Выбор и обоснование типа систем кондиционирования воздуха

Схема процессов кондиционирования воздуха на J-d диаграмме для холодного периода года приведена в приложении Б.

Рассмотрим порядок построения схемы с первой рециркуляцией воздуха на J-d диаграмме.

а) нахождениена J-d диаграмме положения базовых точек В и Н, характеризующих состояние наружного и внутреннего воздуха, по параметрам, которые приведены в табл. 1, 2;

б) проведение через т. В луча процесса с учетом величины углового коэффициента ех;

в) определение положения точек П, У, О:

- т. У, расположенной на пересечении изотермы tу ( для холодного периода) с лучом процесса;

- т. П, расположенной на пересечении изоэнтальпы Jп с лучом процесса; численное значение удельной энтальпии Jп приточного воздуха для холодного периода года вычисляют предварительно из уравнения

Jп = Jу - [УQх/(0,278·G)],(23)

гдеJу - удельная энтальпия воздуха, уходящего из помещения в холодный период года, кДж/кг;

Qх - суммарные полные теплоизбытки в помещении в холодный период года, Вт;

G - производительность СКВ в теплый период года, кг/ч.

Jп = 47 - [41945,2/(0,278·14493,6)] = 38,6 кДж/кг

Отрезок ПВУ характеризует изменение параметров воздуха в помещении.

- т. О (то есть состояние воздуха на выходе из оросительной камеры), расположенной на пересечении линии dп с линией ц = 90%; отрезок ОП характеризует нагрев воздуха во втором воздухонагревателе ВН2;

- т. С (то есть состояние воздуха после смешения наружного воздуха, прошедшего нагрев в первом воздухонагревателе ВН1, с уходящим из помещения воздухом), расположенной на пересечении изоэнтальпы Jо с линией dс; численное значение вычисляют по формуле

dс = (Gн· dн + G1р· dу)/ G (24)

dс = (8407,5· 0,8 + 6086,1 · 10)/ 14493,6= 4,7 г/кг.

- т. К, характеризующей состояние воздуха на выходе из первого воздухонагревателя ВН1 и находящейся на пересечении dн (влагосодержание наружного воздуха) с продолжениемпрямой УС.

Параметры воздуха для базовых точек заносим по форме в таблицу 5.

Таблица 5 - Параметры воздуха в базовых точках в холодный период года

3.6 Определение потребности теплоты и холода в системах кондиционирования воздуха

В теплый период года расход теплоты во втором воздухонагревателе, Вт

QтВН2 = G(Jпґ - Jо)·0,278, (25)

где Jпґ - удельная энтальпия воздуха на выходе из второго воздухонагревателя, кДж/кг;

Jо - удельная энтальпия воздуха на входе во второй воздухонагреватель, кДж/кг.

QтВН2 = 14493,6 (38 - 32,2)·0,278 = 23369,5 Вт

Расход холода для осуществления процесса охлаждения и осушки, Вт, определяем по формуле

Qохл = G(Jс - Jо)·0,278,(26)

где Jс -удельная энтальпия воздуха на входе в оросительную камеру, кДж/кг;

Jо - удельная энтальпия воздуха на выходе из оросительной камеры, кДж/кг.

Qохл = 14493,6 (56,7 - 32,2)·0,278 = 47216 Вт

Количество сконденсировавшейся на воздухе влаги, кг/ч

WК = G(dс - dо)·10-3 ,(27)

гдеdс - влагосодержание воздуха на входе в оросительную камеру, г/кг;

dо - влагосодержание воздуха на выходе из оросительной камеры, г/кг.

WК = 14493,6 (11,5 - 8)·10-3 = 50,7 кг/ч

В холодный период года расход теплоты в первом воздухонагревателе, Вт

QхВН1= G(Jк- Jн)·0,278,

гдеJк - удельная энтальпия воздуха на выходе из первого воздухонагревателя, кДж/кг;

Jн - удельная энтальпия воздуха на входе в первый воздухонагреватель, кДж/кг.

