Курсоваяработа на тему:
,, Системакондиционирования воздуха в
производственномпомещении”
Содержание
Введение. Общие сведения о системах кондиционирования воздуха
1.1 Классификация систем кондиционирования воздуха
1.2 Принципиальная схема прямоточной системыкондиционирования воздуха
2. Формулировка задания на курсовую работу
3. Тепловой баланс производственного помещения
3.1 Выбор расчётных параметров наружного и внутреннеговоздуха
3.2 Расчёт теплопоступлений в помещение
3.3 Расчёт тепловых потерь помещением
4. Расчет избыточной теплоты в помещении
5. Расчёт процессов обработки воздуха в системекондиционирования
5.1 Построение в I-dдиаграмме обработки воздуха в тёплыйпериод
5.2 Построение в I-dдиаграмме обработки воздуха вхолодный период
5.3 Расчёт воздухообмена в помещении
5.4 Выбор основного оборудования для системыкондиционирования воздуха
6. Разработка схемы воздухораспределения в помещении
6.1 Составление схемы воздухораспределения
6.2 Аэродинамический расчет системы воздухораспределения Список литературы
Введение
Под кондиционированиемвоздуха понимают создание и автоматическое поддержание в закрытых помещениях исооружениях основных параметров воздушной среды: температуры, влажности,давления, чистоты, газового и ионного состава, наличия запахов и скоростидвижения воздуха.
Комплекс техническихсредств, осуществляющих требуемую обработку воздуха (фильтрацию, подогрев,охлаждение, осушку и увлажнение), транспортирование его и распределение вобслуживаемых помещениях, устройства для глушения шума, вызываемого работойоборудования, источники тепло- и хладоснабжения, средства автоматическогорегулирования и управления, а также вспомогательное оборудование составляют системукондиционирования воздуха.
Устройство, в которомосуществляется термовлажностная обработка воздуха и его очистка, называетсякондиционером. Установки кондиционирования воздуха обеспечивают в помещенияхнеобходимый микроклимат для создания условий комфорта и нормального протеканиятехнологического процесса.
В общем случае расчетсистем кондиционирования воздуха производится на основе избыточныхтепловыделений, влаговыделений, содержания вредных газов или пыли. В настоящейработе рассматривается вариант расчета, основанный только на избыточныхтепловыделениях.
Обеспечение требуемыхпараметров воздушной среды помещений различного назначения регламентируетсясоответствующими строительными нормами и правилами (СНиП), техническимиусловиями (ТУ) и другими нормативными документами.
кондиционированиевоздух тепловой баланс
1. Общие сведения осистемах кондиционирования воздуха
1.1 Классификациясистем кондиционирования воздуха
Системы кондиционированиявоздуха по назначению можно подразделить на комфортные, технологические икомфортно-технологические. В первом случае обеспечиваются нормируемые параметрывоздушной среды для человека, во втором случае –параметры технологическогопроцесса, третий случай предполагает обеспечение нормируемых параметровтехнологического процесса в условиях постоянного пребывания обслуживающегоперсонала.
По принципу централизацииих функций системы кондиционирования различают центральные, местные,неавтономные и автономные.
В центральных системахисточники холода и теплоты централизованы. Распределение воздуха по отдельнымпомещениям производится с помощью разветвленных сетей воздуховодов.
Местные неавтономныесистемы имеют централизованные источники холода и теплоты. Обработка воздухапроизводится в местных кондиционерах, которые располагают непосредственно вобслуживаемых ими помещениях. В этом случае система распределительныхвоздуховодов отсутствует. Питание местных неавтономных кондиционеровтеплоносителем и хладоносителем производится с помощью трубопроводов, сцентральными источниками теплоты и холода.
Автономные системыотличаются тем, что в каждом кондиционируемом помещении устанавливаютавтономные кондиционеры с индивидуальными, встроенными в общий корпус,кондиционера, холодильными машинами. Кроме перечисленных систем, возможны идругие устройства кондиционирования воздуха.
