Отопление, вентиляция, кондиционирование

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕКСТИЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени А.Н.КОСЫГИНА» Учебно-методический комплекс для подготовки бакалавров по направлению 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника» И.В.Козырев, К.А.Кирокосян ОТОПЛЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ Конспект лекций Учебное пособие Допущено к изданию редакционно-издательским советом университета ____________________________________________________________________ Москва 2012 УДК 628.8(072) К58 И.В.КОЗЫРЕВ, К.А.КИРОКОСЯН. Учебное пособие «ОТОПЛЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ. КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ» – М.: ФГБОУ ВПО «МГТУ им.А.Н.КОСЫГИНА», 2012. – 52с. Конспект лекций по курсу «Отопление, вентиляция, кондиционирование» предназначено для студентов направления 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника», обучающихся на дневном и заочном отделениях. Рассмотрены основные виды систем вентиляции и кондиционирования, описана методика расчета термических сопротивлений с учетом требуемых термических сопротивлений. Рассмотрена методика подбора центрального кондиционера для производственного цеха текстильного предприятия, описана методика расчета теплового баланса. Приведены методики расчета и подбора основных частей центрального кондиционера – камеры орошения, калориферов первого и второго подогревов и вентилятора. Рецензенты: проф. В.М.Ерошенко (ОАО «ЭНИН им.Г.М.Кржижановского) проф. Л.И.Жмакин (ФГБОУ ВПО «МГТУ им.А.Н.Косыгина») Подготовлено к печати на кафедре промышленной теплоэнергетики 2 Введение. Отопление предназначено для возмещения потерь тепла через строительные ограждения помещений в холодный период года и поддержания в них необходимой температуры воздуха. Вентиляция предназначена для поддержания в помещении параметров воздушной среды, удовлетворяющих гигиеническим и технологическим требованиям, т.е. обеспечивающим хорошее самочувствие, работоспособность и сохранение здоровья людей и нормальное протекание технологического процесса. Под системой вентиляции понимают комплекс устройств, способствующих удалению из помещений вредных выделений и снабжению помещений чистым воздухом с целью поддержания в них состояния воздуха, отвечающего требованиям санитарных норм. Кондиционирование – это процесс создания и поддержания определенных параметров воздушной среды, не зависящих от внешних параметров воздуха, является разновидностью вентиляции, более сложной ее ступенью. Система кондиционирования воздуха (СКВ) - комплекс технических средств и устройств для приготовления воздуха с заданными параметрами и поддержания в помещении оптимального или заданного состояния воздушной среды. Кондиционер – устройство, в котором осуществляется требуемая тепловлажностная обработка воздуха и его очистка. СКВ различают: 1. По характеристике воздуха, поступающего в кондиционер на обработку – 1.1.Прямоточные СКВ – в которых используется наружний воздух и 1.2. Рециркуляционные СКВ – в которые поступает смесь наружнего и внутреннего воздуха, а в отдельных случаях только внутреннего 2. По расположению используемых источников тепла и холода – 2.1. Автономные кондиционеры – генератор тепла и холода входит в состав кондиционера, со стороны подводится только электроэнергия и охлаждающая вода 2.2. Неавтономные – тепло и холод подводятся от централизованного источника извне 3. По характеру связи с обслуживаемыми помещениями – 3.1. Центральные - воздух обрабатывается в центральном кондиционере, расположенном вне обслуживаемых помещений, подается через воздуховоды для поддержания микроклимата в одном большом или нескольких небольших помещениях со сходным микроклиматом 3.2. Местные – размещаются на тех рабочих местах, где необходимо поддержание определенного микроклимата 3.3. Центральноместные – обслуживают несколько помещений с разным микроклиматом. Назначение систем вентиляции и кондиционирования: 1. Для создания комфортных условий: t = 1823 о С параметры воздуха  в ;  в = 6065 % 3 V <0,2 м/с– скорость перемещения воздуха в помещении; k = 2÷10 1 - кратность циркуляции – количество воздухообменов в час помещении (показывает, сколько раз в течение часа меняется воздух в помещении), Рабочий диапазон для промышленных предприятий или помещениях, связанных с производством 4 R, то требуется добавить на рассчитываемую поверхность утеплитель такой толщины, при которой R станет не меньше R oтр ( R пр ). Расчет теплового баланса помещения. Для теплого и холодного периодов года баланс считается отдельно. Q изб = Q тв + Q тп − Q п , [Вт] – количество избыточного тепла, где Qтв– тепловыделения в помещении Qтп – теплопоступления в помещение Qп – теплопотери помещения Q тв = Q эл + Q осв + Q л [Вт], где Qэл - тепловыделение от электрооборудования Q эл = N уст * К исп * К в * n подв , [Вт], где Nуст. – установленная мощность электродвигателя одной машины или станка; nдв – количество электродвигателей, установленных на рассматриваемой площади; Кисп. – коэффициент использования энергии (Кисп. = 0,6 ÷ 0,8); Кв – коэффициент характеризующий количество тепла, которое выделяется с поверхности привода, определяет какое количество тепла выделяется при охлаждении статора, Кв = 0,5 ÷ 1, для текстильных предприятий Кв = 1. Qл - количество тепла поступающее в цех от людей Q л = n л * q л , [Вт], где qл – нормируемое количество тепла, выделяемое человеком в зависимости от рода деятельности qл=80÷140 Вт, для рабочих текстильного цеха qл=116; n – количество сотрудников Qосв – количество тепла от искусственного освещения Q осв = К осв * n осв * F , [Вт], где Kосв – коэффициент, учитывающий конструкцию подвески светильника: Kосв =1 когда освещение подвесное, Kосв =0,4, когда освещение встроенное; nосв – норма мощности освещения на 1м2 (nосв = 40÷50 Вт/м2 – для текстильного производства); F – площадь потолка цеха. Q тп = Q р + Q тпт , [Вт], где Qр – количество тепла, поступившего за счет солнечной радиации Qтпт – количество тепла, поступившего за счет теплопередачи При этом в холодный период года теплопоступлений за счет солнечной радиации нет, а Qтпт считается теплопотерей. 17 Q р = Q р.ост + Q рп , [Вт], Qр.ост – количество тепла, которое попадает в помещение через остекление оконных проёмов, Q р.ост = Fост * q ост * А ост * 0,278 , [Вт], где Fост. – площадь оконных проемов на рассматриваемой стене здания; qост – удельное теплопоступление за счет солнечной радиации, кДж/(м2*ч) – из справочника; A ост – коэффициент зависящий от вида остекления (количество стекол в пакете) – для одинарного остекления A ост = 1,2, для двойного остекления A ост = 0,9 (применяется для текстильных предприятий), для тройного остекления A ост = 0,75, для закрашенного или тонированного стекла A ост = 0,5÷0,6; 0,278 - коэффициент перевода кДж в Дж и часов в секунды). Qрп – количество тепла, поступающего от солнечной радиации через покрытия. Q рп = K п * q п * Fп * 0,278 , [Вт], где qп – удельное теплопоступление через покрытие за счет солнечной радиации, qп = 60 кДж/(м2*ч) для средней широты при расчете горизонтальных поверхностей (крыша), qп = 20 кДж/(м2*ч) для средней широты при расчете вертикальных поверхностей (стены, дверь),Fп – площадь поверхности, м2 (для стен за вычетом площади окон и дверей); Кп. – коэффициент теплопередачи 1 рассматриваемого покрытия, K п = , Rп – термическое сопротивление Rп поверхности). F * t , [Вт], Q тпт = R F - площадь расчетной поверхности; Δt=tн – tв (для всех поверхностей кроме пола), Δt=tв – tпола (для пола). т Q изб = Q тв + Q тп − Q п , [Вт] х Q изб = Q тв − Q п , [Вт] где Q п - это сумма всех тепловых потерь. Далее рассчитываются расходы воздуха для теплого и холодного периода года по отдельности. Расчет инфильтрации для систем отопления и вентиляции Инфильтрация – неорганизованное поступление воздушной массы в помещение. Потери тепла на инфильтрацию в зимний период около 30%. Для выравнивания давления (ограничение инфильтрации) при использовании только вытяжной вентиляции необходимо устанавливать динамические клапаны (открываются и осуществляют организованную подачу воздуха с улицы при разрежении воздуха). Причины возникновения: 18 1) при применении системы вентиляции с механическим побуждением, а именно при этих условиях появляется возможность возникновения дисбаланса приток-вытяжка. 2) Поступление воздушной массы через пористость ограждения 3) Поступление через неплотности, оконные и дверные проемы, трещины в стенах (из-за разности плотностей воздуха). Расчет количества тепла, необходимого на подогрев инфильтруемого воздуха Q и1 = K * G 0 * A 0 + 0,7 (G * A) * c p (t в − t н ) , [Вт] – инфильтрация через оконный проём и наружное ограждение, где K - коэффициент, учитывающий конструкцию оконного проема (К=1,3 при одинарном остеклении, К=0,8 при двойном остеклении, К=0,7 при тройном остеклении); G0 – количество воздуха, поступающего в помещение через 1 м2 кг поверхности наружного ограждения [ ], из СНиПа (для материала с * м2 кг средней плотности и классического типа окна G0=10,6 ); час * м 2 А0 – расчетная площадь окна; G – расход воздуха через пористую поверхность наружного ограждения кг кг [ ], из СНиПа (для кирпичной стенки G=0,33 , для деревянной час * м 2 с * м2 кг кг стенки G=0,8 , для бетонных блоков G=0,2 ); час * м 2 час * м 2 А – площадь наружного ограждения; ср – теплоёмкость влажного воздуха: tв – температура внутреннего воздуха; tн – температура наружного воздуха.  Р   * c p (t в − t н ) , [Вт] – инфильтрация за счет Q и 2 = A щ *  2 *  н     неплотностей, щелей и пр., где Ащ – площадь всех щелей (из характеристик оконных проёмов и дверей); ρн – плотность наружного воздуха в холодный период года; ΔР - перепад между внутренним и наружним давлением [Па], зависит от разности внутренней и наружной температур и этажности здания. Определяет работа естественной вентиляции;   - сумма местных сопротивлений для оконных и дверных проёмов,   = 2  5 (для деревянного окна   =5). 