Содержание
Введение
1 Выбор расчетных параметров наружного и внутреннего воздуха
1.1 Расчетные параметры наружного воздуха
1.2 Расчетные параметры внутреннего воздуха
2 Составление тепловых и влажностных балансов помещения
2.1 Расчет теплопоступлений
2.1.1 Расчет теплопоступлений от людей
2.1.2 Расчет теплопоступлений от искусственного освещения
2.1.3 Расчет теплопоступлений через наружные световые проемы
и покрытия за счет солнечной радиации
2.1.4 Расчет теплопоступлений через внешние ограждения
2.1.5 Расчет теплопоступлений через остекленные проемы засчет
разности температур наружного и внутреннего воздуха
2.2 Расчет влаговыделений
2.3 Определение углового коэффициента луча процесса впомещении
3 Расчет системы кондиционирования воздуха
3.1 Выбор и обоснование типа систем кондиционирования воздуха
3.2 Выбор схем воздухораспределения. Определение допустимой и
рабочей разности температур
3.3 Определение производительности систем кондиционированиявоздуха
3.4 Определение количества наружного воздуха
3.5 Построение схемы процессов кондиционирования воздуха
на Jd-диаграмме
3.5.1 Построение схемы процессов кондиционирования воздухадля
теплого периода года
3.5.2Построение схемы процессов кондиционирования воздуха для
холодного периода года
3.6 Определение потребности теплоты и холода в системах
кондиционирования воздуха
3.7 Выбор марки кондиционера и его компоновка
3.8 Расчеты и подбор элементов кондиционера
3.8.1 Расчет камеры орошения
3.8.2 Расчет воздухонагревателей
3.8.3 Подбор воздушных фильтров
3.8.4 Расчет аэродинамического сопротивления системкондиционирования
воздуха
3.9 Подбор вентилятора системы кондиционирования воздуха
3.10 Подбор насоса для камеры орошения
3.11 Расчет и подбор основного оборудования системыхолодоснабжения
4 УНИРС – Расчет СКВ на ЭВМ
Список использованных источников
Приложение А — Jd-диаграмма. Теплый период года
Приложение Б -Jd-диаграмма.Холодный период года
Приложение Г – Схема холодоснабжения
Приложение Д – Спецификация
Приложение Е – План на отметке – 2.000
ВВЕДЕНИЕ
Кондиционирование воздуха– это автоматизированное поддержание в закрытых помещениях всех или отдельныхпараметров воздуха (температура, относительная влажность, чистота и скоростьдвижения воздуха) с целью обеспечения оптимальных условий наиболееблагоприятных для самочувствия людей, ведения технологического процесса,обеспечение сохранности ценностей культуры.
Кондиционированиеподразделяется на три класса:
1. Для обеспеченияметеорологических условий, требуемых для технологического процесса придопускаемых отклонениях за пределами расчетных параметров наружного воздуха. Всреднем 100 часов в год при круглосуточной работе или 70 часов в год приодносменной работе в дневное время.
2. Для обеспеченияоптимальных, санитарных или технологических норм при допускаемых отклонениях всреднем 250 часов в год при круглосуточной работе или 125 часов в год приодносменной работе в дневное время.
3. Для обеспечениядопустимых параметров, если они не могут быть обеспечены вентиляцией, в среднем450 часов в год при круглосуточной работе или 315 часов в год при односменнойработе в дневное время.
Нормативными документамиустановлены оптимальные и допустимые параметры воздуха.
Оптимальные параметрывоздуха обеспечивают сохранение нормативного и функционального тепловогосостояния организма, ощущение теплового комфорта и предпосылки для высокогоуровня работоспособности.
Допустимые параметрывоздуха – это такое их сочетание, при котором не возникает повреждений илинарушения состояния здоровья, но может наблюдаться дискомфортные теплоощущения,ухудшение самочувствия и понижение работоспособности.
Допустимые условия, какправило, применяют в зданиях, оборудованных только системой вентиляции.
Оптимальные условияобеспечивают регулируемые системы кондиционирования (СКВ). Таким образом СКВприменяют для создания и поддержания оптимальных условий и чистоты воздуха впомещениях круглогодично.
Целью выполнения даннойкурсовой работы является закрепление теоретических знаний и приобретениепрактических навыков расчета, а также проектирование систем кондиционированиявоздуха (СКВ).
В данной курсовой работекондиционируемое помещение – это зрительный зал городского клуба на 500 мест вгороде Одесса. Высота этого помещения – 6,3 м, площадь пола –289 м2,площадь чердачного покрытия –289 м2, объем помещения – 1820,7 м3.
1 ВЫБОР РАСЧЕТНЫХПАРАМЕТРОВ НАРУЖНОГО И ВНУТРЕННЕГО ВОЗДУХА
Расчетные параметрынаружного воздуха.
Расчетные параметрынаружного воздуха выбирают в зависимости от географического расположенияобъекта.
Таблица 1 – Расчетныепараметры наружного воздуха.