По режиму работыкондиционеры подразделяются на круглогодичные, поддерживающие требуемыепараметры воздуха в течение всего года, и сезонные, осуществляющие дляхолодного периода нагрев и увлажнение воздуха, а для теплого периода –охлаждение и осушение воздуха.
По давлению, развиваемомувентилятором, различают системы кондиционирования воздуха низкого (АР 3,0 кПа).
По схеме обработкивоздуха системы кондиционирования бывают прямоточные, характерные тем, чтообработке в кондиционере подлежит только наружный (свежий) воздух, ирециркуляционные, характеризующиеся обработкой в кондиционерах смеси наружногои части рециркуляционного (отработавшего) воздуха. В настоящей работерассматривается только прямоточная схема кондиционирования.
1.2 Принципиальнаясхема прямоточной системы кондиционирования воздуха
Прямоточные схемы обычноприменяют в тех случаях, когда по условиям запыленности или загазованностииспользование рециркуляционного воздуха не допускается и кондиционеры работаюттолько на наружном воздухе. Принципиальная схема приведена на рис.1.
В теплый период годанаружный воздух в полном количестве Lo проходит через фильтр, где осуществляется его очистка, поступает воросительную камеру, в которой разбрызгивается охлажденная вода, имеющаятемпературу ниже температуры точки росы.
При контакте воздуха скапельками воды он охлаждается и осушается, приобретая в конце оросительнойкамеры заданное влагосодержание при насыщении, обычно равном />95%. Так как при этомтемпература воздуха становится ниже необходимой температуры приточного воздуха,то для доведения до указанной температуры воздух после оросительной камерынаправляется в калорифер второго подогрева, в котором он нагревается дозаданной температуры выхода воздуха из кондиционера.
Во избежаниемеханического выноса капель воды на выходе из оросительной камерыустанавливается жалюзийная решетка (каплеуловитель). Обработанный воздухвентилятором подается в помещение.
Вода, собирающаяся вподдоне оросительной камеры, поступает в холодильную машину, где онаохлаждается до необходимой температуры и насосом по системе трубопроводовподается в форсунки, расположенные в оросительной камере.
В холодный период годанаружный воздух в полном количестве Lo поступает в калорифер первого подогрева, в котором он подогреваетсядо той температуры, при которой его теплосодержание будет соответствоватьрасчетному теплосодержанию адиабатического процесса увлажнения. Затем воздухпоступает в оросительную камеру, где происходит адиабатический процессувлажнения, в результате которого воздух получает заданное влагосодержание (приточноговоздуха) при относительной влажности />95% .
При адиабатическомпроцессе испарения температура воздуха на выходе из оросительной камерыдостаточно близка к температуре мокрого термометра, которая обычно» нижезаданной температуры приточного воздуха, то для доведения его температуры дозаданной он подвергается дополнительному нагреву в калорифере второгоподогрева.
Узел охлаждения и подачиводы в оросительную камеру работает в требуемом режиме. Обработанный воздухвентилятором подается в помещение.
/>
Рис.1. Принципиальная схема прямоточной системы кондиционированиявоздуха.
1.3 Формулировказадания на курсовую работу
Общая постановка задачисостоит в следующем. Местонахождение предприятия город Владивосток. Производственноепомещение представляет собой цех, полностью занимаемый один из этажей отдельностоящего трехэтажного здания. Цех расположен на 2 этаже. Ширина здания цеха — b=24 м; длина здания цеха – l=70 м; высота цеха — h=4 м.
Торцевые стенки зданияглухие, ориентированы на север и юг. В боковых стенках цеха, ориентированных назапад и восток, имеются световые проемы с двойным остеклением в металлическихпереплетах общей площадью F0=80 м2. Освещениепроизводится люминесцентными лампами. В летний период включается 60% ламп.Светозащитные устройства отсутствуют. Все стены здания одинаковой толщины d=525 мм выполнены из глиняного красного кирпича. Свнутренней стороны стен нанесен слой известковой штукатурки толщиной dш=10 мм. Перекрытия между этажами (в том числе потолоки пол) выполнены из железобетона толщиной dб=300 мм.