QхВН1= 14493,6 (30- (-16,3))·0,278=18655,3 Вт

Расход теплоты в холодный период года во втором воздухонагревателе, Вт

QхВН2 = G(Jп - Jо)·0,278,(28)

гдеJп - удельная энтальпия воздуха на выходе из второго воздухонагревателя в холодный период года, кДж/кг;

Jо -удельная энтальпия воздуха на входе во второй воздухонагреватель в холодный период года, кДж/кг.

QхВН2 = 14493,6 (38,6 - 37)·0,278 = 6447 Вт

Расход воды на увлажнение воздуха в оросительной камере (на подпитку оросительной камеры), кг/ч

WП = G(dо - dс)·10-3(29)

WП = 14493,6 (9,2 - 4,8)·10-3 = 63,8 кг/ч.

3.7 Выбор марки кондиционера и его компоновка

Кондиционеры марки КТЦЗ могут работать в двух режимах производительности по воздуху:

- в режиме номинальной производительности

- в режиме максимальной производительности

Кондиционеры марки КТЦЗ изготавливают только по базовым схемам компоновки оборудования или с их модификациями, образующимися путем доукомплектования необходимым оборудованием, замены одного оборудования другим или исключения отдельных видов оборудования.

Индекс кондиционера марки КТЦЗ определяют с учетом полной объемной производительности.

L·1,25 = 12078·1,25 = 15097,5 м3/ч

Выбираем кондиционер марки КТЦЗ - 20.

3.8 Расчеты и подбор элементов кондиционера

3.8.1 Расчет камеры орошения

Расчет ОКФЗ производим по методике ВНИИКондиционер.

а) теплый период

Определяем объемную производительность СКВ

L =12078м3/ч

Принимаем оросительную камеру типа ОКФЗ - 10, индекс 01,

исполнение 1, общее число форсунок nф = 18 шт.

Определяем коэффициент адиабатной эффективности процесса с учетом характеристик луча процесса камеры по формуле

Еа = ( J1 - J2 )/( J1 - Jпр ),(30)

где J1, J2 - энтальпия воздуха на входе, на выходе из камеры, соответственно,

кДж/кг;

Jпр -энтальпия предельного состояния воздухана J-d диаграмме,

кДж/кг.

Еа = ( 56,7 - 32,2 )/( 56,7 - 21 ) = 0,686

Коэффициент орошения определяем из графической зависимости Еа=f(м).

Также графическим путем по значению м находим численное значение коэф-

фициента приведенной энтальпийной эффективности Еп.

м = 1,22

Еп = 0,42

Определяем относительный перепад температур воздуха

И = 0,33·сw·м·(1/ Еп - 1/ Еа) (31)

И = 0,33·4,19·1,22·(1/ 0,42 - 1/ 0,686) = 1,586

Вычисляем начальную температуру воды в камере

tw1 = tв пр -И(J1 - J2)/ сw·м, (32)

где tв пр - предельная температура воздуха, °С.

tw1 = 6,5 -1,586(56,7 - 32,2)/ 4,19·1,22 =3,32 °С

Рассчитываем конечную температуру воды (на выходе из камеры) по формуле

tw2 = tw1 + (J1 - J2)/ сw·м(33)

tw2 = 1,32 + (56,7 - 32,2)/ 4,19·1,22 =9,11 °С

Определяем расход разбрызгиваемой воды

Gw = м·G(34)

Gw = 1,22·14493,6 = 17682,2 кг/ч (~17,7 м3/ч)

Вычисляем расход воды через форсунку (производительность форсунки)

gф = Gw/nф (35)

gф = 17682,2 /42 = 421 кг/ч

Необходимое давление воды перед форсункой определяем по формуле

ДРф = (gф/93,4)1/0,49 (36)

ДРф = (421/93,4)1/0,49 = 21,6 кПа

Устойчивая работа форсунок соответствует 20 кПа ? ДРф ? 300кПа. Условие выполняется.

Расход холодной воды от холодильной станции определяют по формуле

Gwх = Qхол/ сw(tw1 - tw2)(37)

Gwх = 47216/ 4,19(9,11 - 3,32) = 4935,8 кг/ч (~4,9м3/ч).

б) холодный период

В этот период года ОКФЗ работает в режиме адиабатического увлажнения воздуха.