Период
года
Барометри-
ческое дав-
ление, гПа
Темпе-
ратура,
°С
Удельная
энтальпия,
кДж/кг
Относи-
тельная
влаж-ность,
%
Влаго-
содержа-
ние, г/кг
Ско-рость
ветра,
м/с теплый 1010 26,6 60 70 13,1 3,3 холодный 1010 -18 -16,3 90 0,8 11
Расчетные параметрывнутреннего воздуха.
Расчетные параметрывнутреннего воздуха выбирают в зависимости от назначения помещения и временигода.
Таблица 2 – Расчетныепараметры внутреннего воздуха.
Период
года
Темпе-
ратура,
°С
Удельная
энтальпия,
кДж/кг
Относи-
тельная
влаж-ность,
%
Влаго-
содержа-
ние, г/кг
Подвижность,
м/с Теплый 22 43 50 8,3 0,3 холодный 20 45 45 9,8 0,3
2 СОСТАВЛЕНИЕТЕПЛОВЫХ И ВЛАЖНОСТНЫХ БАЛАНСОВ ПОМЕЩЕНИЯ
Целью составлениятепловых и влажностных балансов помещения является определение тепло- ивлагоизбытков в помещении, а также углового коэффициента луча процесса, которыйиспользуют при графоаналитическом методе расчета СКВ.
Балансы тепла и влагисоставляют отдельно для теплого и холодного периодов года.
Источниками тепловыделенийв помещении могут быть люди, искусственное освещение, солнечная радиация, пища,оборудование, а также теплопоступления через внутренние и внешние огражденияили через остекленные проемы за счет разности температур наружного ивнутреннего воздуха.
2.1 Расчеттеплопоступлений
2.1.1 Расчеттеплопоступлений от людей
Тепловыделения впомещении от людей Qпол, Вт, определяют по формуле
Qпол = qпол·n,(1)
где qпол – количество полного тепла,выделяемого одним человеком, Вт;
n – число людей, чел.
Qяв = qяв·n,(2)
где qяв – количество явного тепла,выделяемого одним человеком, Вт;
n – число людей, чел.
— для холодного периода
Qпол = 120·285 = 34200 Вт
Qяв = 90·285 =25650 Вт
— для теплого периода
Qпол = 80·285 =22800 Вт
Qяв = 78·285 = 22230 Вт
2.1.2 Расчеттеплопоступлений от искусственного освещения
Теплопоступления отискусственного освещения Qосв, Вт, определяют по формуле
Qосв = qосв·Е·F,(3)
где Е – освещенность, лк;
F – площадь пола помещения, м2;
qосв – удельные тепловыделения, Вт/(м2·лк).
Qосв = 0,067·400·289 = 7745,2 Вт
2.1.3 Расчеттеплопоступлений за счет солнечной радиации
Солнечная радиация Qр = 9400 Вт.
2.1.4 Расчеттеплопоступлений через внешние ограждения
Теплопоступления черезвнешние ограждения, Вт, определяют по формуле
Qогр = kст·Fст(tн – tв) + kпок·Fпок(tн – tв), (4)
где ki – коэффициент теплопередачи черезограждения, Вт/(м2·К);
Fi – площадь поверхности ограждения, м2;
tн, tв – температура наружного ивнутреннего воздуха соответственно, °С.
Qогр = 0,26·289(26,6-22) = 345,6 Вт
2.1.5 Расчеттеплопоступлений через остекленные проемы
Расчет теплопоступлений впомещение через остекленные проемы за счет разности температур наружного ивнутреннего воздуха определяют по формуле
Qо.п. = [(tн – tв)/Ro]Fобщ,(5)
где Ro – термическое сопротивлениеостекленных проемов, (м2·К)/Вт, которое определяется по формуле
Ro = 1/kокна (6)
Fобщ – общая площадь остекленных проемов,м2.
Qо.п = 0 Вт, так как нет остекленныхпроемов.
Таблица 3 – Тепловойбаланс помещения в различные периоды года
Период
Года Тепловыделения, Вт
от людей,
Qпол
от искус-ствен-
ного осве-
щения, Qосв
от солнеч-ной радиа-
ции, Qр
через
ограж-дения, Qогр
через
остеклен-ные проемы, Qо.п.
тепло-избытки
ΣQ, Вт Теплый 22800 7745,2 9400 345,6 40290,8 холодный 34200 7745,2 - - - 41945,2
2.2 Расчетвлаговыделений
Поступление влаги впомещение происходит от испарений с поверхности кожи людей и от их дыхания, сосвободной поверхности жидкости, с влажных поверхностей материалов и изделий, атакже в результате сушки материалов, химических реакций, работытехнологического оборудования.
Влаговыделения от людей Wл, кг/ч, в зависимости от их состояния (покой, видвыполняемой ими работы) и температуры окружающего воздуха определяют по формуле
Wл = wл·n·10-3, (7)
где wл – влаговыделение одним человеком, г/ч;
n – число людей, чел.
