Расчет системы кондиционирования воздуха в производственном помещении

Суммарные теплопоступления в помещение для теплого периода года в общем случае составляют

,

для холодного периода года

 

 

2.3. Расчёт тепловых потерь помещением.

 

Тепловые потери рассчитываются только для холодного периода года.

Тепловые потери через остеклённые оконные световые проёмы определяются по выражению

,

где Focт - суммарная поверхность остекления, м2; k - коэффициент теплопередачи через оконные проемы, Вт/(м2 0С); tвх и tнх - соответственно расчетные температуры воздуха внутри помещения и наружного воздуха для холодного периода года, 0С.

Значения коэффициента теплопередачи определяются в соответствии со СНиП.

Тепловые потери через наружные ограждения (боковые стены, полы, потолки) рассчитываются по выражению

 

 

 

где Foгp - поверхность наружных ограждений (за вычетом площади оконных и дверных проемов), м2; koгp - коэффициент теплопередачи через ограждения, Вт/(м2*0С); tвх и tнх - соответственно расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха для холодного периода, 0С; n - эмпирический поправочный коэффициент, зависящий от характера ограждения.

Для условий рассматриваемого задания тепловые потери для помещений третьего этажа рассчитываются через оконные проёмы, боковые стены, потолок.

Суммарные тепловые потери помещением для холодного периода года составят

 

2.4. Расчет избыточной  теплоты в помещении

 

Избыточная теплота в помещении рассчитывается как разность между суммарными тепловыделениями и теплопотерями и составляет для теплого периода года

,

для холодного периода

 

 

 

3. 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.

На поле I-d диаграммы наносится точка 1, соответствующая расчетным параметрам наружного воздуха для теплого периода при известной температуре tнт и относительной влажности jнт. Затем наносится точка 2, соответствующая расчетным параметрам внутреннего воздуха при известной температуре tвт и относительной влажности jвт. 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 j = 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 j = 100% и линии относительной влажности j = 95%. Точка 0 будет находиться на пересечении луча d2 = const, проведенного из точки 2 вертикально вниз, и линии относительной влажности j = 95%. Соединив точки

1 и 0 прямой линией, получают луч процесса охлаждения и осушения воздуха в оросительной камере кондиционера. Продлив луч процесса 1-0 до пересечения с линией j = 100%, определяют точку m, температура в которой с известным приближением принимается в качестве конечной температуры

охлаждающей воды на выходе из оросительной камеры tm.

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 4-60С 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 0С.

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 0С. 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 0С.

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	j, %	t, 0C	d, г/кг
1	62	51	28,8	13
0	31	95	11	8
4	34	73	15	8
3	36	65	17	8
2	40	50	21	8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 tнх и относительной влажности jнх. Затем наносится точка 2, соответствующая расчетным параметрам внутреннего воздуха при известной температуре tвх и относительной влажности jвх. 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, затраченной 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 j = 100% и линии относительной влажности j = 95%.Точка 0 будет находиться на пересечении луча d2 = const, проведенного из точки 2 вертикально вниз и линии относительной влажности j = 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 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 0С ниже, чем расчетная температура воздуха в помещении. Параметры приточного воздуха характеризуются положением точки 3, расположенной на линии d2 = const и отстоящей от точки 2 значению температуры на 4-6 0С. В холодный период года естественного подогрева воздуха в воздуховодах не происходит.

Таким образом, окончательно процесс обработки воздуха в холодный период года для прямоточной системы кондиционирования воздуха при наличии в помещении только теплоизбытков 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	j, %	t, °C	d, г/кг
1	-38	78	-44	0,1
0	27	95	9	7
4	27	1	27	0,1
3	32	70	14	7
2	37	50	19	7

 

 

 

 

 

 

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

где Qизб - избыточная теплота в помещении соответственно для теплого или холодного периода года, Вт; Ср = 1.005 - теплоемкость воздуха, кДж/(кг*0С); tвт,x и tпрт,x - соответственно расчетная температура воздуха внутри помещения для теплого или холодного периода и температура приточного воздуха в соответствующий период.

Объемный расход кондиционируемого воздуха составит по периодам года

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

Кратность воздухообмена по периодам года рассчитывается

Корректируем расход воздуха: т.к. n < 5. Автоматически принимаем n=5

 

где Vпом=10 360 м3 -объем кондиционируемого помещения.

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. Если в результате расчета получится значение n < 5, то следует без дополнительных расчетов принять n = 5, скорректировать расход кондиционируемого воздуха.

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

,

где Gвт - массовый расход кондиционируемого воздуха в теплый период, кг/с.

 

3.4. Выбор основного оборудования для системы кондиционирования воздуха

 

Число и тип кондиционеров определяется максимально требуемым воздухообменом.

Выбираем 5 кондиционера марки КН-20.

Номинальная производительность по воздуху 20 тыс.мЗ/ч.

Теплопроизводительность калорифера первого подогрева 374 кВт.

Теплопроизводительность калорифера второго подогрева 163 кВт.

Свободное давление вентилятора (для сети воздуховодов) 300 Па.

Мощность электродвигателя для привода вентилятора 21,3 кВт.

Производительность насоса 60 мЗ/ч.

Габариты: длина 2,93 м,

ширина 2,62 м.

После выбора кондиционеров необходимо проверить соответствие приведенных основных характеристик с расчетными. Приведенные характеристики должны обеспечивать необходимые параметры применительно к условиям рассматриваемой задачи.

Калорифер первого подогрева работает только в холодный период года. Поэтому его теплопроизводительность рассчитывается на основе процессов, построенных на I-d диаграмме для этого периода (процесс 1-4)