19 Qи = Qи1 + Qи2 Определение расходов воздуха. По I-d (h-d) – диаграмме и известным параметрам наружного и внутреннего воздуха. I (h) I (h) t d φВ В tВ IВ К φ=90% О IК φ=100% IО d=const=dВ=dО=dК d В – параметры внутреннего воздуха О – параметры воздуха на выходе из камеры орашения (пересечение dв (перпендикуляра из точки В) и φ=90%) К - параметры воздуха после приточного вентилятора (пересечение dв (перпендикуляра из точки В) и IK=IO +1,3 кДж/кг; 1,3 - подогрев воздуха за счет трения о лопатки вентилятора). I К II В Н О Обслуживаемое помещение КО Расходы приточного воздуха рассчитываются по результатам теплового баланса отдельно для теплого и холодного периода года. т/х Q изб т/х , [кг/час] - массовый расход приточного воздуха G пр = (I В − I К ) * 0,278 Lт/х пр = т/х G пр  [м3/час] - объемный расход приточного воздуха, где ρ=1,2 м3/час K т/х = Lт/х пр V [1/час] - кратность циркуляции воздухообмена, где V – объем помещения 20 К = 4 ÷ 25 - рекомендуемые значения для текстильной промышленности. х G нт ./min - минимальное количество расхода воздуха, поступающего в помещение. Определяется в 2 этапа: 1) По количеству сотрудников х G нт ./min = n л *  в * l в , [кг/час] м 3 / час lв – количество воздуха, подаваемое в помещение на 1 человека, [ ], чел выбирается по кратности циркуляции 2) по проценту воздухообмена х т/х , [кг/час] G нт ./min = m * G пр m – процент воздухообмена, выбирается по кратности циркуляции К m, % 20 17,5 15 12,5 К≥10 К‹10 l, м3/час /чел 60 75 90 105 х Из двух результатов выбираем максимальную величины G нт ./min . Условия оптимальной работы системы кондиционирования х т 1) G пр  0,5 * G пр , если это не выполняется, то мы приравниваем х т G пр = 0,5 * G пр 2) К≥4, если это не выполняется, то принимаем Кх=4, тогда Lхпр = 4 * V , х G пр = Lхпр *  Любое изменение расхода приточного воздуха в сторону увеличения, а также кратности циркуляции приводит к дополнительным затратам тепла на нагрев избыточного воздуха. Выбор основного оборудования системы кондиционирования. Основное оборудование выбирается по объемному расходу приточного воздуха. Минимальная нагрузка на кондиционер 4,5*103 м3/час, максимальная 250*103 м3/час. Кондиционер выбирается по максимальному значению из Lтпр и Lхпр . При этом следует обратить внимание на размер помещения, в котором размещяются кондиционеры. Если кондиционеров несколько, то следует учесть, что в холодный период года часть из них отключают, а оставшиеся в работе должны обеспечивать Lхпр . 21 Процессы обработки воздуха системой кондиционирования в теплый период года. Варианты схем обработки воздуха: 1. Процесс обработки воздуха в системе кондиционирования лежит в диапазоне точек Н-О-К-В. Если точка Н лежит выше изотермы 5˚С, то секция калорифера I подогрева не работает (для средней полосы). Н-О – процесс обработки воздуха в камере орошения. О-К - нагрев воздуха о лопатки вентилятора К-В – подогрев воздуха за счет избыточного тепла в помещении tО>tН, IО>IН, dО>dН, I (h) В К φ=90% О φ=100% Н IО IН dН d=dВ=dО=dК d Qподв I К Н О К.О. Wподп процесс идет с увлажнением и нагревом. Режим работы камеры орошения политропный, нагрев воздуха осуществляется за счет распыления горячей воды, при этом камера орошения работает как теплообменник контактного типа. Необходимо подводить в камеру орошения воду в виде подпитки, так как идет увлажнение. Wподп = т (d О − d Н ) * G пр(1КЦ) 1000 , [кг/час], где т т - это G пр на один кондиционер G пр(1КЦ) 22 Подается весь приточный воздух, так как не используется режим рециркуляции ( G н.min не используется). т Q подв = G пр(1КЦ) * (I O − I Н ) * 0,278 , [Вт] 2. Процесс изоэнтальпийный с увлажнением, затрат тепловой энергии на охлаждение нет. Рециркуляция не используется. I (h) В Н К φ=90% О φ=100% IО=IН d=dВ=dО=dК d 3. Рециркуляция отсутствует, на вход подается весь приточный воздух. Н-О - политропный режим работы (I≠const) IН>IО, dО>dН, процесс идет с охлаждением (отводом тепла) и с увлажнением. I (h) В Н К φ=90% IН О φ=100% IО d=dВ=dО=dК d 23 Gпр К I Н О Gпр КО Wподп т Q хол = G пр(1КЦ) * (I Н − I О ) * 0,278 , [Вт] Необходимое количество воды для подпитки камеры орошения: т (d О − d Н ) * G пр(1КЦ) , [кг/час] Wподп = 1000 3. Процесс с применением рециркуляции воздуха. I (h) В C3 C2 К φ=90% C1 О φ=100% Н IО IС1 dС1 d=dВ=dО=dК d Gрец Gпр К I Н Gн.min О C1 КО т т Gрец= G пр - G н.min , [кг/час] Определение позиции точки С на луче НВ: т т I В − I C G н.min G н.min * (I В − I Н ) I = I − отсюда = C В т т IВ − IН G пр G пр Варианты расположения точки «С», если: - точка С попала в положение С1: В-С1 – подача рециркуляционного воздуха на смешение Н-С1 – подача свежего воздуха на смешение 24 С1-О – обработка воздуха в камере орошения Режим работы политропный IО>IС1, dО>dС1, процесс идет с подогревом (подводом тепла) и с увлажнением. т Q подв = G пр(1КЦ) * (I О − I С1 ) * 0,278 , [Вт] Необходимое количество воды для подпитки камеры орошения: т (d О − d С1 ) * G