Wлхол = 40·285·10-3 = 11,4 кг/ч
Wлтепл = 44·285·10-3 = 12,54кг/ч
2.3 Определениеуглового коэффициента луча процесса в помещении
На основании расчетатепловлажностных балансов определяют угловой коэффициент луча процесса впомещении для теплого εт и холодного εхпериодов года, кДж/кг
εт =(ΣQт·3,6)/Wт ,(8)
εх =(ΣQх·3,6)/Wх .(9)
Численные величиныεти εх характеризуют тангенс угла наклона лучапроцесса в помещении.
εт =(40290,8·3,6)/12,54 = 11567
εх =(41945,2·3,6)/11,4 = 13246
3 РАСЧЕТ СИСТЕМЫКОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
3.1 Выбор иобоснование типа систем кондиционирования воздуха
Выбор и обоснование типаСКВ осуществляют на основе анализа условий функционирования кондиционируемогообъекта, указанных в задании на проектирование.
Исходя из количествапомещений, предусматривают одно- или многозональные системы кондиционированиявоздуха, а затем производят оценку возможности их применения с рециркуляциейотработавшего воздуха, которая позволяет уменьшить расход тепла и холода.
СКВ с первой и второйрециркуляцией обычно используют для помещений, не требующих высокой точностирегулирования температуры и относительной влажности.
Принятие окончательногорешения по выбору принципиальной схемы обработки воздуха производят послеопределения производительности СКВ и расхода наружного воздуха.
3.2 Выбор схемвоздухораспределения. Определение допустимой и рабочей разности температур.
По гигиеническимпоказателям и равномерности распределения параметров в рабочей зоне длябольшинства кондиционируемых помещений наиболее приемлемой является подачаприточного воздуха с наклоном в рабочую зону на уровне 4…6 м и с удалениемобщеобменной вытяжки в верхней зоны.
1. Определяем допустимыйперепад температур
Δtдоп = 2°С.
2. Определяемтемпературу приточного воздуха
tп = tв — Δtдоп (10)
tптеп = 22 – 2 = 20°С,
tпхол = 20 – 2 = 18 °С.
3. Определяемтемпературу уходящего воздуха
tу = tв+ grad t(H – h),(11)
где grad t – градиент температуры по высоте помещения выше рабочейзоны, °С;
H – высота помещения, м;
h – высота рабочей зоны, м.
Градиент температуры повысоте помещения определяют в зависимости от удельных избытков явного тепла впомещении qя, Вт
qя = ΣQ/Vпом = (ΣQп-Qп+ Qя)/ Vпом (12)
qятепл = (40290,8 – 22800 + 22230)/1820,7 =21,8 Вт
grad t = 1,2;
qяхол = (41945,2 – 34200 + 25650)/ 1820,7 =18,3 Вт
grad t = 0,3.
tутепл = 22 + 1,2(6,3 – 1,5) = 27,76°С;
tухол = 20 + 0,3(6,3 – 1,5) = 21,44°С.
4. Определяем рабочуюразность температур
Δtр = tу — tп(13)
Δtртепл = 27,76 – 20 = 7,76°С;
Δtрхол = 21,44 – 18 = 3,44°С.
3.3 Определениепроизводительности систем кондиционирования воздуха
Для системкондиционирования воздуха различают полную производительность G, учитывающую потерю воздуха наутечку в сетях приточных воздуховодов, кг/ч, и полезную производительность Gп, используемую в кондиционируемых помещениях, кг/ч.
Полезнуюпроизводительность СКВ определяем по формуле
Gп = ΣQт/[(Jу – Jп)·0,278],(14)
где ΣQт – суммарные теплоизбытки в помещении в теплый периодгода, Вт;
Jу, Jп – удельная энтальпия уходящего иприточного воздуха в теплый период года, кДж/кг.
Gп = 40290,8/[(51 – 40) )·0,278] = 13176кг/ч.
Полнуюпроизводительность вычисляем по формуле
G = Кп·Gп,(15)
где Кп –коэффициент, учитывающий величину потерь в воздуховодах.
G = 1,1·13176= 14493,6 кг/ч.
Объемнуюпроизводительность систем кондиционирования воздуха L, м3/ч, находим по формуле
L = G/ρ,(16)
где ρ – плотностьприточного воздуха, кг/м3
ρ = 353/(273+tп)(17)
ρ = 353/(273+20) =1,2кг/м3;
L = 14493,6 /1,2 = 12078 м3/ч.
3.4 Определениеколичества наружного воздуха
Количество наружноговоздуха, используемого в СКВ, влияет на затраты тепла и холода притепловлажностной обработке, а также на расход электроэнергии на очистку отпыли. В связи с этим всегда следует стремиться к возможному уменьшению егоколичества.
Минимально допустимоеколичество наружного воздуха в системах кондиционирования воздуха определяют,исходя из требований:
- обеспечения требуемойсанитарной нормы подачи воздуха на одного человека, м3/ч
Lн΄ = l·n,(18)
где l – нормируемый расход наружноговоздуха, подаваемого на одного человека, м3/ч;
n – число людей в помещении, чел.
Lн΄ = 25·285 = 7125 м3/ч;
— компенсации местнойвытяжки и создания в помещении избыточного давления
Lн΄΄ = Lмо + Vпом·К΄΄, (19)
где Lмо – объем местной вытяжки, м3/ч;
Vпом – объем помещения, м3;
К΄΄-кратностьвоздухообмена.
