Федеральное государственное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Калининградский государственный технический университет»

Кафедра «Теплогазоснабжение и вентиляция»

Контрольная работа

по дисциплине «Кондиционирование воздуха и холодоснабжение»

Работу выполнил: студент гр.

9-ЗТВ

Шишакова Ю.В.

Работу проверил:

Калининград

2014

Содержание

1. Задача № 1……………………………………………………………………

2. Задача № 2……………………………………………………………………

3. Задача № 3……………………………………………………………………

4. Задача № 4……………………………………………………………………

5. Задача № 5……………………………………………………………………

Список литературы………………………………………………………………

Задача №1. Рассчитать и построить на h-d – диаграмме процессы обработки воздуха в центральной системе кондиционирования круглогодового действия в теплый и холодный периоды года, обслуживающей помещение спортзал, вместимостью 120+30 человек (Первое число соответствует числу зрителей без верхней одежды, а второе число соответствует количеству людей, занимающихся подвижными видами спорта).

- в прямоточной установке кондиционирования воздуха (УКВ);

- в УКВ с первой рециркуляцией;

- в УКВ с первой и второй рециркуляцией.

- географический пункт строительства – г. Ростов-на-Дону;

- барометрическое давление Р_б = 101 кПа.

- избытки (недостатки) явной теплоты в помещении Q_яв = 60 кВт (ТП),

Q_яв = -20 кВт (ХП);

- избытки влаги G_w = 35 кг/ч (ТП), G_w = 22 кг/ч (ХП);

- градиент температуры по высоте помещения gradt=0,33, К/м;

- коэффициент эффективности воздухообмена К^t = (t_у - t_п )/(t_о.з - t_п);

- высота помещения Н_п=5,4 м.

- Минимальную норму наружного воздуха на одного человека принимать:

для зрителей в спортзале – 60 м³/ч; для спортсменов, занимающихся подвижными видами спорта – 80 м³/ч;

- С целью экономии энергии в ХП года принимать регулируемый режим адиабатного увлажнения воздуха в оросительной камере с конечной относительной влажностью _о = 60%.

Решение:

Прямоточная схема. На рис П.1 показана принципиальная схема прямоточной СКВ. Установка кондиционирования воздуха (УКВ), обслуживающая эту систему, включает в себя приемную секцию, фильтровальную секцию, воздухоподогреватель первой ступени (в ТП не работает), контактный аппарат (оросительную секцию), воздухоподогреватель второй ступени и вентиляторную секцию.

В ТП года в прямоточной СКВ тепловлажностная обработка воздуха производится в следующем порядке (см. рис. П.2).

Наружный воздух (точка Н) поступает в проточную часть кондиционера, очищается в фильтре и охлаждается и осушается (в некоторых климатических районах производится увлажнение воздуха) в оросительной камере до относительной влажности 90 – 95 % (точка О). Далее, при необходимости, производится подогрев воздуха до требуемой температуры притока (точка П) и вентилятором воздух подается в обслуживаемое помещение, где в процессе вентиляции параметры воздуха изменяются по лучу вентиляционного процесса ( точки П, В, У).

При построении процесса на h – d - диаграмме необходимо стремиться к достижению минимального количества приточного воздуха G_п, которое, в свою очередь, не должно быть менее требуемого по санитарной норме, либо по другим условиям (разбавление вредных газов до ПДК, создание гарантированного подпора и др.).

По СНиП 2.04.05-2000, прил. 8, определяем расчетные параметры наружного воздуха в ТП года: t_н = 31,9 ^oC, h_н = 57,4 кДж/кг. По ГОСТ 30494-96 определяем расчетные параметры внутреннего воздуха. Для помещения категории IIIб принимаем t_в = 25 ^oC, _в = 65%.