пр(1КЦ) , [кг/час] Wподп = 1000 Количество сэкономленного тепла за счет рециркуляции: т Q экон = G пр(1КЦ) * (I С1 − I Н ) * 0,278 , [Вт]; I (h) В C3 C2 К IС3 φ=90% О Н φ=100% IО d=dВ=dО=dК d - точка С попала в положение С3: Обработка воздуха с применением рециркуляции. С3-О – обработка воздуха в камере орошения Режим работы политропный с увлажнением и охлаждением. Неэффективный процесс, приводящий к дополнительным энергозатратам, чтобы избежать этого, необходимо изменить положение точки С 3, и перевести ее в положение С2, для этого необходим подать больше свежего воздуха, то т есть увеличить G н.min . Принимаем: IC3→ IC2, IC2 = IО, тогда т т G пр * (I В − I C2 ) I В − I C2 G н.min т = , следовательно G = н.min т IВ − IН IВ − IН G пр 4. IВ > IH > IO, dО>dН Процесс политропный с отводом тепла и увлажнением. Отвод тепла производится в камере орошения за счет подачи холодной воды. 25 В I (h) С Н IВ К φ=90% О IС φ=100% IН IО d=dВ=dО=dК d т Q хол = G пр(1КЦ) * (I Н − I О ) * 0,278 , [Вт] Рециркуляция не выгодна, т.к. идет перерасход холода (точка С лежит выше точки Н (IС > IH)). Поэтому если точка Н попадает между адиабатами IВ и IО, то процесс идет без рециркуляции. 5. Когда IH > IВ, рециркуляция обязательна. т т G пр G н.min * (I Н − I В ) IН − IВ , тогда I C = I В + = т т I С − I В G н.min G пр Н-С – подача свежего воздуха на смешивание В-С – подача рециркуляционного воздуха на смешивание С-О – обработка воздуха в камере орошения в политропном режиме Увлажнение воздуха - dО>dС, I (h) Н С В IН К IВ IС О φ=90% φ=100% IО d=dВ=dО=dК d т Q хол = G пр(1КЦ) * (I C − I О ) * 0,278 , [Вт] т Экономия холода Q экон = G пр(1КЦ) * (I Н − I С ) * 0,278 , [Вт] 6. Когда IH > IВ, рециркуляция обязательна. 26 I (h) Н С В IС IН К φ=90% IВ О φ=100% IО d=dВ=dО=dК d т G пр т G н.min * (I Н − I В ) IН − IВ , тогда I C = I В + = т т I С − I В G н.min G пр Н-С – подача свежего воздуха на смешивание В-С – подача рециркуляционного воздуха на смешивание С-О – обработка воздуха в камере орошения в политропном режиме с охлаждением и удалением влаги. Осушение воздуха - dО IH > IO рециркуляция не выгодна, поэтому процесс выбираем без рециркуляции I (h) В С Н IВ К IС IН О φ=90% φ=100% IО d=dВ=dО=dК d Политропный режим с отводом тепла и осушением воздуха. 27 Процессы обработки воздуха системой кондиционирования в холодный период года. Проверка необходимости первого подогрева. 1. Если при соединение лучом точек Н и В луч пересекает φ = 100%, первый подогрев необходим. 2. Соединяем лучом точки Н и В и определяем расчетным путем Ic. Если Ic < Iо – то первый подогрев необходим. Если Ic > Iо, то первого подогрева нет (он не используется). 3. Если tн < 5˚С Варианты схем обработки воздуха: 1. I К II Н П1 Gпрх О КО I (h) В IП1 IВ К φ=90% О φ=100% IО=IП1 Н IН d=dВ=dО=dК d В холодный период года камера орошения должна работать в изоэнтальпийном режиме, воздух, поступающий в камеру орошения, имеет ту же энтальпию, что и на выходе. Н-П1 – нагрев свежего воздуха в калорифере I-го подогрева. В калорифере I-го подогрева обрабатывается весь приточный воздух. П1–О – изоэнтальпийный процесс в камере орошения без подвода и отвода тепла с увлажнением dО>dП1 т Qп1 = G пр(1КЦ) * (I П1 − I Н ) * 0,278 , [Вт] 2. 28 В Gрецх I К II Н С Gн.min О КО В I (h) С IВ К φ=90% IП1 О φ=100% IО=IС Н IП1 IН dН=dП1 d=dВ=dО=dК d Для экономии количества тепла, подводимого в калорифер I-го подогрева, используется рециркуляция. В камере орошения изоэнтальпийный процесс IС = IО х х G пр * (I В − I С ) I В − I С G н.min I = I − , тогда = П1 В х х I В − I П1 G н.min G пр Если IП1 < 0, то принимают IП1 = 3÷5 кДж/кг, при этом пересчитывается х расход воздуха G н.min и эта новая величина должна быть больше, чем та, которая находится по количеству людей. Н-П1 – нагрев воздуха в калорифере I-го подогрева (обрабатывается х минимальный объем приточного воздуха G н.min ). х Q П1 = G н.min(1КЦ) * (I П1 − I Н ) * 0,278 , [Вт] 3. В К Gрецх I Gпрх II Н Gн.minх С П1 О КО 29 В I (h) IП1 IВ К С φ=90% О φ=100% Н IО=IП1 IС IН dС=dП1 d=dВ=dО=dК d Если ВН пересекает кривую φ=100%, то эта схема не подходит. х х I В − I С G н.min G н.min * (I В − I Н ) , тогда I = I − = С В х х IВ − IН G пр G пр Смешивание происходит перед калорифером I подогрева Н-С - подача свежего воздуха на смешивание В-С – подача рециркуляционного воздуха на смешивание С- П1 – подогрев воздуха в калорифере I-го подогрева П1-О – обработка воздуха в камере орошения, режим изоэнтальпийный. Через калорифер I-го подогрева проходит весь приточный воздух. х Q П1 = G пр(1КЦ) * (I П1 − I С ) * 0,278 , [Вт] работы В камере орошения адиабатный процесс с увлажнением и нагревом. Оптимальный вариант по позициям 2, 3 там, где QП1 минимальный. Построение процесса обработки воздуха системой кондиционирования в холодный период года с применением второго подогрева. К1 I К II Н П2 О Gпрх КО Задача калорифера II-го подогрева – поддерживать необходимую температуру воздуха в помещении, т.