Lн΄΄ = 0 + 1820,7·2 = 3641,4 м3/ч.
Выбираем большеезначение из Lн΄ и Lн΄΄и принимаем для дальнейших расчетов Lн΄ = 7125м3/ч.
Определяем расход наружноговоздуха по формуле
Gн = Lн·ρн, (20)
гдеρн –плотность наружного воздуха, кг/м3.
Gн =7125·1,18 = 8407,5 кг/ч.
Проверяем СКВ нарециркуляцию:
1.G > Gн
14493,6 кг/ч >8407,5кг/ч,условие выполняется.
2. Jу
51кДж/кг
3. В воздухе не должнысодержаться токсичные вещества.
Примечание: все условиявыполняются, поэтому применяем схему СКВ с рециркуляцией.
Принятый расходнаружного Lн должен составлять не менее 10% от общего количестваприточного воздуха, то есть должно выполняться условие
Gн≥ 0,1G
8407,5кг/ч ≥ 0,1· 14493,6
8407,5кг/ч ≥ 1449,36кг/ч, условие выполняется.
3.5 Построениесхемы процессов кондиционирования воздуха на J-dдиаграмме
3.5.1 Построениесхемы процессов кондиционирования воздуха для теплого периода года
Схема процессовкондиционирования воздуха наJ-d диаграмме длятеплого периода года приведена в приложении А.
Рассмотрим порядокпостроения схемы СКВ с первой рециркуляцией.
а) нахождение на J-d диаграмме положения точек Н и В, характеризующих состояниенаружного и внутреннего воздуха, по параметрам, которые приведены в таблицах 1и 2;
б) проведение через т. Влуча процесса с учетом величины углового коэффициентаεт ;
в) определение положениядругих точек:
— т. П ( то естьсостояние приточного воздуха), которая лежит на пересечении изотермы tп с лучом процесса;
— т. П΄ ( то естьсостояние приточного воздуха на выходе из второго воздухонагревателя ВН2), длячего от т. П вертикально вниз откладывают отрезок в 1°С ( отрезок ПП΄характеризует нагрев приточного воздуха в воздуховодах и вентиляторе);
— т. О ( то естьсостояние воздуха на выходе из оросительной камеры), для чего от т. П΄вниз по линии d = const проводят линию до пересечения с отрезком φ = 90%( отрезок ОП΄ характеризует нагрев воздуха во втором воздухонагревателеВН2);
— т. У ( то естьсостояние воздуха, уходящего из помещения), лежащей на пересечении изотермы tу с лучом процесса ( отрезок ПВУ характеризуетассимиляцию тепла и влаги воздухом в помещении);
- т. У΄ ( то естьсостояние рециркуляционного воздуха перед его смешиванием с наружным воздухом),для чего от т. У по линииd = const
откладывают вверх отрезокв 0,5 °С ( отрезок УУ΄ характеризует нагрев уходящего воздуха ввентиляторе);
- т. С ( то естьсостояние воздуха после смешивания рециркуляционного воздуха с наружнымвоздухом).
Точки У΄ и Нсоединяют прямой. Отрезок У΄Н характеризует процесс смешиваниярециркуляционного и наружного воздуха. Точка С находится на прямой У΄Н (на пересечении с Jс).
Удельную энтальпию Jс, кДж/кг, точки С вычисляем по формуле
Jс = (Gн· Jн + G1р· Jу΄)/ G,(21)
гдеJн – удельная энтальпия наружного воздуха, кДж/кг;
Jс – удельная энтальпия воздуха, образовавшегося после смешениянаружного и рециркуляционного, кДж/кг;
G1р – расход воздуха первой рециркуляции, кг/ч
G1р =G — Gн (22)
G1р =14493,6– 8407,5= 6086,1 кг/ч
Jс = (8407,5 ·60+6086,1 ·51)/ 14493,6= 56,4 кДж/кг
Точки С и О соединяютпрямой. Получившийся отрезок СО характеризует политропический процесстепловлажностной обработки воздуха в оросительной камере. На этом построениепроцесса СКВ заканчивают. Параметры базовых точек заносим по форме в таблицу 4.
3.5.2 Построениесхемы процессов кондиционирования воздуха для холодного периода года
Схема процессовкондиционирования воздуха наJ-d диаграмме дляхолодного периода года приведена в приложении Б.
Рассмотрим порядокпостроения схемы с первой рециркуляцией воздуха наJ-d диаграмме.
а) нахождениенаJ-d диаграмме положения базовых точек В и Н, характеризующихсостояние наружного и внутреннего воздуха, по параметрам, которые приведены втабл. 1, 2;
б) проведение через т. Влуча процесса с учетом величины углового коэффициента εх;
в) определение положенияточек П, У, О:
- т. У, расположенной напересечении изотермы tу ( для холодного периода) с лучомпроцесса;
- т. П, расположенной напересечении изоэнтальпы Jп с лучом процесса; численное значениеудельной энтальпии Jп приточного воздуха для холодногопериода года вычисляют предварительно из уравнения
Jп = Jу – [ΣQх/(0,278·G)],(23)
гдеJу – удельная энтальпия воздуха, уходящего из помещенияв холодный период года, кДж/кг;
Qх – суммарные полные теплоизбытки в помещении вхолодный период года, Вт;
G – производительность СКВ в теплыйпериод года, кг/ч.
