Расчет процессов обработки воздуха в системе кондиционирования

3.1. Построение в I-d диаграмме процессов обработки воздуха в теплый период

Построение процессов обработки воздуха осуществляется на основе принятой прямоточной системы кондиционирования воздуха при наличии в помещении только теплоизбытков, что определено условиями рассматриваемого задания. Последователь­ность построения процессов в I-d диаграмме рассмотрено на рис.4. Диаграмма приведена в приложении П 13. (см. п.7 в Списке литературы).

На поле I-d диаграммы наносится точка 1, соответствующая расчетным параметрам наружного воздуха для теплого периода при известной температуре t^т_H и относительной влажности φ_н^т. Затем наносится точка 2, соответствующая расчетным параметрам внутреннего воздуха при известной температуре t_B^T и относительной влажности φ_в^т. Анализ взаимного расположения точек 1 и 2 на I-d диаграмме показывает, что общее направление процесса обработки воздуха в теплый период сводится к его охлаждению и осушению. Этот процесс реализуется в камере орошения кондиционера за счет разбрызгиваемой воды, температура которой должна быть ниже температуры точки росы обрабатываемого воздуха.

При этом следует учитывать два обстоятельства: во-первых, для предотвращения механического уноса капель влаги в систему воздуховодов на выходе из оросительной камеры величина относительной влажности не должна превышать ф = 95%; во-вторых, влагосодержание обрабатываемого воздуха на выходе из оросительной камеры должно соответствовать расчетному

влагосодержанию воздуха внутри помещения (в точке 2), так как по условиям задания в помещении отсутствуют влаговыделения. Учет этих факторов позволяет на поле I-d диаграммы нанести точку 0, характеризующую параметры воздуха на выходе из оросительной камеры.

Для этого сначала осуществляют построение линии нижней пограничной кривой ф = 100% и линии относительной влажности φ = 95%. Точка 0 будет находиться на пересечении луча d₂ = const, проведенного из точки 2 вертикально вниз, и линии относительной влажности φ = 95%. Соединив точки 1 и 0 прямой линией, получают луч процесса охлаждения и осушения воздуха в оросительной камере кондиционера. Продлив луч процесса 1-0до пересечения с линией φ = 100%, определяют точку т, температура в которой с известным приближением принимается в качестве конечной температуры

охлаждающей воды на выходе из оросительной камеры t_m= 10 °C.

Затем определяют температуру приточного воздуха в помещении. За счет имеющихся в помещении тешюизбытков температура воздуха в рабочей зоне будет повышаться, что дает основание принимать температуру приточного воздуха на 4-6°С ниже, чем расчетная температура воздуха в помещении. Параметры приточного воздуха характеризуются положением точки 3,

расположенной на линии d₂=const и отстоящей от точки 2 по значению температуры на 4-6 °С. t₃ = t₂ – 4 = 18 °C.

В теплый период года за счет более высокой температуры окружающего воздуха происходит естественный подогрев воздуха в воздуховодах и самом вентиляторе. Величина этого подогрева оценивается в 1,5-2 °С. Это позволяет определить положение точки 4, характеризующей параметры воздуха на выходе из калорифера второго подогрева. Точка 4 расположена на линии

d₂ = const и отстоит от точки 3 по значению температуры на 1,5-2 °С.

t₄ = t₃ – 2 = 16 °C.

Таким образом, окончательно процесс обработки воздуха в теплый период года для прямоточной системы кондиционирования воздуха при наличии в помещении только теплоизбытков осуществляется по линии 1-0-4-3-2,где 1-0- процесс охлаждения и осушения наружного воздуха в оросительной камере кондиционера; 0-4- процесс подогрева воздуха в калорифере второго подогрева; 4-3 - процесс естественного подогрева воздуха в воздуховодах и вентиляторе; 3-2 - естественный подогрев воздуха в помещении за счёт имеющихся там теплоизбытков.

По результатам проведенного построения процесса основные параметры в характерных точках сводятся в таблицу

№ точки	I, кДж/кг	φ, %	t , °С	d, г/кг
			29,8	15,4
	33,5			8,2
	35,2			8,2
				8,2
				8,2

3.2. Построение в I-d диаграмме процессов обработки воздуха в холодный период.

