На рисунках 9.4, 9.6 9.8 представлены схемы возможной комплектации конди­ционера, в частном случае некоторые элементы этой схемы могут отсутст­вовать. Предусматривается установка теплообмен­ников I-ой и II-ой ступени, оросительной камеры, возможны варианты рециркуляции воздуха Устрой­ства для очистки воздуха от механических примесей и шумоглушители условно не показаны. Теплообменники условно могут выполнять функции охлаждения и нагрева воздуха.

Построим несколько вариантов процесса обработки воздуха в конди­ционере для летнего периода времени.

Зону оптимальных параметров внутреннего воздуха. Как правило выбирают по верхнему пределу.

Как указано выше, наиболее частым процессом обработка воздуха в производственных помещениях является процесс адиабатного испарения для снижения температуры приточного воздуха.

Физическая сущность указанного способа заключается в следующем. Наружный воздух, обрабатываемый в камере орошения кондиционера, вступает в контакт с капельками разбрызгиваемой воды, которая имеет температуру мокрого термометра (t_воды = t_M). В результате воздух принимает состояние, близкое к состоянию насыщения (практически φ= 90-95%), за счет происходящего в этом случае испарения влаги. Источником теплоты в процессе испарения для системы «вода — воздух» является воздух, а потенциалом переноса теплоты — разность температур между воздухом и водой, которая при t_воды ⁼ t_м равна психрометрической разности температур (t_c-t_M).

Приточный воздух, отдавая явную теплоту в процессе теплообмена, снижает свою температуру. Теоретически при достижении полного насыщения конечная температура воздуха должна быть равна температуре мокрого термометра. Практически достичь такого состояния воздуха в камере орошения не удается.

При адиабатном способе обработки приточного воздуха из всех основных элементов кондиционера функционирует только оросительная камера.

Вода в камере орошения принимает температуру мокрого термометра. Для поддержания этой температуры не требуется специальных охлаждающих устройств. Расход воды на испарение составляет 3-5%. Остальная вода выпадает в поддон, откуда насосом подается к форсункам. Подпитка камеры орошения водой осуществляется автоматически.

Изменение температуры разбрызгиваемой воды за счет добавляемой воды практически не наблюдается за счет незначительного количества подпитки. Для расчетов с достаточной степенью точности можно принимать температуру разбрызгиваемой воды равной температуре мокрого термометра, а конечное состояние обрабатываемого воздуха определять точкой пересечения линии h=const, проведенной через точку заданного состояния наружного воздуха, с кривой  =90%.

Рассмотрим основные схемы обработки воздуха и построение процессов на h -d-диаграмме для летнего периода.

Исходными данными для построения процессов являются расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха, а также количество теплоты и влаги, выделяющееся в обслуживаемых помещениях.

На рис. 9.4 показана принципиальная прямоточная схема обработки при использовании адиабатного (изоэнтальпийного) процесса. Ее связывают с построением процесса на h -d-диаграмме (рис. 9. 5), на которой этими же буквами обозначено состояние воздуха в соответствующих отдельных участках схемы.

При обработке воздуха по принятой схеме нельзя обеспечить строго заданного значения относительной влажности воздуха в обслуживаемом помещении, поэтому значение  задается в определенных допустимых пределах (например, от а до b).

Принимаем следующие обозначения:

параметры наружного воздуха — t_H и h _H,

расчетные параметры внутреннего воздуха — t_B .

На рис. 9.4 представлена принципиальная схема кондиционирования воздуха в летнее время при использовании адиабатного процесса для снижения температуры воздуха:

Рис. 9.4 Принципиальная схема кондиционирования воздуха в летнее время при использовании адиабатного процесса для снижения температуры воздуха: 1 - кондиционер; 2 - кондиционируемое помещение; 3 - вытяжная система; 4 - вентилятор; 5 - калорифер второго

подогрева; 6 - оросительная камера; 7 - калорифер первого подогрева.