Jп = 47 — [41945,2/(0,278·14493,6)] = 38,6 кДж/кг
Отрезок ПВУхарактеризует изменение параметров воздуха в помещении.
- т. О (то естьсостояние воздуха на выходе из оросительной камеры), расположенной напересечении линии dп с линией φ = 90%; отрезок ОПхарактеризует нагрев воздуха во втором воздухонагревателе ВН2;
- т. С (то естьсостояние воздуха после смешения наружного воздуха, прошедшего нагрев в первомвоздухонагревателе ВН1, с уходящим из помещения воздухом), расположенной напересечении 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, характеризующейсостояние воздуха на выходе из первого воздухонагревателя ВН1 и находящейся напересечении dн (влагосодержание наружного воздуха) спродолжениемпрямой УС.
Параметры воздуха длябазовых точек заносим по форме в таблицу 5.
Таблица 5 – Параметры воздуха вбазовых точках в холодный период года
Базовая
Точка Параметры воздуха
температура t,
°С
Удельная
энтальпия J, кДж/кг Влагосодержание d, г/кг
Относительная
влажность φ, % П 13,8 38,6 9,2 85 В 20 45 9,8 68 У 21,44 47 10 62 О 14,2 37 9,2 90 С 25 37 4,8 25 Н -18 -16,3 0,8
90 К 28 30 0,8 4 /> /> /> /> /> />
3.6 Определениепотребности теплоты и холода в системах кондиционирования воздуха
В теплый период годарасход теплоты во втором воздухонагревателе, Вт
QтВН2 = G(Jп΄ — Jо)·0,278, (25)
где Jп΄ — удельная энтальпия воздуха навыходе из второго воздухонагревателя, кДж/кг;
Jо — удельная энтальпия воздуха на входе во второй воздухонагреватель,кДж/кг.
QтВН2 = 14493,6 (38 – 32,2)·0,278 = 23369,5Вт
Расход холода дляосуществления процесса охлаждения и осушки, Вт, определяем по формуле
Qохл = G(Jс — Jо)·0,278,(26)
где Jс -удельная энтальпия воздуха на входе в оросительнуюкамеру, кДж/кг;
Jо — удельная энтальпия воздуха на выходе изоросительной камеры, кДж/кг.
Qохл = 14493,6 (56,7 – 32,2)·0,278 = 47216 Вт
Количествосконденсировавшейся на воздухе влаги, кг/ч
WК = G(dс — dо)·10-3 ,(27)
гдеdс – влагосодержание воздуха на входе в оросительнуюкамеру, 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 годарасход теплоты в первом воздухонагревателе, Вт
QхВН1= G(Jк — Jн)·0,278,
гдеJк – удельная энтальпия воздуха на выходе из первоговоздухонагревателя, кДж/кг;
Jн — удельная энтальпия воздуха на входе в первыйвоздухонагреватель, кДж/кг.
QхВН1= 14493,6 (30- (-16,3))·0,278=18655,3 Вт
Расход теплоты в холодныйпериод года во втором воздухонагревателе, Вт
QхВН2 = G(Jп — Jо)·0,278,(28)
гдеJп – удельная энтальпия воздуха на выходе из второговоздухонагревателя в холодный период года, кДж/кг;
Jо -удельная энтальпия воздуха на входе во второйвоздухонагреватель в холодный период года, кДж/кг.
QхВН2 = 14493,6 (38,6 – 37)·0,278 = 6447Вт
Расход воды на увлажнениевоздуха 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 маркикондиционера и его компоновка
Кондиционеры марки КТЦЗмогут работать в двух режимах производительности по воздуху:
- в режиме номинальнойпроизводительности
- в режиме максимальнойпроизводительности
Кондиционеры марки КТЦЗизготавливают только по базовым схемам компоновки оборудования или с ихмодификациями, образующимися путем доукомплектования необходимым оборудованием,замены одного оборудования другим или исключения отдельных видов оборудования.
Индекс кондиционерамарки КТЦЗ определяют с учетом полной объемной производительности.
L·1,25 = 12078·1,25 = 15097,5 м3/ч
Выбираем кондиционермарки КТЦЗ – 20.
3.8 Расчеты иподбор элементов кондиционера
3.8.1 Расчет камерыорошения
Расчет ОКФЗ производимпо методике ВНИИКондиционер.
а) теплый период
Определяем объемнуюпроизводительность СКВ
L =12078м3/ч
Принимаем оросительнуюкамеру типа ОКФЗ – 10, индекс 01,
исполнение 1, общеечисло форсунок nф = 18 шт.