Кровля совмещенная,плоская. На железобетонном перекрытии расположен теплоизоляционный слой, выполненныйиз шлаковаты dшл=150 мм, атакже гидроизоляционный слой из из трёхслойного рубероида общей толщиной dруб=5 мм. Чердачное помещениеотсутствует.
Под железобетонным поломрасположен теплоизоляционный слой из шлаковаты dшл=150 мм, гидроизоляционный слой из изтрёхслойного рубероида общей толщиной dруб=5 мм и стальная обшивка толщиной dст=1 мм.
В цехе размещено /> станков. Установленнаямощность электродвигателя для каждого станка N=1,5кВт. В цехе работает m=30 человек в смену. Норма расхода электроэнергии наосвещение />Вт/м2пола. Потери давления в системе кондиционирования воздуха />Па. Условия труда дляобслуживающего персонала в цехе соответствуют категории средней тяжести IIа.
/>
Рис.2. Общий вид здания.
Целью задания является разработкасистемы кондиционирования воздуха, обеспечивающей санитарно-гигиеническиеусловия для обслуживающего персонала цеха и оптимальные условия длятехнологического процесса.
При выполнении указанногозадания необходимо решить ряд частных задач, а именно:
1. Произвести выбор расчетных параметров наружного и внутреннеговоздуха для теплого и холодного периодов года.
2. Выполнить расчет тепловыделений в помещение в теплый ихолодный периоды года.
3. Выполнить расчет тепловых потерь помещением в теплый ихолодный периоды года.
4. Рассчитать количество избыточной теплоты в помещениидля теплого и холодного периодов года на основе теплового баланса помещения.
5. Осуществить построение на I-d диаграммепроцессов обработки воздуха в тёплый и холодный периоды года.
6. Определить расход кондиционируемого воздуха, кратностьвоздухообмена в помещении, холодопроизводительности кондиционеров.
7. Выбрать тип, производительность и количествовентиляторов, мощность электродвигателей для их привода, кондиционеры и холодильныемашины.
8. Составить схему воздухораспределения в помещении ивыполнить ее аэродинамический расчет.
Результаты работыоформляются в виде пояснительной записки и графического материала на двухлистах. На одном листе изображаются графические построения процессов обработки воздухав I-d диаграмме для теплого и холодного времени года, на другом –принципиальные схемы кондиционирования воздуха и системы воздухораспределения впомещении.
2. Тепловой баланспомещения
2.1 Выбор расчётныхпараметров наружного и внутреннего воздуха
Расчетная температуранаружного воздуха принимается в зависимости от назначения системы вентиляцииили кондиционирования и климатических условий местности.
Установки для системкондиционирования и вентиляции по степени обеспечения заданного микроклимата впомещении согласно СниП подразделяются в зависимости от расчетных параметровнаружного воздуха на три группы: А, Б, В.
Для теплого периодарасчетной температурой наружного воздуха являются: для группы A – средняя температура самого жаркого месяца в полдень; длягруппы В – максимальное значение температуры, которое было зарегистрировано завесь период наблюдений в данном географическом пункте; для группы Б — среднеезначение из указанных выше температур.
Для холодного периодарасчетной температурой наружного воздуха являются: для группы A – средняя температура самого холодного месяца в полдень; длягруппы Б – расчетная температура для проектирования отопления (средняятемпература за пять наиболее холодных суток подряд); для группы В – минимальноезначение температуры, которое зарегистрировано за весь период в данномгеографическом пункте.
Расчет системкондиционирования воздуха для основной категории жилых и производственныхпомещений, в том числе и для рассматриваемой задачи, производится на расчетнуютемпературу по группе Б, обеспечивающую «нормальное» состояние воздушной средыв помещении с отклонениями в экстремальных летних и зимних условиях.
Численные значениярасчетных параметров наружного воздуха для г. Астрахань принимаются поклиматологическим данным в соответствии со СНиП:
тёплый период: /> />
холодный период: /> />
Расчетная температуравнутреннего воздуха в рабочей зоне помещения выбирается в зависимости отхарактеристики помещения и категории выполняемых работ.