Наносится на поле I-d диаграммы точка 1, соответствующая расчетным параметрам наружного воздуха для холодного периода года при известной температуре t_H^x и относительной влажности φ_н^х . Затем наносится точка 2 соответствующая расчетным параметрам внутреннего воздуха при известной температуре t_B^x и относительной влажности φ_в^х. Анализ взаимного расположения точек 1 и 2 на I-d диаграмме показывает, что общее направление процесса обработки воздуха в холодный период сводится к его нагреванию и увлажнению. Этот процесс реализуется в камере орошения кондиционера за счет разбрызгиваемой воды, температура которой должна быть выше температуры точки росы обрабатываемого воздуха. При этом в оросительной камере кондиционера осуществляется процесс адиабатического увлажнения воздуха.

Процесс адиабатического увлажнения характеризуется равенством между количеством теплоты, полученным поверхностью жидкости от окружающего воздуха, и количеством теплоты, затраченном на испарение. Поступающая к поверхности жидкости от наружного воздуха явная теплота полностью затрачивается на испарение части жидкости, переходя при этом в скрытую теплоту водяных паров. Образовавшиеся водяные пары поступают в окружающий воздух, увеличивая его влагосодержание и теплосодержание. Тем самым воздуху компенсируется снижение его теплосодержания в связи с расходом явной теплоты на испарение. Таким образом, для практических расчетов можно предполагать, что адиабатический процесс увлажнения воздуха осуществляется по линии постоянного теплосодержания I = const.

С учетом условий рассматриваемого варианта задания, изложенных в предыдущем параграфе, на поле I-d диаграммы наносят точку 0, характеризующую параметры воздуха на выходе из оросительной камеры. Для этого сначала осуществляют построение линии нижней пограничной кривой φ = 100% и линии относительной влажности φ =95%. Точка 0 будет находиться на пересечении луча d₂ = const, проведенного из точки 2 вертикально вниз и линии относительной влажности φ = 95%. Проведя через точку 0 луч процесса адиабатического увлажнения по линии I₀ = const, а через точку 1 линию луча процесса нагревания воздуха в калорифере первого подогрева, получим точку 4 пересечения этих линий, параметры которой определяют состояние воздуха на входе в оросительную камеру.

Затем определяют температуру приточного воздуха в помещении. За счет имеющихся в помещении теплоизбытков температура воздуха в рабочей зоне будет повышаться, что дает основание принимать температуру приточного воздуха на 4 - 6 °С ниже, чем расчетная температура воздуха в помещении. Параметры приточного воздуха характеризуются положением точки 3, расположенной на линии d₂=const и отстоящей от точки 2 по значению температуры на 4-6°С. В холодный период - года естественного подогрева воздуха в воздуховодах не происходит. t₃ = t₂ – 4 = 34,1 °C.

Таким образом, окончательно процесс обработки воздуха в холодный период года для прямоточной системы кондиционирования воздуха при наличии в помещении только теплоизбьтгков осуществляется по линии 1-4-0-3-2, где 1-4 - процесс нагрева наружного воздуха в калорифере первого подогрева; 4-0 - процесс адиабатического увлажнения воздуха в оросительной камере кондиционера; 0-3 - процесс нагрева воздуха в калорифере второго подогрева; 3-2 - естественный процесс подогрева воздуха в помещении за счет имеющихся там теплоизбытков,

По результатам проведенного построения процесса основные параметры в характерных точках сводятся в таблицу:

№ точки	I, кДж/кг	φ, %	t , °С	d, г/кг
	-23		-23	0,2
				7,2
		2,5	26,5	0,2
	34,1			7,2
	38,1			7,2

3.3. Расчет воздухообмена в помещении

При наличии в помещении только теплоизбытков массовый расход кондиционируемого воздуха для теплого и холодного периодов года можно рассчитать по выражению

G_в^т,х = Q^т,х_изб / С_р (t _в^т,x - t _пр^т,x ) , кг/c, (13)

где Q_изб – избыточная теплота в помещении соответственно для теплого или холодного периода года, Вт; С_р = 1,005 - теплоемкость воздуха, кДж/(кг°С);

t _в^т,x и t _пр^т,x - соответственно расчетная температура воздуха внутри помещения для теплого или холодного периода и температура приточного воздуха в соответствующий период (см. I-d диаграммы).

