Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха

Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха 1

1.1.ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ

Процесс подготовки воздуха перед подачей его в кондиционируемое помещение представляет собой совокупность технологических операций и называется технологией кондициониро вания воздуха. Технология тепло влажностной обработки кондицио нируемого воздуха определяется начальными параметрами воздуха, подаваемого в кондиционер, и требуемыми (задаваемыми) параметра ми воздуха в помещении.

Для выбора способов обработки воздуха строят d h диаграмму, поз воляющую при определенных исходных данных найти такую техноло гию, которая обеспечит получение заданных параметров воздуха в обс луживаемом помещении при минимальных расходах энергии, воды, воздуха и т. д. Такая схема обработки воздуха называется термодина мической моделью системы кондиционирования воздуха (ТДМ).

Параметры наружного воздуха, подаваемого в кондиционер для последующей обработки, изменяются в течение года и суток в боль шом диапазоне. Поэтому можно говорить о наружном воздухе как о многомерной функции Хн = хн(τ). Соответственно совокупность па раметров приточного воздуха есть многомерная функция Хпр = хпр(τ), а в обслуживаемом помещении Хпом = хпом(τ) (параметры в рабочей зоне).

Математически технологический процесс может быть представлен аналитическим или графическим описанием движения многомерной функции Хн к Хпр и далее к Хпом.

Отметим, что под переменным состоянием системы х(τ) понима ются обобщенные показатели системы в различных точках простран ства и в различные моменты времени.

Термодинамическую модель движения функции Хн к Хпом строят на d h диаграмме, а затем определяют алгоритм обработки воздуха, необходимое оборудование и способ автоматического регулирования параметров воздуха.

Построение ТДМ начинают с нанесения на d h диаграмму состоя ния наружного воздуха данного географического пункта. Расчетная область возможных состояний наружного воздуха принимается по СНиП 2.04.05 91 (параметры Б).

Верхней границей является изотерма tл и изоэнтальпа hл (предель ные параметры теплого периода года). Нижней границей является изотерма tзм и изоэнтальпа hзм (предельные параметры холодного и переходных периодов года). Предельные значения относительной влажности наружного воздуха принимаются по результатам метеоро логических наблюдений. При отсутствии данных принимают диапа зон от 20 % до 100 %.

Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха 3

После этого строят зону параметров приточного воздуха. Для это го на линиях ε, проведенных из граничных точек зоны Р1Р2Р3Р4, откладывают отрезки, соответствующие расчетному перепаду темпе ратур:

где tпр – расчетная температура приточного воздуха.

Решение задачи сводится к переводу параметров воздуха из мно гомерной функции Хн к функции Хпом.

Величину ∆t принимают по нормам или рассчитывают, исходя из параметров системы холодоснабжения.

Допустимый перепад температур удаляемого и приточного возду ха (∆t) для производственных помещений составляет 6–9 °С, торго вых залов – 4–10 °С, а при высоте помещения более 3 м – 12–14 °С. В общем случае параметры удаляемого из помещения воздуха отли чаются от параметров воздуха в рабочей зоне. Разница между ними зависит от способа подачи воздуха в помещение, высоты помещения, кратности воздухообмена и других факторов.

Зоны П, Р и У (приточная, рабочая, удаляемая) на d h диаграмме имеют одинаковую форму и расположены вдоль линии ε на расстоя ниях, соответствующих разностям температур ∆t1= tпом – tпр и ∆t2 = tуд

– tпом.

Соотношение между tпр, tпом и tуд оценивается коэффициентом

(1.2)

Таким образом, процесс кондиционирования воздуха сводится к приведению множества параметров наружного воздуха (многоу гольник abcdef) к множеству параметров приточного воздуха (много угольник П1П2П3П4).

Техническая реализация этого преобразования может быть пред ставлена различными структурными схемами СКВ: прямоточной, с рециркуляцией воздуха или рекуперацией тепла.

4Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха

1.2.КАЧЕСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СКВ

1.2.1.АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРЯМОТОЧНЫХ СКВ

В технике кондиционирования применяют количественное и качественное регулирование. При количественном регулировании требуемое состояние воздуха достигается путем изме нения расхода воздуха при постоянных его параметрах. Количествен ное регулирование применяется в многозональных системах, а в одно зональных – качественное. Для получения оптимальных параметров СКВ могут использоваться оба указанные метода.

Поддержание температуры осуществляется по датчикам, распола гаемым в обслуживаемом помещении. Влажность может регулиро ваться по влажности воздуха в помещении (прямое регулирование) или по температуре точки росы воздуха после камеры орошения (кос венное регулирование).

При регулировке влажности по температуре точки росы необхо димо в линию обработки воздуха ставить два нагревателя ВН1 и ВН2 (рис. 1.2). Воздух нагревается, доводится в камере орошения ОК до па раметров, близких к температуре точки росы приточного воздуха. Датчик температуры Т2, установленный после камеры орошения, ре гулирует мощность первого воздухонагревателя так, чтобы температу ра воздуха после камеры орошения (ϕ = 95 %) стабилизировалась в области точки росы.

Воздухонагреватель второго подогрева, установленный после ка меры орошения, доводит до необходимой температуры приточный воздух.

Таким образом, косвенное регулирование влажности приточного воздуха осуществляется терморегуляторами без прямого измерения влажности.

При комбинированном регулировании влажности воздуха сочета ют прямое и косвенное регулирование. Такой метод используется в системах кондиционирования, имеющих обводной канал вокруг ка меры орошения, и называется методом оптимальных режимов.

На рис. 1.3 показана термодинамическая модель прямоточной системы кондиционирования. Синим цветом показаны годовые пре делы изменения параметров наружного воздуха. Нижняя предельная точка наружного воздуха в холодный период обозначена Нзм, а для теплого – Нл. Множество состояний воздуха в рабочей зоне обозначе но многоугольником Р1Р2Р3Р4 (зона Р), а множество допустимых сос тояний приточного воздуха – П1П2П3П4 (зона П).

Вхолодный период наружный воздух с параметрами Нзм необхо димо довести до одной из точек множества П. Очевидно, что минимальные затраты (кратчайший путь) будут в том случае, если из множества П выбрать точку П3.

Вэтом случае наружный воздух необходимо нагреть в подогрева теле первого подогрева (ВН1, рис. 1.3) до точки H'зм, увлажнить ади

абатно по линии H'зм Кзм при hк зм= const, а затем нагреть подогрева телем второго подогрева ВН2 до температуры точки П3 (процесс Hзм H'зм Кзм П3). При адиабатическом процессе увлажнения воздух увлажняется до 95–98 %. Точка Кзм, находящаяся на пересече нии линии d3 и кривой относительной влажности 95–98 %, есть точка росы приточного воздуха П3.

Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха 9

В теплый период предельные параметры наружного воздуха – точка Нл (рис. 1.3). Очевидно, что минимальные затраты при перехо де из точки Нл к зоне П будут в том случае, если выбрать конечную точку П1. Воздух с параметрами Нл необходимо подвергнуть охлажде нию и осушению. Этот процесс можно реализовать с помощью холо дильной машины (процесс Нл П1) или камеры орошения. В послед нем случае воздух охлаждается за счет холодной воды камеры ороше ния и осушается по линии Нл Кл , а затем подогревается в ВН2 по

линии Кл П1.

Для реализации всех периодов работы кондиционера необходимо после камеры орошения установить два датчика температуры: один (Т3), настроенный на температуру точки росы холодного периода tк зм, второй (Т2) – на температуру tкл точки росы теплого периода.