Рабочей зоной считаетсяпространство высотой до двух метров над уровнем пола или площадкойобслуживания, на котором находится рабочее место. Постоянным рабочим местомсчитается то место, где работающий находится большую часть (более 50% или болеедвух часов непрерывно) своего рабочего времени.
При определении расчетныхметеорологических условий в помещении учитываются способность человеческогоорганизма к акклиматизации в разное время года, интенсивность производимойработы и характер тепловыделений в рабочем помещении.
Параметры воздуханормируются в зависимости от периода года. Различают три периода года:холодный, теплый и переходный. Переходным считается период, когда средняятемпература наружного воздуха составляет +8 °С.
При учёте интенсивноститруда все виды работ делятся на три категории: легкие, средней тяжести итяжелые. По условиям рассматриваемого задания категория работ впроизводственном помещении относится к группе IIа.
Численные значенияосновных параметров воздуха в помещении регламентируются СНиП для категории IIа:
тёплый период:
температура – />
относительная влажность –/>
скорость воздуха не более– />
холодный и переходныйпериод:
температура – />
относительная влажность –/>
скорость воздуха не более– />
2.2 Расчёттеплопоступлений в помещение
Тепловыделения от работающегооборудования с электрическим приводом за счет перехода механической энергии втепловую определяется по выражению
/>,
где Nуст — установленная мощность привода электродвигателя в расчёте на единицуоборудования, кВт, определяется заданием; kисп — коэффициент использования мощности электродвигателя,обычно рекомендуется принимать 0,8; kв — коэффициент одновременности работы оборудования, определяемый заданием, можнопринять равным 1. Величина Qоб от периода года не зависит.
Теплопоступления отосвещения для теплого и холодного периода года рассчитываются
/>
/>,
где F=2280м2 — поверхность пола в помещении;
qoc = 40 Вт/м2 — нормаосвещенности 1 м2 в соответствий со СНиП;
kв — коэффициент одновременности работы осветительных установок: в холодный периодможно принимать kв =1,0, в тёплый период kв = 0,5 — 0,6.
Теплопоступления отобслуживающего персонала для холодного и теплого периодов года рассчитываютсяпо выражению
/>,
где m – число работников; Qявн — явные тепловыделения от одного человека, кДж/ч; r = 2250 кДж/кг — скрытая теплота парообразования; Wп– влаговыделения от одного человека, г/ч.
Теплопоступления отсолнечной радиации через световые (оконные) проемы рассчитываются только длятеплого периода года
/>,
где Focт — суммарная поверхность остекления, м2; qocт — плотностьтеплового потока, передаваемого за счет солнечной радиации, зависящая оториентации световых проемов по сторонам света; Аост — эмпирическийкоэффициент, зависящий от вида остекления; k – эмпирический коэффициент зависящий, от прозрачностистекол.
Теплопоступления черезвнешние ограждения извне за счет более высокой температуры наружного воздухапри проектировании систем кондиционирования рассчитываются для теплого периодав том случае, если расчетная температура наружного воздуха превышает расчетнуютемпературу воздуха внутри помещения на 5°С и более, т.е. tнт– tвт > 5 °С
/>
/>
где Foгp — поверхность внешнего ограждения за вычетом поверхности остекления, м2;koгp — коэффициент теплопередачи через ограждения, Вт/(м2*0С);tнт и tвт — соответственнорасчетная температура наружного воздуха и воздуха внутри помещения, 0С;в и н — соответственно коэффициент теплоотдачи от воздуха внутри помещения к стене и отнаружной поверхности стены к наружному воздуху, Вт/(м2*0С);i — толщина отдельных слоев,составляющих стену, м; i — коэффициент теплопроводности материалов, из которых выполненастена, Вт/(м*0С).
Суммарныетеплопоступления в помещение для теплого периода года в общем случае составляют
/>,
для холодного периодагода
/>
2.3 Расчёт тепловыхпотерь помещением
Тепловые потерирассчитываются только для холодного периода года.