G_в^т = 123 534 / 1,005 ×10³ × (22 -18 ) = 30,73 кг/c,

G_в^х = 80 765 / 1,005× 10³ ×10³ (20- 16 ) = 20, 2 кг/c,

Объемный расход кондиционируемого воздуха составит по периодам года

V_в^т,х = G_в^т,х × 3600 / ρ_в , м³ / ч (14)

где ρ_в = 1,2 - плотность воздуха, кг/м³.

V_в^х = 30,73 × 3600 / 1,2 = 92 190 м³ / ч,

V_в^т = 20,2 ×3600 / 1,2 =60 600 м³ / ч.

Кратность воздухообмена по периодам года рассчитывается

n = V_в^т,х / V_пом , ч^-1 (15)

где V_пом - объем кондиционируемого помещения, м³.

n^т = 92 190 / 6400= 14ч^-1

n^х = 60 600/ 6400= 10 ч^-1

Кратность воздухообмена показывает, сколько раз в течение одного часа воздух в помещении полностью обновляется. Величина кратности воздухообмена регламентируется СНиП в зависимости от назначения помещения. Для условий рассматриваемой задачи нормативная кратность воздухообмена составляет n = 5.

Холодопроизводителъность кондиционера рассчитывается по наиболее напряженному периоду работы холодильной установки, т.е. для теплого периода года

Q_хол = G_B^T ( I₁- I₀ ) = 30,73 (69 – 33,5) = 1 091кВт, (16)

где G_B^T - массовый расход кондиционируемого воздуха в теплый период, кг/с (см. I — d диаграмму).

3.4. Выбор основного оборудования для системы кондиционирования воздуха

Выбор вентиляторов осуществляется по производительности и располагаемому напору. Количество и тип вентиляторов выбирается исходя из обеспечения максимального требуемого воздухообмена, что характерно для теплого периода года. Располагаемый напор вентилятора должен обеспечить компенсацию общих потерь напора в системе кондиционирования воздуха, определяемых условиями задания. Характеристики некоторых типов центробежных вентиляторов приведены в приложении, табл. II 14 (см. п.7 в Списке литературы).

Выбор вентиляторов осуществляется по производительности и распологаемому напору. Выбираются вентиляторы марки Ц 4-70; №8 в количестве 5 шт (V_в=20000 м³/ч, ∆Р=1350кПа).

По значению объемного расхода кондиционируемого воздуха определяем, что следует выбрать 5 кондиционера марки КН -20.

Теплопроизводительность калорифера первого подогрева:

Q_к1 = G_в^х · (I₄ - I₁ ) = (20,2/5) · (28+23) = 206 кВт < Q_к1^табл = 374 кВт.

Теплопроизводительность калорифера второго подогрева для теплого периода:

Q_к2^т = G_в^т · (I₄ - I₀ ) = (20,2/5) · (35,2-33,5) = 10,5 кВт.

Теплопроизводительность калорифера второго подогрева для холодного периода:

Q_к2^х = G_в^х · (I₃ - I₀ ) = (20,2/5) · (34,1-28) = 24,6 кВт < Q_к2^табл = 163 кВт.

Требуемый расход воды на орошение определяется из уравнения теплового баланса:

Q_хол = G_вод ·С_р · (t_m – t_вод^вх),

где t_m =10 °С – температура воды на выходе из оросительной камеры;

С_р=4,19 кДж/(кг°С) – теплоемкость воды;

t_вод^вх=6 °С – температура воды на входе в оросительную камеру;

G_вод – массовый расход воды на орошение,

G_вод =Q_хол/(4·С_р·(t_m – t_вод^вх))=1091/(5·4,19·(10-6))=13 кг/с.

Объемный расход воды

м³/ч ,

V_вод^табл=60 м³/ч > V_вод^расч=46,8 м³/ч.

Выбор холодильной установки осуществляется по величине холодопроизводительности кондиционера. Выбираем установку ФМ-90. Число холодильных машин: 15 шт.

Компоновка холодильных машин в системе кондиционирования воздуха осуществляется в виде отдельного узла холодопроизводства.