Определяем коэффициентадиабатной эффективности процесса с учетом характеристик луча процесса камерыпо формуле
Еа = ( J1 – J2 )/( J1 – Jпр ),(30)
где J1, J2 – энтальпия воздуха на входе, навыходе из камеры, соответственно,
кДж/кг;
Jпр -энтальпия предельного состояниявоздуханаJ-d диаграмме,
кДж/кг.
Еа = ( 56,7 –32,2 )/( 56,7 – 21 ) = 0,686
Коэффициент орошенияопределяем из графической зависимости Еа=f(μ).
Также графическим путемпо значению μ находим численное значение коэф-
фициента приведеннойэнтальпийной эффективности Еп.
μ = 1,22
Еп = 0,42
Определяем относительныйперепад температур воздуха
Θ = 0,33·сw·μ·(1/ Еп – 1/ Еа) (31)
Θ = 0,33·4,19·1,22·(1/0,42 – 1/ 0,686) = 1,586
Вычисляем начальнуютемпературу воды в камере
tw1 = tвпр -Θ(J1 – J2)/ сw·μ,(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 конечнуютемпературу воды (на выходе из камеры) по формуле
tw2 = tw1+ (J1 – J2)/ сw·μ(33)
tw2 = 1,32 + (56,7 – 32,2)/ 4,19·1,22 =9,11 °С
Определяем расходразбрызгиваемой воды
Gw = μ·G(34)
Gw = 1,22·14493,6 = 17682,2 кг/ч (~17,7м3/ч)
Вычисляем расход водычерез форсунку (производительность форсунки)
gф = Gw/nф (35)
gф = 17682,2 /42 = 421 кг/ч
Необходимое давлениеводы перед форсункой определяем по формуле
ΔРф = (gф/93,4)1/0,49 (36)
ΔРф = (421/93,4)1/0,49= 21,6 кПа
Устойчивая работафорсунок соответствует 20 кПа ≤ ΔРф ≤ 300кПа.Условие выполняется.
Расход холодной воды отхолодильной 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 ОКФЗработает в режиме адиабатического увлажнения воздуха.
Определяем коэффициентэффективности теплообмена по формуле
Еа = ( t1 – t2 )/( t1 – tм1 )(38)
Еа = ( 25 – 14,2)/( 25 –13,1 ) = 0,908
Коэффициент орошенияопределяем из графической зависимости Еа=f(μ).
Также графическим путемпо значению μ находим численное значение коэф-
фициента приведеннойэнтальпийной эффективности Еп.
μ = 1,85
Еп = 0,57
Вычисляем расходразбрызгиваемой воды по формуле (34)
Gw = 1,85·14493,6 = 26813,2 кг/ч (~26,8м3/ч)
Определяем производительностьфорсунки по формуле (35)
gф = 26813,2 /42 = 638 кг/ч
Определяем требуемоедавление воды перед форсунками по формуле (36)
ΔРф = (638/93,4)1/0,49= 50,4 кПа
Вычисляем расходиспаряющейся 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 передфорсунками (50,4 кПа) соответствуют холодному периоду года. Эти параметрыпринимаются за расчетные при подборе насоса.
3.8.2 Расчетвоздухонагревателей
Расчетвоздухонагревателей осуществляют на два периода года: вначале производят расчетна холодный период, затем – на теплый период года.
Также раздельнопроизводят расчет воздухонагревателей первого и второго подогрева.
Целью расчетавоздухонагревателей является определение требуемой и располагаемойповерхностейтеплопередачи и режима их работы.
При поверочном расчетезадаются типом и числом базовых воздухонагревателей, исходя из маркицентрального кондиционера, то есть вначале принимают стандартную компоновку, арасчетом ее уточняют.
ВН1
- холодный период
При расчете вычисляют:
- теплоту, необходимуюдля 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) = 200,3кг/ч;
В зависимости от маркикондиционера выбирают число и тип базовых теплообменников, для которыхвычисляют массовую скорость движения воздуха в живом сечениивоздухонагревателя, кг/(м2·с):
ρv = Gвоз/3600·fвоз,(41)
гдеfвоз – площадь живого сечения для проходавоздуха в воздухонагревателе, м2
ρv = 14493,6 /3600·2,070 = 1,94 кг/(м2·с);
- скорость движениягорячей воды по трубам теплообменника, м/с
w = Gw/(ρw·fw·3600), (42)
где ρw – плотность воды при ее среднейтемпературе, 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
— коэффициенттеплопередачи, Вт/(м2·К)
К = а(ρv)qwr,(43)
где а, q, r – коэффициенты
К = 28(1,94)0,4480,10,129= 27,8 Вт/(м2·К);
— среднюю разностьтемператур между теплоносителями:
Δtср = (twн + twк)/2– (tн + tк)/2 (44)
Δtср = (150 + 70)/2 – (-18 +28)/2 = 35°С
— требуемую площадьтеплообмена, м2
Fтр = Qвоз/(К· Δtср) (45)
Fтр = 18655,3/(27,8· 35) = 19,2 м2
При этом необходимовыполнять следующее условие: между располагаемой поверхностьюFр (предварительно выбранным воздухонагревателем) итребуемой поверхностью Fтр запас поверхности теплообмена недолжен 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 маркикондиционера выбирают число и тип базовых теплообменников, для которыхвычисляют массовую скорость движения воздуха в живом сечениивоздухонагревателя, кг/(м2·с), по формуле (41) ρv = 14493,6 /3600·2,070 = 1,94 кг/(м2·с);
- скорость движениягорячей воды по трубам теплообменника, м/с, по формуле (42)
w = 69,2 /(1000·0,00148·3600) = 0,013м/с.