Построение процесса на h -d-диаграмме выполняется в следующей последовательности. Наносится точка Н, характеризующая состояние наружного воздуха (рис. 9.5 ). Наружный воздух с состоянием, соответствующим точке Н, поступает в оросительную камеру, где вступает в контакт с мелкораспыленной водой, имеющей температуру мокрого термометра. Процесс изменения состояния протекает адиабатически (изоэнтальпийно) по лучу НО (  = 0) и завершается в точке пересечения луча с кривой  =90% (точка О). Изотерма точки О соответствует минимальной температуре (t₀), которой можно достичь при использовании адиабатного процесса. В результате такой обработки температура воздуха снижается на величину ∆t=t_H-t₀. Энтальпия воздуха при этом сохраняется примерно постоянной.

Использование адиабатного процесса для снижения температуры приточного воздуха целесообразно только при сравнительно низких значениях относительной влажности воздуха.

После камеры орошения воздух, имеющий параметры точки О, забирается вентилятором и по воздуховодам направляется в обслуживаемое помещение. По пути до приточного отверстия температура воздуха повышается в результате подогрева его в вентиляторе (вследствие трения), а также в воздуховодах (в результате теплопоступлений через стенки). Повышение температуры на указанном участке обычно принимают t равным 1-1,5 °С.

В результате этого повышения температуры воздух принимает состояние, характеризуемое точкой П. Точка П соответствует параметрам воздуха, с которыми он поступает в обслуживаемое помещение.

Далее по известным количествам тепло- и влаговыделений в помещении определяется величина тепловлажностного (углового)  коэффициента луча процесса в помещении Затем через точку П проводится луч ПВ процесса в помещении до пересечения с изотермой, соответствующей заданному значению внутренней температуры. Полученная в результате построения точка В определит параметры внутреннего воздуха. Построение можно считать законченным, если относительная влажность воздуха в точке В удовлетворяет заданным пределам .

ПРИМЕР 9.1

Определить количество вентиляционного воздуха и параметры приточного воздуха для помещения с избыточной теплотой и влагой. Величина углового коэффициента луча процесса в помещении  =84000/10=8400, где 84000 кДж/ч — количество полной теплоты, поступающей в помещение, полученное на основании теплового баланса; 10 кг/ч — количество влаги, поступающей в воздух помещения (результат баланса по влаге).

Расчетные параметры наружного воздуха: t_н =32 °C; h _H=59,2 кДж/кг, параметры внутреннего воздуха: t_B=28 °C и _в  не выше 65%.

Решение

Наносим точку Н (см. рис. 9.5 ), соответствующую состоянию наружного воздуха. Через точку Н проводим луч адиабатного увлажнения до пересечения с кривой  =90% в точке О, параметры которой равны: t₀=21,7 °C;  _о=90%; h ₀=59,2 кДж/кг и d₀=14,7 г/кг сухого воздуха . Затем через точку О проводим луч подогрева воздуха в вентиляторе и воздуховодах. Приняв, что температура повышается на 1 °С, получаем точку П, характеризующую состояние приточного воздуха и имеющую параметры: t_n=22,7 °С;  _п=84%; h _п=60,0 кДж/кг сухого воздуха .; d_n=14,7 г/кг сухого. воздуха. Через точку П проводим луч  процесса в помещении до пересечения с изотермой заданной температуры внутри помещения.

Точка В пересечения этого луча с изотермой внутреннего воздуха (t_B=28 °C) определяет параметры, соответствующие состоянию внутреннего воздуха. Параметры точки В: _в=65%; h _B=68 кДж/кг сухого воздуха; d_B=15,7 г/кг сухого воздуха.

Из построения процесса на h -d-диаграмме можно сделать вывод, что относительная влажность воздуха не выходит за пределы заданной относительной влажности. Таким образом, построение процесса можно считать законченным.

Рис. 9.5. Построение на h -d-диаграмме адиабатного процесса обработки воздуха с заданными параметрами.

Количество вентиляционного воздуха будет равно:

кг/ч

Количество влаги, испарившейся в камере орошения

кг/ч

Построение процессов обработки воздуха для холодного периода года.

Режимов работы кондиционера в теплый период года отличается от режима работы кондиционера в зимний период большей производительностью.

Так при переходе с летней производительности кондиционера на зимний период, потребуется изменение режима работы вентилятора, неизбежно связанное с возможны­ми энергетическими и материальными затратами. Кроме того, изменение аэродинамического режима разветвленной сети воздуховодов неизбежно приведет к ее разрегулировке и потребители воздуха будут получать его в количествах, отличающихся от расчетных. Изменение производительности СКВ при изменении периодов экс­плуатации оправдано в случае гарантированного обеспечения устойчивого аэродинамического режима.