Тепловые потери через остеклённыеоконные световые проёмы определяются по выражению
/>,
где Focт — суммарная поверхность остекления, м2; k — коэффициент теплопередачичерез оконные проемы, Вт/(м2 0С); tвх и tнх — соответственно расчетные температуры воздуха внутри помещения и наружноговоздуха для холодного периода года, 0С.
Значения коэффициентатеплопередачи определяются в соответствии со СНиП.
Тепловые потери черезнаружные 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 дляхолодного периода, 0С; n — эмпирический поправочный коэффициент,зависящий от характера ограждения.
Для условийрассматриваемого задания тепловые потери для помещений первого этажарассчитываются через оконные проёмы, боковые стены, пол.
Суммарные тепловые потерипомещением для холодного периода года составят
/>
2.4 Расчет избыточнойтеплоты в помещении
Избыточная теплота впомещении рассчитывается как разность между суммарными тепловыделениями итеплопотерями и составляет для теплого периода года
/>,
для холодного периода
/>
3. Расчёт процессовобработки воздуха в системе кондиционирования
3.1 Построение в I-dдиаграмме процессов обработкивоздуха в тёплый период
Построение процессовобработки воздуха осуществляется на основе принятой прямоточной системыкондиционирования воздуха (рис.1) при наличии в помещении только теплоизбытков,что определено условиями рассматриваемого задания. Последовательностьпостроения процессов в I-d диаграмме рассмотрено на рис.3.
На поле I-d диаграммы наносится точка 1, соответствующая расчетнымпараметрам наружного воздуха для теплого периода при известной температуре /> иотносительной влажности />. Затем наносится точка 2,соответствующая расчетным параметрам внутреннего воздуха при известнойтемпературе /> иотносительной влажности />. Анализ взаимного расположения точек1 и 2 на I-d диаграмме показывает, что общее направление процессаобработки воздуха в теплый период сводится к его охлаждению и осушению. Этотпроцесс реализуется в камере орошения кондиционера за счет разбрызгиваемойводы, температура которой должна быть ниже температуры точки росыобрабатываемого воздуха.
При этом следуетучитывать два обстоятельства: во-первых, для предотвращения механического уносакапель влаги в систему воздуховодов на выходе из оросительной камеры величинаотносительной влажности не должна превышать />; во-вторых, влагосодержаниеобрабатываемого воздуха на выходе из оросительной камеры должно соответствоватьрасчетному />влагосодержанию воздуха внутрипомещения (в точке 2), так как по условиям задания в помещении отсутствуютвлаговыделения. Учет этих факторов позволяет на поле I-d диаграммынанести точку 0, характеризующую параметры воздуха на выходе из оросительнойкамеры.
Для этого сначалаосуществляют построение линии нижней: пограничной кривой /> и линии относительнойвлажности />.Точка 0 будет находиться на пересечении луча d2=const,проведенного из точки 2 вертикально вниз, и линии относительной влажности />. Соединивточки 1 и 0 прямой линией, получают луч процесса охлаждения и осушения воздухав оросительной камере кондиционера. Продлив луч процесса 1-0допересечения с линией />, определяют точку m, температура в которой с известнымприближением принимается в качестве конечной температуры охлаждающей воды навыходе из оросительной камеры />.
Затем определяюттемпературу приточного воздуха в помещении. За счет имеющихся в помещениитеплоизбытков температура воздуха в рабочей зоне будет повышаться, что даетоснование принимать температуру приточного воздуха на 4-6°С ниже, чем расчетнаятемпература воздуха в помещении. Параметры приточного воздуха характеризуютсяположением точки 3, расположенной на линии d2=const и отстоящейот точки 2 по значению температуры на 4-6 °С.
В теплый период года засчет более высокой температуры окружающего воздуха происходит естественныйподогрев воздуха в воздуховодах и самом вентиляторе. Величина этого подогреваоценивается 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.
