Методика расчета автономных, местных систем кондиционирования воздуха, с обработкой только внутреннего воздуха

Процессы обработки воздуха

Выбор и расчет систем кондиционирования воздуха в жилых и общественных помещениях имеют свои специфичные особенности. Они во многом определяются тепловым и воздушным балансом. К основным составляющим тепловых поступлений относятся: энергия солнечных лучей, проникающая в помещения непосредственно через световые проемы, и внутренние теплопоступления от людей, бытового и офисного оборудования. Выделения влаги (водяных паров), как правило, незначительное и в основном происходит за счет дыхания людей. В связи с этим угловой коэффициент луча процесса составляет достаточно большую величину, которая может превышать 10000 кДж/кг. На i-d диаграмме линия изменения состояния воздуха в помещении стремится к вертикали.

К особенностям жилых и общественных помещений можно также отнести и небольшое количество приточного воздуха. Его количество определяется исходя из санитарно- гигиенических требований. В этом случае количество воздуха на одного человека составляет всего 20- 60 м³ /ч.

Перечисленные особенности температурного и воздушного режима помещения требуют использования определенных типов кондиционеров воздуха, работающих на полной рециркуляции с подачей приточного воздуха минуя системы кондиционирования. К этим типам относятся бытовые кондиционеры (оконные и сплит-системы), а также некоторые модели фанкойлов.

Уникальность схемы обработки воздуха в бытовых кондиционерах заключается в том, что параметры внутреннего воздуха являются результирующими величинами двух процессов, происходящих непосредственно в помещении. Изменения параметров приточного воздуха происходит под воздействием теплоты и влагоизбытков при одновременном подмешивании наружного приточного воздуха. В этих системах кондиционирования воздуха отсутствуют специальные устройства для смешивания внутреннего и наружного воздуха.

Происходящие в помещениях процессы можно отобразить на i-d диаграмме (рис. 3.1). На ней представлены следующие обозначения:

* точка Н – параметры наружного воздуха;

* точка П – приточного воздуха;

* точка В – внутреннего воздуха;

* точка К – параметры воздуха, выходящего из кондиционера;

* точка О – параметры воздуха в месте соприкосновения его с поверхностью испарителя.

Линия П – В характеризует изменение воздуха внутри помещения, причем параметры приточного воздуха являются результатом смеси наружного воздуха и воздуха, обработанного кондиционером.

Линия В – К характеризует изменение параметров воздуха при обработке его внутри кондиционера. При этом мощность кондиционера расходуется на изменение теплосодержания воздуха от значения, характеризующего внутренний воздух i_в, до значения, характеризующего приточный воздух i_к .

Рис. 3.1. Схема обработки воздуха в бытовых кондиционерах

Для определения мощности кондиционера Q_к возможно использовать данные о тепловыделениях в помещении Q_п и количестве приточного, наружного воздуха L_н :

Q_к = Q_п +1,2 L_н (i_н - i_в )/3,6(3.1)

Точка, характеризующая параметры воздуха, выходящего из кондиционера, будет всегда находиться на отрезке прямой, соединяющей точки В и О , так как эти параметры будут являться смесью внутреннего воздуха, поступающего в кондиционер, и насыщенного воздуха, имеющего температуру поверхности испарителя . Параметры точки К могут быть определены исходя из перепада теплосодержания в кондиционере:

i_в - i_к = . (3.2)

Наряду с изменением теплосодержания при обработке воздуха в кондиционере уменьшается и влагосодержание от значения d_в до d_к . Уменьшение влагосодержания сопровождается выпадением конденсата. Объем влаги, выпавшей в виде конденсата, можно определить по следующей формуле

W = G_к(d_в - d_к)/1000 ,(3.3)

Температура в точке О соответствует среднему значению температуры поверхности воздухоохладителя. Положение точки можно определить используя понятие байпас-фактора , который может выражаться следующим образом:

BF = (i_к - i_о )/ (i_в - i_о ) (3.4)

При известных параметрах воздуха на входе i_в и выходе i_к из в воздухоохладителя теплосодержание воздуха на поверхности воздухоохладителя можно определить следующим образом:

i_о = i_в – (i_в -i_к)/(1- BF) = i_в – Q_к/G_к(1 - BF) . (3.5)

Параметры приточного воздуха будут формироваться в результате смешения воздуха, поступающего из кондиционера, и наружного воздуха. Определение теплосодержания приточного воздуха I_пр может быть произведено на основании рассмотрения теплового баланса:

i_с = i_п = ( L_к i_к + L_н i_н)/(L_к + L_н )(3.6)

Выбор исходных данных для расчетов

Параметры наружного воздуха выбираются в соответствии с климатическим районом строительства. Однако на значение этих параметров может существенное влияние оказывать и уровень комфорта жилого помещения. Косвенным образом это учитывается при выборе коэффициента обеспеченности поддержания внутренних параметров. В свою очередь коэффициент обеспеченности соизмеряют с градациями климата, которые представлены в строительных нормах и правилах [3].

При выборе параметра Б [5] температура наружного воздуха не должна превышать указанное значение более чем на 220 часов в год. С учетом тепловой инерции ограждающих конструкций этого оказывается достаточным для обеспечения высокого уровня требований.

При среднем уровне требований расчетную температуру наружного воздуха возможно снизить на 2 ^оС по сравнению с параметром Б.