е. он работает в режиме воздушного отопления. Условия наличия второго подогрева 1) Когда расчетная кратность циркуляции в холодный период года К<4. 30 2) Когда расход приточного воздуха в холодный период года будет меньше половины приточного расхода воздуха теплого периода х т G пр  0,5 * G пр х 0 3) Q изб Если выполняется хотя бы одно из этих условий, то II подогрев ТРЕБУЕТСЯ. х 0 1. Не выполняются 1 и 2 условия, Q изб В I (h) К1 П2 IВ IК1 К φ=90% IП2 О φ=100% IК IО d=dВ=dО=dК d Через калорифер II подогрева проходит весь приточный воздух. х х* 1) Q изб = G пр (1КЦ ) * (I В - I к1 ) * 0,278 , [Вт], тогда I к1 = I В I П2 = I к1 х Q изб х* G пр (1КЦ ) * 0,278 − 1,3 [кДж/кг] [кДж/кг] х* Q П2 = G пр (1КЦ ) * (I П2 - I О ) * 0,278 , [Вт] - нагрузка на калорифер подогрева. 2. Частный случай Параметры в точке К1 совпадают с параметрами в точке В. В= К1 I (h) П2 IВ= IК1 φ=90% IП2 О φ=100% IО d=dВ=dО=dК d 31 II I П2 = I к1 − 1,3 [кДж/кг] х* Q П2 = G пр (1КЦ ) * (I П2 - I О ) * 0,278 , [Вт] (будет больше чем в предыдущем случае) х 0 3. Q изб I (h) В IК1 П2 IВ К φ=90% IП2 О φ=100% IК IО d=dВ=dО=dК I к1 = I В I П2 = I к1 х Q изб х* G пр (1КЦ ) * 0,278 − 1,3 [кДж/кг] d [кДж/кг] х* Q П2 = G пр (1КЦ ) * (I П2 - I О ) * 0,278 , [Вт] - нагрузка на калорифер II подогрева. Воздух подается в помещение перегретым. Конструкция камеры орошения и ее расчет. Функции камеры орошения: увлажнять/осушать воздух, нагревать/охлаждать воздух. 1- блок каплеотделения (пакет гофрированных пластин, оптически плотных). 2 – зона орошения 3 – стояк с форсунками 4 – форсунки (определяются количеством расхода воздуха и маркой кондиционера), 200÷600 штук. Форсунка – устройство, которое должно распылить воду в мелкодисперсную структуру, туман. Размер капли зависит от диаметра выходного отверстия и давления воды. 5 – бак-аккумулятор камеры орошения (для содержания циркуляционной воды), обязательно наличие тепловой изоляции, для предотвращения конденсата и сокращения тепловых потерь. 6- поплавковый клапан 7 – линия подпитки (работает когда идет увлажнение) 8 – переливное устройство 32 9 – линия дренажа (работает при осушении) 10 – линия рециркуляции,забор воды из бака-акккумулятора, подогрев или охлаждение воды, подъем давления до номинального и подача воды на форсунку. 11 – приемный фильтр 12 – циркуляционный насос, обеспечивает подачу воды W и номинальное давление на форсунке Н. Циркуляционных насосов должно быть минимум два работающих параллельно (при выходе из строя одного, 50-70% нагрузки камеры орошения обеспечивал второй насос). 13 – линия байпаса (вступает в работу, когда отключается теплообменник, при этом режим камеры орошения изоэнтальпийный). При политропном режиме в работу подключается теплообменник 14 водоводяной рекуперативный теплообменник (минимальная температура воды, подаваемой в теплообменник 5˚С, минимальная температура воды на выходе из холодильной машины 3˚С) 2 3 4 1 1 t0 5 Wдрен К вода 6 8 9 10 11 13 W, Н В1 14 7 Wподп Обратный клапан Т1 12 Т2 33 Методика расчета камеры орошения при изоэнтальпийном (адиабатном) режиме. 2) 1) I (h) I (h) В В Н C tМ К К φ=90% О φ=90% О φ=100% φ=100% М Н IО IО=IН d=dВ=dО=dК d=dВ=dО=dК d d 4) 3) В I (h) В I (h) IП1 С IВ К φ=90% IП1 О IВ К С φ=100% φ=90% О φ=100% Н IО=IС IО=IП1 IС Н IП1 IН IН dН=dП1 d=dВ=dО=dК dС=dП1 d=dВ=dО=dК d d процесс изоэнтальпийной обработки воздуха: 1) Н-О 2) С-О 3) С-О 4) П1-О 1.Определение эффективности камеры орошения t H ( C,П1 ) − t О E= , где t H ( C,П1 ) − t М t H(C,Ï 1 ) - температура воздуха на входе в камеру орошения, tО – температура воздуха на выходе из камеры орошения, tМ – температура мокрого термометра (определяется как пересечение энтальпии IО и φ=100%). 2.Определение коэффициента орошения 34 = − ln( 1 − E)  − ln( 1 − E)  =  1,19  1,19  0,5 - эмпирическая формула Талиева µ - коэффициент орошения (безразмерный) Для проверки правильности расчета используется график  = f (Е) 3.Определение расхода циркуляционной воды в камере орошения W = 1,2 *  * L пр (1КЦ ) , [кг/час] 4. Определение расхода воды, распыляемого одной форсункой W , [кг/час] q= nф nф – количество форсунок (выбирается в зависимости от марки кондиционера) 5.Определение необходимого давления воды перед форсункой 6.Определение необходимого напора, создаваемого циркуляционным насосом 35 H=H1+H2+H3 [м.вод.ст.] H1=0,102*P, [м.вод.ст.] – напор воды перед форсункой H2 - высота кондиционера, [м.вод.ст.], в зависимости от марки H3 – гидравлические потери (по марке кондиционера), H3=0,6÷1,0 м.вод.ст. 7. Выбор насосной группы Выбираем по расходу W и напору H, минимальное количество насосов - 2 штуки. Выбрав насос по таблице (марку, привод) по ней же определяем КПД. 8. Определение мощности затрачиваемой на привод насоса: W*H , [кВт], где n- количество насосов N= 3600 * 102 * η* n Методика расчета камеры орошения при политропном режиме. Н I (h) I (h) С В В К IС φ=90% C О К φ=90% φ=100% Н О φ=100% IО IО IС dС d=dВ=dО=dК d d=dВ=dО=dК С-О IO>IC – камера орошения работает с нагревом d С-О IС>IО – камера орошения работает с охлаждением 1. Определение приведенного коэффициента эффективности: I Н (С) − I O a= (I H (C) − I нас ) * [1 − 0,000716 * (I H (C) − I нас ) + 0,00351 * (54,1 − I нас )] оптимально a = 0,6 ÷ 0,8 Iнас – энтальпия насыщения водяных паров в камере орошения, определяется по температуре воды на входе и выходе из камеры орошения. Для этого принимают: в режиме охлаждения температуру холодной воды τХ = tО - 2÷3ºС в режиме нагрева температуру горячей воды τГ > tО на 3÷10ºС Точка насыщения лежит на пересечении изотерм τХ и φ=100%. 