Датчик Т3 в холодный период, регулируя теплопроизводитель ность нагревателя ВН1, обеспечивает подогрев воздуха до энтальпии hк зм и адиабатическое увлажнение воздуха в камере орошения до вла госодержания приточного воздуха d3. Терморегулятор ТС4, датчик ко торого расположен в помещении, стабилизирует температуру второго воздухонагревателя ВН2, обеспечивая температуру приточного возду ха, равную tП3. Таким образом, совместные действия двух терморегу ляторов ТС3 и ТС4 обеспечивают состояние приточного воздуха П3.

В переходной период воздухонагреватель ВН1 выключается. На ружный воздух поступает в камеру орошения. По сигналам датчика Т3 регулируется мощность подогревателя ВН2, что выводит парамет ры приточного воздуха в точку П5, находящуюся на линии П3П2П1.

Регулировка параметров воздуха в теплый период осуществляет ся с помощью датчика Т2, установленного после камеры орошения. Этот датчик через регулятор поддерживает расход холодной воды через камеру орошения таким образом, чтобы температура воды в ка мере орошения обеспечила процесс Нл Кл. Регулятор ТС4, датчик которого расположен в помещении, регулирует производительность нагревателя, нагревая воздух до tП1. Таким образом, в теплый период требуемое состояние приточного воздуха достигается терморегулято рами ТС2 и ТС4.

В режиме регулирования влажности по точке росы приточного воз духа происходит некоторое колебание влажности воздуха. Однако тем пература поддерживается терморегулятором ТС4 достаточно точно.

10 Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха

1.2.2.АВТОМАТИЗАЦИЯ СКВ С РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ ВОЗДУХА

На рис. 1.5 представлена схема центрального кондиционера с рециркуляцией воздуха. С целью уменьшения потерь тепла (холода) часть удаляемого воздуха поступает в камеру смеше ния (КС), где смешивается со свежим приточным воздухом. Темпера тура смешанного воздуха определяется температурой наружного и удаляемого воздуха, а также их количеством.

Регулировка количества смешанного и приточного воздуха произ водится с помощью трех заслонок: приточной (ПЗ), вытяжной (ВЗ)

ирециркуляционной (РЗ). Заслонки в приточном и вытяжном кана лах должны работать синфазно, а в рециркуляционном канале – про тивофазно относительно вытяжной и приточной. Это позволяет реа лизовать любую степень рециркуляции от 0 до 100 %. При полностью открытых приточной и вытяжной заслонках и полностью закрытой рециркуляционной заслонке система превращается в прямоточную (степень рециркуляции 0 %). При полностью закрытых приточной

ивытяжной заслонках и полностью открытой рециркуляционной заслонке степень рециркуляции составит 100 %.

Общий расход воздуха Gоб определяют по расчетному количеству,

необходимому для ассимиляции тепло и влагоизбытков. Минималь ное количество наружного воздуха Gн определяется расчетом для асси

миляции вредных паров и газов или обеспечения санитарных норм. Тог да масса рециркуляционного воздуха Gр определится как Gр = Gоб – Gн.

Вхолодный период (рис. 1.6) наружный воздух Gн смешивается

срециркуляционным, полученная смесь догревается в воздухонагре вателе первого подогрева до энтальпии hк зм, затем в камере орошения

подвергается адиабатическому увлажнению до состояния Кзм и в воз духонагревателе ВН2 доводится до температуры точки П3. Последо вательность обработки воздуха следующая: Нзм + Уз = Сну С'ну Кзм П3. Влагосодержание воздуха регулируется терморегулятором ТС3, датчик которого установлен после камеры орошения. Регулиров ка производится таким образом, чтобы воздух на выходе нагревателя первого подогрева имел энтальпию hк зм. Адиабатное увлажнение до водит влагосодержание воздуха до состояния Кзм.

Терморегулятор ТС4, датчик которого находится в помещении, регулирует теплопроизводительность воздухонагревателя второго подогрева, обеспечивая температуру приточного воздуха tпз.

Максимальная теплопроизводительность воздухонагревателя пер вого подогрева