Определяем коэффициент эффективности теплообмена по формуле

Еа = ( t1 - t2 )/( t1 - tм1 )(38)

Еа = ( 25 - 14,2 )/( 25 -13,1 ) = 0,908

Коэффициент орошения определяем из графической зависимости Еа=f(м).

Также графическим путем по значению м находим численное значение коэф-

фициента приведенной энтальпийной эффективности Еп.

м = 1,85

Еп = 0,57

Вычисляем расход разбрызгиваемой воды по формуле (34)

Gw = 1,85·14493,6 = 26813,2 кг/ч (~26,8 м3/ч)

Определяем производительность форсунки по формуле (35)

gф = 26813,2 /42 = 638 кг/ч

Определяем требуемое давление воды перед форсунками по формуле (36)

ДРф = (638/93,4)1/0,49 = 50,4 кПа

Вычисляем расход испаряющейся воды в камере по формуле

Gwисп = G(do - dс)·10-3(39)

Gwисп = 14493,6 (9,2 - 4,8)·10-3 = 63,8 кг/ч

Как видно из расчета, наибольший расход воды (26,8 м3/ч) и наибольшее давление воды перед форсунками (50,4 кПа) соответствуют холодному периоду года. Эти параметры принимаются за расчетные при подборе насоса.

3.8.2 Расчет воздухонагревателей

Расчет воздухонагревателей осуществляют на два периода года: вначале производят расчет на холодный период, затем - на теплый период года.

Также раздельно производят расчет воздухонагревателей первого и второго подогрева.

Целью расчета воздухонагревателей является определение требуемой и располагаемойповерхностей теплопередачи и режима их работы.

При поверочном расчете задаются типом и числом базовых воздухонагревателей, исходя из марки центрального кондиционера, то есть вначале принимают стандартную компоновку, а расчетом ее уточняют.

ВН1

- холодный период

При расчете вычисляют:

- теплоту, необходимую для нагрева воздуха, Вт

Qвоз = 18655,3Вт;

- расход горячей воды, кг/ч:

Gw = 3,6Qвоз/4,19(twн - twк) = 0,859Qвоз/(twн - twк) (40)

Gw =0,859·18655,3/(150 - 70) = 200,3 кг/ч;

В зависимости от марки кондиционера выбирают число и тип базовых теплообменников, для которых вычисляют массовую скорость движения воздуха в живом сечении воздухонагревателя, кг/(м2·с):

сv = Gвоз/3600·fвоз,(41)

гдеfвоз - площадь живого сечения для прохода воздуха в воздухонагревателе, м2

сv = 14493,6 /3600·2,070 = 1,94 кг/(м2·с);

- скорость движения горячей воды по трубам теплообменника, м/с

w = Gw/(сw·fw·3600), (42)

где сw - плотность воды при ее средней температуре, кг/м3;

fw - площадь сечения для прохода воды, м2.

w = 200,3/(1000·0,00148·3600) = 0,038 м/с.

Принимаем скорость, равную 0,1 м/с

- коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К)

К = а(сv)qwr,(43)

где а, q, r - коэффициенты

К = 28(1,94)0,4480,10,129 = 27,8 Вт/(м2·К);

- среднюю разность температур между теплоносителями:

Дtср = (twн + twк)/2 - (tн + tк)/2 (44)

Дtср = (150 + 70)/2 - (-18 +28)/2 = 35°С

- требуемую площадь теплообмена, м2

Fтр = Qвоз/(К· Дtср) (45)

Fтр = 18655,3/(27,8· 35) = 19,2 м2

При этом необходимо выполнять следующее условие: между располагаемой поверхностьюFр (предварительно выбранным воздухонагревателем) и требуемой поверхностью Fтр запас поверхности теплообмена не должен превышать 15%

[(Fр - Fтр)/ Fтр]·100?15%(46)

[(36,8 - 19,2)/ 19,2]·100 = 92%

Условие не выполняется, принимаем воздухонагреватель ВН1 с запасом.