Использование параметра А допускается только при низком уровне требований, если это оговорено в задании на проектирование системы кондиционирования.

Действующие нормативы не регламентируют зависимость выбора наружных параметров воздуха от требуемого уровня комфортности, поэтому расчетные параметры внутреннего воздуха должны уточняться на стадии выдачи задания.

При выборе параметров внутреннего воздуха следует руководствоваться требованиями ГОСТ 30494-96 [2]. При расчетных наружных температурах до 30 ^оС возможно принимать температуру внутреннего воздуха в диапазоне оптимальных параметров. При расчетной температуре выше t_н >30 ^оС необходимо ориентироваться на разность температур внутреннего и наружного воздуха, которая не должна превышать 8 ^оС. При более высокой разнице температур у человека возникают ощущения дискомфорта при входе в кондиционируемое помещение и при выходе из него [2].

Количество наружного приточного воздуха необходимо выбирать из обеспечения необходимой санитарной нормы на одного человека. В зависимости от интенсивности работы и наличия курения (общественные здания) воздухообмен на одного человека может составлять от 25 до 60 м ³/ч.

Последовательность выполнения расчетов

Целью расчетов является определение параметров внутреннего и приточного воздуха и выбора мощности кондиционера для конкретного помещения с учетом выделений теплоты и влаги. Вычисления выполняются в следующей последовательности:

1. Полные избыточные поступления теплоты в помещение:

(3.7)

где -тепловыделения от солнечной радиации, Вт;

- полные тепловыделения внутри помещения, Вт.

При вычислении полных тепловыделений внутри помещения необходимо учитывать затраты тепловой энергии на испарение влаги.

2. Влаговыделения в помещении W_пом определяют как сумму выделений влаги от людей W_л. и от оборудования W_об:

W_пом=W_л.+W_об. (3.8)

Влаговыделения от людей вычисляется по формуле

W_л = n ∙ w (3.9)

где n - количество людей в помещении;

w - влаговыделения от одного человека, г/ч.

Влаговыделения от людей необходимо определять с учетом температуры внутреннего воздуха.

3. Численное значение луча процесса может быть определено как отношение полных тепловыделений к влаговыделениям:

. (3.10)

4. Определяем количество приточного (наружного) воздуха G_прит, кг/ч, из расчета санитарной нормы на одного человека и расчетного количества людей n в данном помещении

G_прит = 1,2 n g, (3.11)

где g - норма воздуха на одного человека, м³/ч.

5. Выбираем значение параметров наружного воздуха (t_н i_н, d_н) исходя из климатического района строительства и необходимого уровня обеспеченности внутренних параметров [3]. Наносим на i-d диаграмму точку Н, характеризующую параметры наружного воздуха.

6. Выбираем значение относительной влажности и температуры внутреннего воздуха t_в в пределах оптимальных или допустимых значений в зависимости от уровня комфорта помещения и температуры наружного воздуха. Наносим точку В на i-d диаграмму. Уточняем значение влагосодержания d_в, г/кг, и теплосодержания i_в, кДж/кг, внутреннего воздуха.

7. Определяем количество тепла, поступающего с наружным воздухом в помещение, по следующей формуле:

Q_н = G_прит (i_н - i_в) (3.12)

8. Производим предварительный выбор марки кондиционера исходя из теплопоступлений в помещение с учетом теплоты, поступающего с приточным воздухом:

Q_к = Q_изб^п + Q_прит. (3.13)

9. По формуле (2.2) определяем теплосодержание воздуха на выходе из кондиционера. Наносим на диаграмму положение точки О,характеризующее среднею температуру поверхности теплообменника кондиционера. Для этого по формуле (2.5) вычисляем значение i_о и на пересечении с φ = 100 % наносим точку О.

На пересечении линии i_к и линии В - О наносим точку К. Уточняем значение параметров воздуха в этой точке (t_к,d_к).

10. Определяем количество влаги, сконденсированной при охлаждении в кондиционере

W_к = G_к (d_в - d_к). (3.14)

11. Определяем количество влаги, поступающей в помещение :

W_пом = W_п + G_н (d_н - d_в) (3.15)

12. При равенстве значений W_к и W_пом производим дальнейшие вычисления. В случае, если W_пом > W_к , то это означает, что принятое значение относительной влажности внутреннего воздуха меньше фактического значения, обеспечиваемого данным кондиционером. Увеличивая относительную влажность внутреннего воздуха, повторяем вычисления начиная с пункта 6.

Если W_пом < W_к, то это свидетельствует о том, что принятое значение относительной влажности внутреннего воздуха выше фактического значения обеспечиваемого данным кондиционером. Уменьшаем относительную влажность внутреннего воздуха и повторяем вычисления начиная с пункта 6.

13. Вычисляем значение теплосодержания приточного воздуха i_п по формуле (2.6). Соединяем отрезком прямой точку Н и К На пересечении этого отрезка с теплосодержанием приточного воздуха i_п наносим точку П. Уточняем параметры приточного воздуха (t_п,d_п).

14. В качестве проверки определяем значение теплосодержания приточного воздуха, исходя из выделений теплоты в помещении по следующей формуле:

(3.16)

Если значения теплосодержания полученные по формуле (2.14) и в соответствии с пунктом 13, совпадают, то вычисления выполнены правильно. Если разница этих значений превышает точность вычислений, необходимо проверить все ранее произведенные вычисления.