2. Определение коэффициента орошения: 36 − ln(1 − a ) 0,5 3. Определение эффективности камеры орошения:  = 1,15 Е = 1 − e −1,19* Правильность расчета проверяется по графику 2 4. Определение начальной температуры воды (на входе в камеру орошения): E [( t O − t H ( С) ) − 0,329 * (1 − ) * (I O − I Н ( C) )] a  Н = t Н ( С) + Е 5. Определение конечной температуры воды (на выходе из камеры орошения):  K =  H + 0,24 * I H ( C) − I O  При этом если τН < tO и τK ≤ tO, либо τН > tO и τК ≥ tO, то результат достоверный, можно продолжить расчет, если же это не так, то мы не верно задались τХ или τГ соответственно, и следует задаться другими значениями и провести расчет заново. Далее расчет ведется как при изоэнтальпийном режиме работы камеры орошения: 6. Определяется расход циркуляционной воды W. 7. Определяется расход воды на одну форсунку. 8. Определяется давление перед форсункой. 9. Определяется полной напор. 10. По Н, W находится насосная группа. 11. Опредиляется мощность N. 37 Методика расчета секций I-го и II-го подогрева системы центрального кондиционирования (поверочный расчет). К1 I Н II П1 О К Т1 П2 П2 КО Т2 В качестве калорифера I-го и II-го подогрева используется рекуперативный водо-воздушный теплообменник. Обозначения: FФ .С. – площадь фронтального сечения FТ – площадь поверхности теплообмена 1 ,  2 – температура воды на входе и на выходе из калорифера (сетевая) f  – площадь живого сечения калорифера по воде f в – площадь живого сечения калорифера по воздуху Из таблицы с характеристиками калорифера определяют количество секций теплообменника, при этом если секции подключить последовательно, то мощность будет минимальной, если параллельно, то максимальной. 1в 2в 3в 1н 2н 3н 38 Если высота калорифера h=1,25 м, то f  =0,00123м2, если высота калорифера h≠1,25 м, то f  =0,00148м2. График температуры сетевой воды τ1/τ2: 95/70, 130/70 или 150/70. Начинаем рассчитывать с 95/70. 1. По марке кондиционера подбирается соответствующий стандартный калорифер (из таблицы). 2. Фиксируются характеристики: FТ , f в , f  , количество секций. 3. Определяем массовую скорость по воздуху: х G пр G нх. min(1КЦ ) (1КЦ ) (v *  ) = либо ( v * ρ) = (в зависимости от того какой 3600 * f в 3600 * f в расход воздуха подается в калорифер) 4. Определяем расход сетевой воды: Q П (1КЦ ) [кг/час] G = 0,278 * 4,19 * ( 1 −  2 ) 5. Находим скорость движения воды: G , [м/с] = f * 3600 * 1000 0,2    2,5 если  >2,5, то секции подключаются параллельно (если их 2, то делим на 2, если 2в+2н, то делим на 4 и т.д.). 6. Определяем коэффициент теплопередачи: для однорядного калорифера: 0, 448 К I = 28  (ν  ρ )  ω0,129 для двухрядного калорифера: 0, 485 К II = 25,5  (ν  ρ )  ω0,127 7. Определим расчетную площадь поверхности теплообмена: Q П (1КЦ ) Fрасч = , [м2], где К * ( ср − t ср ) t H ( С) + t П1 τ1 + τ 2 ; t ср = 2 2 8. Если FрасчFт), то сначала пересчитывают с другим температурным графиком, и если это не меняет ситуацию, то берут калорифер менее мощный. 9. Потери давления на калорифере: 1, 704 ΔР = 4,18  (v  ρ ) − однорядный калорифер 1, 716 ΔР = 6,94  (v  ρ ) − двухрядный τ ср = 39 Распределение воздуха по объему расчетного помещения. Виды воздуховодов: круглого и прямоугольного сечения. Существует три вида подачи и удаления воздуха из помещения: 1. «Сверху вверх» Используется, если высота потолка не превышает 8÷10м. Рабочая зона 2м, если высота более 10м, то воздух не доходит до рабочей зоны. а а б а – система подачи б – система вытяжки 2. «Снизу вверх» Применяется при высоте потолка более 10м б а 3. «Сверху вниз» Используется на промышленных предприятиях, где идет работа с материалами высокой плотности. а б 40 Распределение воздуха по площади помещения: а в Осуществляется посредством: 1. воздухоподающих и удаляющих плафонов 2. потолочных диффузоров диффузор конфузор — - оптимальный (рекомендуемый) режим работы, - - - - - - допустимый (максимальный) режим работы МВ 315 ПФ - плафон, используемый на текстильном предприятии (315мм - диаметр присоединителя, диаметр части плафона, подающей воздух в помещение - 371мм). 