Изменение производительности кондиционера связано с применением регулирующих устройств. Самым невыгодным является дросселирование аэродинамического тракта. Более целесообразно применять в этом случае направляющие аппараты или дорогостоящие преобразователи частоты пи­тающего тока. Режимы работы СКВ с рециркуляцией являются наиболее приемлемыми для сохранения одинаковой производительности в течении всего календарного года.

Для обработки воздуха в зимний период времени воспользуемся рассмотренной в 9.3 системой кондиционирования воздуха на основе использования прямого адиабатного (изоэнтальпийного) охлаждения с применением регулируемого процесса в оросительной камере. Принципиальная схема этой системы показана на рис. 9.8.

С точки зрения экономической целесооб­разности в холодный период года лучше всего поддерживать в помеще­нии нижнее значение оптимальной температуры, t_в . В этом случае затраты, связанные с потреблением теплоты будут минимальны­ми.

Рис. 9.10 Процесс нагрева воздуха в прямоточном кондиционере для холодного периода года

Наносим значения оптимальных параметров внутреннего воздуха на h –d диаграмму ( рис 9.10) точка В. В холодный период года, ввиду существенного снижения уровня теплоизбытков, градиент температур по высоте поме­щения тоже существенно снижается и расчетное значение его можно принять равным нулю, т.е. t_в = t_y Одновременно нанесем на h –d диаграм­му и параметры наружного воздуха (точка Н). После наложения на точку В линии луча процесса ε_з, по методике, изложенной при построении про­цессов обработки для теплого периода года, можно найти положение точки П приточного воздуха. Она лежит для прямоточного режима работы кондиционера ниже точки У=В по линии луча процесса на расстоянии, ниже на 2 градуса чем точка В.

По аналогии с теплым периодом года определим положение точек П'. и О характеризующих параметры воздуха на входе в вентилятор и на входе в калорифер второго подогрева.

В холодный период года в оросительных камерах применяется изоэнтальпийная тепловлажностная обработка воздуха. С другой стороны, в ка­лорифере первого подогрева изменение параметров воздуха осуществляет­ся по линии d_H = const. Таким образом, на пересечении изоэнтальпы, про­ходящей через точку О, и линии d_H=const, проходящей через точку Н, находим точку К, характеризующую параметры воздуха на выходе из кало­рифера первого подогрева или на входе в оросительную камеру.

На пересечении линий ОК = const и φ = 100% находиться точка W, опре­деляющая значение температуры воды в оросительной камере в устано­вившемся процессе изоэнтальпийной обработки воздуха в прямоточном кондиционере для расчетных параметров зимнего периода, которые соответствуют параметрам мокрого термо­метра для воздуха, поступающего в оросительную камеру после калорифе­ра первого подогрева.

Таким образом, нами получен процесс обработки воздуха для холод­ного периода года в прямоточном кондиционере (рис. 9.10):

• Н-К - подогрев наружного воздуха в калорифере первого подогрева;

• К-О- изоэнтальпийная обработка в камере орошения;

• О П'. -- подогрев в калорифере второго подогрева;

• П'-.П - подогрев воздуха в вентиляторе;

П-В - ассимиляция тепло и влагоизбытков в обслуживаемом поме­щении.

ПРИМЕР 9.4

Построить процесс обработки воздуха в прямоточном кондиционере для зимнего периода времени, если в цехе имеется избыточная теплота в количестве Q равной 12000 Вт и выделяется влага в количестве W= 10 кг/ч

Угловой коэффициент, характеризующий изменение состояния воздуха в помещении,

_пом = 12000 3,6 / 10 = 4320,

Где 3,6 – переводной коэффициент Вт в кДж/ ч

Расчетные параметры наружного воздуха: t_H= -20 °C; _н= 80%; d_H=0,5 г/кг сухого воздуха; h _H= -2 кДж/кг. Параметры воздуха внутри помещения: t_B=18 °C; _в= 60%; d_B= 6, 8 г/кг сухого воздуха; h _B= 36,0кДж/кг.