ВН2

а) холодный период

Qвоз = 6447 Вт;

- расход горячей воды, кг/ч, по формуле (40)

Gw =0,859·6447/(150 - 70) = 69,2 кг/ч;

В зависимости от марки кондиционера выбирают число и тип базовых теплообменников, для которых вычисляют массовую скорость движения воздуха в живом сечении воздухонагревателя, кг/(м2·с), по формуле (41) сv = 14493,6 /3600·2,070 = 1,94 кг/(м2·с);

- скорость движения горячей воды по трубам теплообменника, м/с, по формуле (42)

w = 69,2 /(1000·0,00148·3600) = 0,013 м/с.

Принимаем скорость, равную 0,1 м/с.

- коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К), по формуле (43)

К = 28(1,94)0,4480,10,129 = 27,8 Вт/(м2·К);

- среднюю разность температур между теплоносителями, по формуле (44)

Дtср = (150 + 70)/2 - (13,8 +14,2)/2 = 26°С

- требуемую площадь теплообмена, м2, по формуле (45)

Fтр = 6447/(27,8· 26) = 8,9 м2

Проверяем условие по формуле (46)

[(36,8 - 8,9)/ 8,9]·100 =313%

Условие не выполняется, принимаем воздухонагреватель ВН2 с запасом.

б) теплый период

По выше предложенным формулам (40)-(46) делаем перерасчет для теплого периода

Qвоз = 23369,5 Вт;

Gw =0,859·23369,5 /(70 - 30) = 501,8 кг/ч

сv = 14493,6 /3600·2,070 = 1,94 кг/(м2·с);

w = 501,8 /(1000·0,00148·3600) = 0,094 м/с.

Для дальнейших расчетов принимаем скорость, равную 0,1 м/с.

К = 28(1,94)0,4480,10,129 = 27,88 Вт/(м2·К);

Дtср = (30 + 70)/2 - (12 +19)/2 = 34,5 °С

Fтр = 23369,5 /(27,88 · 34,5) = 24,3 м2

При этом необходимо выполнять следующее условие: между располагаемой поверхностьюFр (предварительно выбранным воздухонагревателем) и требуемой поверхностью Fтр запас поверхности теплообмена не должен превышать 15%

[(36,8 - 24,3)/ 24,3]·100 = 51%

Условие не выполняется, принимаем воздухонагреватель ВН2 с запасом.

3.8.3 Подбор воздушных фильтров

Для очистки воздуха от пыли в СКВ включают фильтры, конструктивное решение которых определяется характером этой пыли и требуемой чистотой воздуха.

Выбор воздушного фильтра осуществляют согласно [ 2, кн.2].

Исходя из имеющихся данных выбираем фильтр ФР1-3.

3.8.4 Расчет аэродинамического сопротивления систем кондиционирования воздуха

Полное аэродинамическое сопротивление СКВ находят по формуле

Рс = ДРпк +ДРф +ДРв1 +ДРок + ДРв2 + ДРпр +ДРв.в. , (47)

гдеДРпк - сопротивление приемного блока, Па

ДРпк= Дhпк ·(L/Lк)1,95 (48)

(здесь L - расчетная объемная производительность СКВ, м3/ч;

Lк - объемная производительность кондиционера, м3/ч;

Дhпк - сопротивление блока при номинальной производительности кондиционера (Дhпк= 24 Па), Па);

ДРпк= 24 ·(12078/20000)1,95 = 8,98 Па;

ДРф - аэродинамическое сопротивление фильтра (при максимальной запыленности фильтра ДРф = 300 Па), Па;

ДРв1 - аэродинамическое сопротивление первого воздухонагревателя, Па;

ДРв1 = 6,82 (сv)1,97·R

ДРв1 = 6,82 (1,94)1,97·0,99 = 24,9 Вт.

ДРв2 - аэродинамическое сопротивление второго воздухонагревателя, Па

ДРв2 = 10,64·(хс)1,15·R,(49)

(здесь R - коэффициент, зависящий от среднеарифметической температуры воздуха в воздухонагревателе);

ДРв2 = 10,64·(1,94)1,15·1,01 = 23,03 Па;

ДРок - аэродинамическое сопротивление оросительной камеры, Па

ДРок = 35·хок2,(50)

(здесь хок - скорость воздуха в оросительной камере, м/с);

ДРок = 35·2,52 = 218,75 Па;

ДРпр - аэродинамическое сопротивление присоединительной секции, Па

ДРпр = Дhпр(L/Lк)2, (51)

(здесьДhпр - сопротивление секции при номинальной производительности (Дhпр = 50 Па), Па);

ДРпр = 50(12078/20000)2 = 18,2 Па;

ДРв.в - аэродинамическое сопротивление в воздуховодах и воздухораспределителях (ДРв.в = 200 Па), Па.