41 315 + 371 - средний диаметр 2 Для плафона МВ 315 ПФ оптимальный объемный расход воздуха Lпл=700÷750 м3/час. L=F*V*3600 [м3/час] (F-площадь сечения [м2], V- скорость [м/с]), тогда 2  * d ср L пл , F= V= 4 F * 3600 Количество плафонов, требуемое для расчетного помещения: Lmax пр n пл = , [шт] L пл Площадь помещения, обслуживаемая одним плафоном (зона обслуживания): aв , [м2] ( a  в - площадь цеха) Fпл = n пл d ср = с с тогда сторона квадрата площади, обслуживаемой одним плафоном: c = Fпл , [м] количество плафонов по длине помещения: a n пл / дл = , [шт] c количество плафонов по ширине помещения: в n пл / шир = , [шт] c В связи с тем, что количество плафонов должно быть целым числом, далее следует пересчитать уточненное количество плафонов и объемный расход воздуха, проходящий через один плафон. Типовые схемы расположения воздуховодов в помещении. Максимальная длина воздуховода, на которой распределения воздуха, не должна превышать 50м. 42 находятся точки 1. С одной магистральной веткой max 50м 4 max 50м 3 2 1 1 –подающий воздуховод (отрезок воздуховода от кондиционера с вводом в цех); 2 – магистральная сборка; 3 – магистральный воздуховод цеховой; 4 – раздающие воздуховоды (их количество равно количеству плафонов по длине). 2. С двумя магистральными ветками max 50м 50÷100м 43 3. С тремя магистральными ветками max 50м 100÷150м Если более 150м, то появляется четвертый магистральный воздуховод. 4. С симметричными магистральными ветками. 50÷100м 50÷100м 50÷100м 1 50÷100м 44 Определение диаметров воздуховодов. Участок - часть воздуховода, на котором не меняется расход воздуха. 1. Составляется аксонометрическая проекция обвязки воздуховодами. Причем если используется симметричная схема, то в проекции будет одна из симметричных сторон. 6 1 7 1 8 1 4 1 3 1 9 1 2 1 10 1 1 2. Выбираем самую длинную ветвь 1-10 и расчет будет проводиться для нее. 3. Рекомендуемые скорости по участкам в зависимости от их назначения: уча Скорость, сток м/с 1-2 10÷12 2-5 10÷14 5-7 8÷10 7-9 6÷8 9-10 2,5÷5 4. На каждом участке определяется L с учетом подвода воздуха от каждого кондиционера и отвода воздуха на магистрали, раздающие воздуховоды и плафоны. Для приведенной схемы максимальный расход на участке 3-4, минимальный на 9-10. 5. На каждом участке определяется площадь сечения воздуховода: Fi = Li , [м2] Vi * 3600 Vi - скорости, которые задаются согласно таблице. 6. d= На каждом участке определяется диаметр сечения воздуховода: 4 * Fi  , [м] 45 7. Из таблицы стандартных диаметров выбирается подходящий диаметр круглого сечения таким образом, чтобы стандартный диаметр был меньше рассчитанного. 8. Пересчитываются уточненные площадь сечения воздуховода F и скорость V. При этом скорость должна попасть в диапазон, соответствующий скорости на рассчитываемом участке. В противном случае требуется подобрать другой стандартный диаметр. 9. В связи с тем, что максимальный стандартный диаметр круглого сечения равен 1600мм, то в случае, если расчетный диаметр превышает эту величину, требуется поставить воздуховод прямоугольного сечения в а 2*а *в [м] а+в 10. Если на соседних участках получены диаметры разного размера, то между участками следует поставить конфузор (в случае уменьшения диаметра) или диффузор (в случае увеличения диаметра). и рассчитать d экв = Расчет потерь давления (напора) по участкам воздуховода. При транспортировке воздуха в системах кондиционирования в воздуховодах возникают потери энергии потока которые принято называть потерями давления. Данные потери складываются из двух составляющих потери на трение и потери на местное сопротивление. ΔP = ΔPтр + ΔР мс 1. Потери давления на трение ΔPтр = R * l , [Па], где l – длина участка воздуховода [м] R – удельные потери давления на трение, [Па/м]   * V2 R= * d 2  - коэффициент сопротивления трения (безразмерный) d - диаметр воздуховода (стандартный или эквивалентный), м  - плотность воздуха, кг/м3 V - скорость воздуха, м/с 0.25  64 Kэ  + По формуле Альтшуля находим: λ = 0,11 *   , где  Re d  V*d Re =   =1,5∙10-5 м2/с при t =20°C – кинематическая вязкость Коэффициент шероховатости Kэ зависит от материала поверхности воздуховода: 46 Kэ =0,1 мм –для стали и пластика Kэ =1 мм –для канала воздуховода, проходящего в монолите из шлакоблоков Kэ =4,5 мм – для канала воздуховода, проходящего в монолите из кирпича Для воздуховодов круглого сечения можно использовать таблицу со стандартными диаметрами, где методом интерполяции можно определить R=f(d;V;L). 2. Потеря давления на местное сопротивление: ΔPм.с. = ξ * ρ * V2 , [Па] 2 ξ- коэффициент местного сопротивления на рассматриваемом участке, берется из справочной литературы по конкретным узлам воздуховода или рассчитывается. ρ * V2 Для удобства расчетов принимают ΔPм.с. = z = ξ * . 2 3. Полная потеря давления на расчетном участке ΔP = R * l + z [Па]. Определение коэффициента местного сопротивления ξ. 1. Поворот на 90º (колено) - из справочной литературы 2. Тройник на разветвление (когда поток разделяется равномерно) ξ = 1,4 3. Тройник на слияние потоков с транзитом - из справочной литературы, при этом требуется дополнительно определить: V dп и o, dо Vп при этом Vо и do – параметры потока, который вливается в транзитный поток, Vп и dп – параметры проходного, транзитного потока. В случае, когда диаметр менялся Vп следует пересчитать. 