Таким образом,окончательно процесс обработки воздуха в теплый период года для прямоточнойсистемы кондиционирования воздуха при наличии в помещении только теплоизбытковосуществляется по линии 1-0-4-3-2, где 1-0 — процесс охлаждения иосушения наружного воздуха в оросительной камере кондиционера; 0-4-процесс подогрева воздуха в калорифере второго подогрева; 4-3 — процессестественного подогрева воздуха в воздуховодах и вентиляторе; 3-2 — естественный подогрев воздуха в помещении за счет имеющихся там теплоизбытков.
/>
Рис.3. Процессы обработки воздуха в тёплый период года.№ точки I, кДж/кг φ, % t, °C d, г/кг 1 52 61 24,5 11 33 95 11,8 8,4 4 41 60 20 8,4 3 39 65 18 8,4 2 43 50 22 8,4
3.2 Построение в I-dдиаграмме процессов обработкивоздуха в холодный период
Наносится на поле I-d диаграммы точка 1, соответствующая расчетным параметрамнаружного воздуха для холодного периода года при известной температуре /> иотносительной влажности />. Затем наносится точка 2,соответствующая расчетным параметрам внутреннего воздуха при известнойтемпературе /> иотносительной влажности />. Анализ взаимного расположенияточек 1 и 2 на I-d диаграмме показывает, что общеенаправление процесса обработки воздуха в холодный период сводится к егонагреванию и увлажнению. Этот процесс реализуется в камере орошениякондиционера за счет разбрызгиваемой воды, температура которой должна быть вышетемпературы точки росы обрабатываемого воздуха. При этом в оросительной камерекондиционера осуществляется процесс адиабатического увлажнения воздуха.
Процесс адиабатическогоувлажнения характеризуется равенством между количеством теплоты, полученнымповерхностью жидкости от окружающего воздуха, и количеством теплоты,затраченном на испарение. Поступающая к поверхности жидкости от наружноговоздуха явная теплота полностью затрачивается на испарение части жидкости,переходя при этом в скрытую теплоту водяных паров. Образовавшиеся водяные парыпоступают в окружающий воздух, увеличивая его влагосодержание итеплосодержание. Тем самым воздуху компенсируется снижение его теплосодержанияв связи с расходом явной теплоты на испарение. Таким образом, для практическихрасчетов можно предполагать, что адиабатический процесс увлажнения воздухаосуществляется по линии постоянного теплосодержания I = const.
С учетом условийрассматриваемого варианта задания, изложенных в предыдущем параграфе, на поле I-d диаграммы наносят точку 0, характеризующую параметры воздухана выходе из оросительной камеры. Для этого сначала осуществляют построениелинии нижней пограничной кривой /> и линии относительной влажности />. Точка 0 будетнаходиться на пересечении луча />, проведенного из точки 2 вертикальновниз и линии относительной влажности />. Проведя через точку 0 лучпроцесса адиабатического увлажнения по линии Io=const, а через точку 1 линию луча процесса нагреваниявоздуха в калорифере первого подогрева, получим точку 4 пересечения этих линий,параметры которой определяют состояние воздуха на входе в оросительную камеру.
Затем определяюттемпературу приточного воздуха в помещении. За счет имеющихся в помещениитеплоизбытков температура воздуха в рабочей зоне будет повышаться, что даетоснование принимать температуру приточного воздуха на 4 — 6 °С ниже, чемрасчетная температура воздуха в помещении. Параметры приточного воздухахарактеризуются положением точки 3, расположенной на линии />и отстоящей от точки 2по значению температуры на 4 — 6°С. В холодный период года естественногоподогрева воздуха в воздуховодах не происходит.
Таким образом,окончательно процесс обработки воздуха в холодный период года для прямоточнойсистемы кондиционирования воздуха при наличии в помещении только теплоизбытковосуществляется по линии 1-4-0-3-2, где 1-4 — процесс нагрева наружного воздухав калорифере первого подогрева; 4-0 — процесс адиабатического увлажнениявоздуха в оросительной камере кондиционера; 0-3 — процесс нагрева воздуха вкалорифере второго подогрева; 3-2 — естественный процесс подогрева воздуха впомещении за счет имеющихся там теплоизбытков.
/>
Рис.4. Процессы обработки воздуха в холодный период года.