Рс = 8,98 + 300 +24,9+218,75 + 23,03 + 18,2 +200 = 793,86 Па.

3.9 Подбор вентилятора системы кондиционирования воздуха

Исходными данными для подбора вентилятора являются:

- производительность вентилятора L, м3/ч;

- условное давление, развиваемое вентилятором Ру, Па, и уточняемое по формуле

Ру = Рс[(273+tп)/293]·Рн/Рб, (52)

где tп - температура приточного воздуха в теплый период года, °С;

Рн - давление воздуха в нормальных условиях (Рн = 101320 Па), Па;

Рб - барометрическое давление в месте установки вентилятора, Па.

Ру = 793,86 [(273+20)/293]·101230/101000 = 796 Па.

Исходя из полученных данных подбираем вентилятор В.Ц4-75 исполнение Е8.095-1.

nв = 950 об/мин

? = 87%

Nу = 4 кВт

m = 301 кг.

3.10 Подбор насоса для камеры орошения

Подбор насоса осуществляют с учетом расхода жидкости и требуемого

ора. Расход жидкости должен соответствовать максимальному объемному

расходу циркулирующей воды в оросительной камере, м3/ч

Lw = Gwmax/с,(53)

гдеGwmax - массовый максимальный расход воды в ОКФ, кг/ч;

с - плотность воды, поступающей в ОКФ, кг/м3.

Lw = 26813,2 /1000 = 26,8 м3/ч

Требуемый напор насоса Нтр, м вод. ст., определяют по формуле

Нтр = 0,1Рф + ДН, (54)

где Рф - давление воды перед форсунками, кПа;

ДН - потери напора в трубопроводах с учетом высоты подъема к коллектору (для оросительных камер ДН = 8 м вод. ст.), м вод. ст..

Нтр = 0,1·50,4 + 8 = 13,04 м вод. ст.

По полученным данным подбираем насос и электродвигатель к нему.

Параметры подобранного насоса:

- наименование: КК45/30А;

- расход жидкости 35 м3/ч;

- полный напор 22,5 м вод. ст.;

- КПД 70%.

Параметры подобранного электродвигателя:

- тип А02-42-2;

- масса 57,6 кг;

- мощность 3,1 кВт.

3.11 Расчет и подбор основного оборудования системы холодоснабжения

Целью расчета основного оборудования системы холодоснабжения является:

- вычисление требуемой холодопроизводительности и выбор типа холодильной машины;

- нахождение режимных параметров работы холодильной машины и проведение на их основе поверочного расчета основных элементов холодильной установки-испарителя и конденсатора.

Расчет осуществляется в следующей последовательности:

а) находим требуемую холодопроизводительность холодильной машины, Вт

Qх = 1,15·Qохл,(55)

гдеQохл - расход холода, Вт.

Qх = 1,15·47216= 59623,4 Вт

б) с учетом величины Qх выбираем тип холодильной машины МКТ40-2-1.

в) определяем режим работы холодильной машины, для чего вычисляем:

- температуру испарения холодильного агента, °С

tи = (twк+tх)/2 - (4…6), (56)

где twк - температура жидкости, выходящей из оросительной камеры и поступающей в испаритель, °С;

tх - температура жидкости, выходящей из испарителя и поступающей в оросительную камеру, °С.