4. Тройник на разделение потоков с транзитом - из справочной литературы, при этом требуется дополнительно определить: Vп , Vсб при этом Vсб – скорость потока на входе в транзит, который разделяется, Vп –скорость потока на выходе из тройника. В случае, когда диаметр менялся Vп следует пересчитать. 5. Конфузор  F   = K см * 1 − 2  F1   K см = 3,2 * 4 tg 5  =1,06 2 Α – угол наклона конуса конфузора, обычно принимают 45˚. 47 6. Диффузор 2  F  ξ = K см * 1 − 1   F2  Пример определения местного сопротивления II 4 1 V3-4,d3-4,L3-4 IV V//, d2-3,L3-4 1 3 1 1 V2-3, d2-3,L2-3 1 I I – тройник на слияние – тройник на разделение I – диффузор I – конфузор 2 1 V/,d2-3,L1-2 I III 1 V1-2,d1-2,L1-2 1 1 1 I II V I. Тройник на слияние потоков транзитом: Vo V1−2 = / , Vп V L1−2 , далее ξ по справочнику V/ = 3600 * F2−3 II. Тройник на разделение потоков транзитом: // L 3−4 Vп V , V // = , далее ξ по справочнику = 3600 * F2−3 Vсб V2−3 III. Диффузор 2 2  F   F  ξ = K см * 1 − 1  = K см * 1 − 1−2   F2   F2−3  IV. Конфузор  F   F  ξ = K см * 1 − 2  = K см * 1 − 3−4  F1    F2−3  48 d п d 2−3 = d о d1−2 и Вентиляционные агрегаты и их подбор. Вентиляторы подразделяются: 1. по давлению: - низкого Р ≤ 1000 Па - среднего 1000<Р ≤ 3000 Па - высокого Р>3000 Па 2. по конструкции: - осевые - радиальные Маркировка вентилятора Ц4 – 46 - №5 -Ц – центробежный (Р – радиальный, О – осевой) -4 – пятикратная величина коэф. полного давления; зависит от формы лопаток - 46 – быстроходность ( n у ) - ø рабочего колеса где nу = 1 5,54  L2  n 3 H4 L – расход воздуха [м3/сек] Н – напор [кг/м2] n – обороты рабочего колеса[об/мин] n у - число оборотов рабочего колеса перемещающего в 1 секунду 1 м 3 воздуха с плотностью 1,2 кг/м3 и повышающего при этом давление (удельную энергию на 1 кг силы на м2) К вентиляторам низкого давления обычно относят осевые вентиляторы. «+» - компактен, устанавливается в разрез воздуховода, может работать в режиме притока или вытяжки, двигатель может быть трехфазный или постоянного тока. К вентиляторам среднего давления относят центробежные вентиляторы. Радиальный. 49 улитка с переменным диаметром рабочее колесо Лопатки бывают вперед загнутые и назад загнутые, улитка может разворачиваться. Рабочее колесо закрепляется на вал двигателя. Характеристики вентилятора. Н, Па η2 η1 ηmax η1 η2 Рабочая точка n1, об/мин ω1, с-1 n2, об/мин ω2, с-1 n3, об/мин ω3, с-1 L, м3/час Н=Нк + Нветв, где Нк – потери давления на кондиционере (из характеристик кондиционера) Нветв – потери давления на расчетной цепи ( ΔP = ΔPтр + ΔР мс ) По Н и L на 1 кондиционер подбирают соответствующий график с характеристиками вентилятора, на нем строят рабочую точку с условием, что она имеет η не менее 0,9*ηmax. Если вентиляторы стоят параллельно, то L делим на количество вентиляторов. Выписываются все характеристики подобранного вентилятора. Далее рассчитывается потребляемая мощность: Nв = L*Н 3600 * 1000 * η в L – фактический расход воздуха на один кондиционер Если расчетная мощность получилась меньше табличной (из характеристик вентилятора), то вентилятор подобран верно, иначе следует подобрать другой вентилятор. 50 Список литературы: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Под ред. Талиева В.Н. Вентиляция. Отопление и кондиционирование воздуха на текстильных предприятиях. М. Легпромбытиздат:1985 Отопление, вентиляция и кондиционированиетвоздуха. Нормы проектирования.СНиП 2-33-75. –М. Стойиздат, 1998 Под ред. И.Г. Староверова Справочник проектировщика. Вентиляция и кондиционирования воздуха.. Часть 2. – М.:Стойиздат, 1977 Стефанов Е.В. Вентиляция и кондиционирование воздуха. С.-Пб.: Авок Северо-Запад, 2005. Ананьев В.А., Балуева Л.Н., Гальперин А.Д. и др. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика. М.: Евроклимат, 2001. Ананьев В.А., Балуева Л.Н., Гальперин А.Д. и др. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика. М.: Евроклимат, 2001. Нимич Г.В., Михайлов В.А., Бондарь Е.С. Современные системы кондиционирования воздуха. М.: ИВИК, 2003. СНиП 2.01.01-82 СНиП 2.04.05-91 СНиП 23.05-95 СНиП II-3-79 51 СОДЕРЖАНИЕ: Введение Системы вентиляции Системы кондиционирования Расчет термического сопротивления Расчет теплового баланса Расчет инфильтрации для систем отопления и вентиляции Определение расхода воздуха Процессы обработки воздуха системой кондиционирования в теплый период года Процессы обработки воздуха системой кондиционирования в холодный период года Построение процесса обработки воздуха системой кондиционирования в холодный период года с применением второго подогрева Конструкция камеры орошения и ее расчет Методика расчета секций I-го и II-го подогрева системы центрального кондиционирования (поверочный расчет) Распределение воздуха по объему расчетного помещения Типовые схемы расположения воздуховодов в помещении Определение диаметров воздуховодов Расчет потерь давления (напора) по участкам воздуховодов Определение коэффициента местного сопротивления ξ Вентиляционные агрегаты и их подбор Список литературы 52 4 6 8 16 18 19 21 23 29 31 33 39 41 43 46 47 48 50 52