Принимаем скорость,равную 0,1 м/с.
— коэффициенттеплопередачи, Вт/(м2·К), по формуле (43)
К = 28(1,94)0,4480,10,129= 27,8 Вт/(м2·К);
— среднюю разностьтемператур между теплоносителями, по формуле (44)
Δtср = (150 + 70)/2 – (13,8 +14,2)/2 =26°С
— требуемую площадьтеплообмена, м2, по формуле (45)
Fтр = 6447/(27,8· 26) = 8,9 м2
Проверяем условие поформуле (46)
[(36,8 – 8,9)/ 8,9]·100=313%
Условие не выполняется,принимаем воздухонагреватель ВН2 с запасом.
б) теплый период
По выше предложеннымформулам (40)-(46) делаем перерасчет для теплого периода
Qвоз = 23369,5 Вт;
Gw =0,859·23369,5 /(70 – 30) = 501,8кг/ч
ρv = 14493,6 /3600·2,070 = 1,94 кг/(м2·с);
w = 501,8 /(1000·0,00148·3600) = 0,094м/с.
Для дальнейших расчетовпринимаем скорость, равную 0,1 м/с.
К = 28(1,94)0,4480,10,129= 27,88 Вт/(м2·К);
Δtср = (30 + 70)/2 – (12 +19)/2 = 34,5 °С
Fтр = 23369,5 /(27,88 · 34,5) = 24,3 м2
При этом необходимовыполнять следующее условие: между располагаемой поверхностьюFр (предварительно выбранным воздухонагревателем) итребуемой поверхностью Fтр запас поверхности теплообмена недолжен превышать 15%
[(36,8 – 24,3)/ 24,3]·100= 51%
Условие не выполняется,принимаем воздухонагреватель ВН2 с запасом.
3.8.3 Подборвоздушных фильтров
Для очистки воздуха отпыли в СКВ включают фильтры, конструктивное решение которых определяетсяхарактером этой пыли и требуемой чистотой воздуха.
Выбор воздушного фильтраосуществляют согласно [ 2, кн.2].
Исходя из имеющихсяданных выбираем фильтр ФР1-3.
3.8.4 Расчетаэродинамического сопротивления систем кондиционирования воздуха
Полное аэродинамическоесопротивление СКВ находят по формуле
Рс = ΔРпк+ΔРф +ΔРв1 +ΔРок + ΔРв2+ ΔРпр +ΔРв.в., (47)
гдеΔРпк –сопротивление приемного блока, Па
ΔРпк=Δhпк ·(L/Lк)1,95 (48)
(здесь L – расчетная объемнаяпроизводительность СКВ, м3/ч;
Lк – объемная производительность кондиционера, м3/ч;
Δhпк – сопротивление блока приноминальной производительности кондиционера (Δhпк= 24 Па), Па);
ΔРпк= 24·(12078/20000)1,95 = 8,98 Па;
ΔРф –аэродинамическое сопротивление фильтра (при максимальной запыленности фильтраΔРф = 300 Па), Па;
ΔРв1 –аэродинамическое сопротивление первого воздухонагревателя, Па;
ΔРв1 =6,82 (ρv)1,97·R
ΔРв1 =6,82 (1,94)1,97·0,99 = 24,9 Вт.
ΔРв2 –аэродинамическое сопротивление второго воздухонагревателя, Па
ΔРв2 =10,64·(υρ)1,15·R,(49)
(здесь R – коэффициент, зависящий отсреднеарифметической температуры воздуха в воздухонагревателе);
ΔРв2 =10,64·(1,94)1,15·1,01 = 23,03 Па;
ΔРок –аэродинамическое сопротивление оросительной камеры, Па
ΔРок =35·υок2,(50)
(здесь υок– скорость воздуха в оросительной камере, м/с);
ΔРок =35·2,52 = 218,75 Па;
ΔРпр –аэродинамическое сопротивление присоединительной секции, Па
ΔРпр =Δhпр(L/Lк)2, (51)
(здесьΔhпр – сопротивление секции приноминальной производительности (Δhпр = 50 Па),Па);
ΔРпр =50(12078/20000)2 = 18,2 Па;
ΔРв.в –аэродинамическое сопротивление в воздуховодах и воздухораспределителях (ΔРв.в= 200 Па), Па.
Рс = 8,98 +300 +24,9+218,75+ 23,03 + 18,2 +200 = 793,86 Па.
3.9 Подборвентилятора системы кондиционирования воздуха
Исходными данными дляподбора вентилятора являются:
— производительностьвентилятора 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 периодгода, °С;
Рн – давлениевоздуха 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 полученныхданных подбираем вентилятор В.Ц4-75 исполнение Е8.095-1.
nв = 950 об/мин
ŋ = 87%
Nу = 4 кВт
m = 301 кг.