- температуру конденсации холодильного агента, °С

tк = twк2 +Дt,(57)

где twк2 - температура воды, выходящей из конденсатора, °С

twк2 =twк1 +Дt (58)

(здесь twк1 - температура воды, поступающей в конденсатор, °С (Дt = 4…5°С); при этомtк не должна превышать +36°С.)

twк1 = tмн + (3…4),(59)

где tмн - температура наружного воздуха по мокрому термометру в теплый период года, °С.

tи = (3,32+9,11)/2 - 4 = 2,215°С

tмн = 10,5°С

twк1 = 10,5 + 4 = 10,9°С

twк2 =10,9 + 5 = 15,9°С

tк = 15,9 + 5 = 20,9 °С

- температуру переохлаждения жидкого хладагента перед регулирующим вентилем, °С

tпер = twк1 + (1…2)

tпер = 10,9 + 2 = 12,9 °С

- температуру всасывания паров холодильного агента в цилиндр компрессора, °С

tвс = tи + (15…30),(60)

где tи - температура испарения холодильного агента, °С

tвс = 0,715+25 = 25,715 °С

г) производят поверочный расчет оборудования, для чего вычисляют:

- поверхность испарителя по формуле

Fи = Qохл/Ки·Дtср.и,(61)

где Ки - коэффициент теплопередачи кожухотрубного испарителя, работающего на хладоне 12 (Ки = (350…530)Вт/м2·К);

Дtср.и - средняя разность температур между теплоносителями в испарителе, определяемая по формуле

Дtср.и = (Дtб - Дtм)/2,3lg Дtб/ Дtм(62)

Дtб = Дtw2 - tи(63)

Дtб = 9,11 - 2,215 =6,895 °С (64)

Дtм =3,32 - 2,215 = 1,105°С

Дtср.и = (6,895- 1,105)/2,3lg6,895 / 1,105= 3,72 °С

Fи = 47216/530·3,72 = 23,8 м2

Расчетную поверхность Fи сравниваем с поверхностью испарителя Fи`, приведенной в технической характеристике холодильной машины; при этом следует выполнить условие

Fи ? Fи`

23,8 м2 < 24 м2 - условие выполняется

- поверхность конденсатора по формуле

Fк = Qк/Кк·Дtср.к,(65)

где Qк - тепловая нагрузка на конденсатор, Вт

Qк = Qх + Nк.ин ,(66)

(здесьNк.ин - потребляемая индекаторная мощность компрессора; с некоторым запасом индекаторную мощность можно принимать равной потребляемой мощности компрессора, Вт);

Кк - коэффициент теплопередачи кожухотрубного конденсатора, работающего на хладоне 12 (Кк = (400…650) Вт/м2·К);

Дtср.к - средняя разность температур между теплоносителями в конденсаторе, определяемая по формуле, °С

Дtср.к = (Дtб - Дtм)/2,3lg Дtб/ Дtм(67)

Дtб = tк - twк1(68)

Дtб = 20,9 - 3,32 = 17,58°С

Дtм = tк - twк2 (69)

Дtм= 20,9 - 9,11 = 11,79 °С

Дtср.к = (17,58 - 11,79)/2,3lg 17,58/11,79 = 14 ° С

Qк = 59623,4 + 19800 = 79423,4 Вт

Fк = 79423,4 /400·14= 14,2 м2

Расчетную поверхность конденсатора Fк сравниваем с поверхностью конденсатора Fк`, числовое значение которой приведено в технической характеристике холодильной машины, при этом следует выполнить условие

Fк ? Fк`

14,2 м2 ? 16,4 м2 - условие выполняется.

Расход воды в конденсаторе, кг/с, вычисляют по формуле

W = (1,1· Qк)/cw·( twк2 - twк1),(70)

где cw - удельная теплоемкость воды (cw = 4190 Дж/(кг·К))

W = (1,1· 79423,4)/4190·( 9,11- 1,32) = 2,6 кг/с.

Список использованных источников

1. СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование. - М.: Стройиздат, 1991.

2. Внутренние санитарно-технические устройства: Вентиляция и кондиционирование воздуха /Б.В. Баркалов, Н.Н. Павлов, С.С. Амирджанов и др.; Под ред. Н.Н. Павлова Ю.И. Шиллера.: В 2 кн. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1992. Кн. 1, 2. Ч.3.

3. Аверкин А. Г. Примеры и задачи по курсу «Кондиционирование воздуха и холодоснабжение»:Учеб. пособие. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Издательство АСВ, 2003.

4. Аверкин А. Г. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение: Методические указания к курсовой работе. - Пенза: ПИСИ, 1995.

Страницы: 1, 2