3.10 Подбор насосадля камеры орошения
Подбор насоса осуществляютс учетом расхода жидкости и требуемого
ора. Расход жидкостидолжен соответствовать максимальному объемному
расходу циркулирующейводы в оросительной камере, м3/ч
Lw = Gwmax/ρ,(53)
гдеGwmax – массовый максимальный расход водыв ОКФ, кг/ч;
ρ – 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+ ΔН, (54)
где Рф –давление воды перед форсунками, кПа;
ΔН – потери напорав трубопроводах с учетом высоты подъема к коллектору (для оросительных камерΔН = 8 м вод. ст.), м вод. ст..
Нтр = 0,1·50,4+ 8 = 13,04 м вод. ст.
По полученным даннымподбираем насос и электродвигатель к нему.
Параметры подобранногонасоса:
- наименование:КК45/30А;
- расход жидкости 35 м3/ч;
- полный напор 22,5 м вод. ст.;
- КПД 70%.
Параметры подобранногоэлектродвигателя:
- тип А02-42-2;
- масса 57,6 кг;
- мощность 3,1 кВт.
3.11 Расчет иподбор основного оборудования системы холодоснабжения
Целью расчета основногооборудования системы холодоснабжения является:
— вычисление требуемойхолодопроизводительности и выбор типа холодильной машины;
— нахождение режимныхпараметров работы холодильной машины и проведение на их основе поверочногорасчета основных элементов холодильной установки-испарителя и конденсатора.
Расчет осуществляется вследующей последовательности:
а) находим требуемуюхолодопроизводительность 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 режимработы холодильной машины, для чего вычисляем:
- температуру испаренияхолодильного агента, °С
tи = (twк+tх)/2 – (4…6), (56)
где twк – температура жидкости, выходящей из оросительнойкамеры и поступающей в испаритель, °С;
tх – температура жидкости, выходящей из испарителя ипоступающей в оросительную камеру, °С.
— температуру конденсациихолодильного агента, °С
tк = twк2 +Δt,(57)
где twк2 – температура воды, выходящей изконденсатора, °С
twк2 =twк1 +Δt (58)
(здесь twк1 – температура воды, поступающей вконденсатор, °С (Δt =4…5°С); при этомtк не должна превышать +36°С.)
twк1 = tмн + (3…4),(59)
где tмн – температура наружного воздуха помокрому 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
— температурупереохлаждения жидкого хладагента перед регулирующим вентилем, °С
tпер = twк1 + (1…2)
tпер = 10,9 + 2 = 12,9 °С
— температуру всасыванияпаров 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 поверочныйрасчет оборудования, для чего вычисляют:
— поверхность испарителяпо формуле
Fи = Qохл/Ки·Δtср.и,(61)
где Ки –коэффициент теплопередачи кожухотрубного испарителя, работающего на хладоне 12(Ки = (350…530)Вт/м2·К);
Δtср.и – средняя разность температур междутеплоносителями в испарителе, определяемая по формуле
Δtср.и = (Δtб – Δtм)/2,3lg Δtб/ Δtм(62)
Δtб = Δtw2 — tи(63)
Δtб = 9,11 – 2,215 =6,895 °С (64)
Δtм =3,32 – 2,215 = 1,105°С
Δtср.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 характеристикехолодильной машины; при этом следует выполнить условие
Fи ≤ Fи`
23,8 м2
- поверхностьконденсатора по формуле
Fк = Qк/Кк·Δtср.к,(65)
где Qк – тепловая нагрузка на конденсатор, Вт
Qк = Qх + Nк.ин ,(66)
(здесьNк.ин – потребляемая индекаторная мощностькомпрессора; с некоторым запасом индекаторную мощность можно принимать равнойпотребляемой мощности компрессора, Вт);
Кк –коэффициент теплопередачи кожухотрубного конденсатора, работающего на хладоне12 (Кк = (400…650) Вт/м2·К);
Δtср.к – средняя разность температур междутеплоносителями в конденсаторе, определяемая по формуле, °С
Δtср.к = (Δtб – Δtм)/2,3lg Δtб/ Δtм(67)
Δtб = tк — twк1(68)
Δtб = 20,9 – 3,32 = 17,58°С
Δtм = tк — twк2 (69)
Δtм= 20,9 – 9,11 = 11,79 °С
Δtср.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 поверхностьконденсатора Fк сравниваем с поверхностью конденсатора Fк`, числовое значение которой приведено в техническойхарактеристике холодильной машины, при этом следует выполнить условие
Fк ≤ Fк`
14,2 м2 ≤16,4 м2 – условие выполняется.
Расход воды вконденсаторе, 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 использованныхисточников
1. СНиП 2.04.05-91.Отопление, вентиляция и кондиционирование. – М.: Стройиздат, 1991.
2. Внутренниесанитарно-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. Кондиционированиевоздуха и холодоснабжение: Методические указания к курсовой работе. – Пенза:ПИСИ, 1995.