Наносим на h – d – диаграмму точки Н и В. При этом в значение относительной влажности необходимо вносить поправку на расчетное барометрическое давление Р_б = 101 кПа, которое отличается от нормального Р₀ =101,325 кПа, для которого построена h – d – диаграмма. Таким образом, скорректированное значение относительной влажности _в^' будет равно

_в^' = _в *( Р_б / Р_о ) = 65*(101/101,325) = 64,8%. (П.1)

Определяем избытки полной теплоты в помещении:

Q_p = Q_j + Q_s , (П.2)

где Q_j , Q_s - соответственно избытки явной и скрытой теплоты, Вт.

Q_s = 0,278*G_w*(2500 + 1,8*t_в) = 0,278*35*(2500 + 1,8*25) = 24762 Вт.

Q_р = 60000 + 24762 = 84762 Вт.

Определяем угловой коэффициент луча вентиляционного процесса 

 = 3,6*Q_р /G_w = 3,6*84762/35= 8718 кДж/кг

и проводим через точку В луч под углом .

Через точку В проводим линию d_в = const, на которой откладываем вниз от точки В отрезок t = 0,5  1,0 ^oC (учитываем подогрев приточного воздуха в вентиляторе) и получаем вспомогательную точку В^' . Через точку В^' проводим линию, параллельную лучу  до пересечения с кривой  = 100% в точке F. Если температура, соответствующая точке F, не ниже 8 – 10 ^оС, то рассматриваемый процесс кондиционирования воздуха может быть реализован с использованием оросительной камеры, либо воздухоохладителя, охлаждаемого водой (в нашем случае tF= 16,6 оС). Одновременно на пересечении линии, проведенной через точку В^' с кривой  = 90 – 95 % находят точку О, соответствующую параметрам воздуха на выходе из камеры орошения. Через точку О проводим вверх линию do = const и на пересечении с лучом вентиляционного процесса получаем точку П, соответствующую параметрам приточного воздуха. По известному градиенту температуры gradt, Либо коэффициенту эффективности воздухообмена К^t, определяем температуру воздуха, удаляемого из верхней зоны помещения

t_у = t_в + gradt∙(H_п – 2) = 25 +0,33∙(5,4 – 2) = 26,1 ^оС; (П.3)

(t_у = t_п + К^t∙(t_в – t_п)). (П.4)

На пересечении изотермы t_у с лучом вентиляционного процесса определяют точку У, соответствующую параметрам воздуха, удаляемого из верхней зоны. Определяют расход приточного воздуха из условия ассимиляции избытков полной теплоты и влаги

G_п = 3,6∙Q_р/(h_у – h_п) = 3,6∙84762/(59,5 – 50,3) = 32811 кг/ч; (П.5)

G_п = 1000∙G_w/(d_у – d_п) = 1000∙35/(13,1 – 11,9) = 29166 кг/ч. (П.6)

Если полученное значение G_п оказывается больше минимального расхода наружного воздуха G_н , то значение G_п принимается к дальнейшему расчету. В данном примере

Принимаем G_п =32811 кг/ч

G_н = _в∙(n1∙l₁ + n2*l2)= 1,2∙360∙20 = 11520 кг/ч.

Соединяем точку О и точку Н прямой линией. Луч НО соответствует процессу обработки воздуха в оросительной камере кондиционера. Определяем расход холода Q_x

Q_x = 0,278*G_п*(h_н – h_o) = 0,278*32811*(57,2 – 48,8) = 76620 Вт. (П.7)

В ХП года в прямоточной СКВ тепловлажностная обработка воздуха производится в следующем порядке.

Наружный воздух (точка Н) поступает в проточную часть кондиционера, очищается в фильтре и подогревается до требуемой температуры (точка Т). Далее воздух поступает в оросительную камеру и в адиабатном процессе увлажняется до относительной влажности _о = 60% (точка О). Если используется не регулируемый процесс увлажнения, то _о = 90 – 95%. После оросительной камеры воздух подогревается в воздухоподогревателях второй ступени подогрева до требуемой температуры приточного воздуха (точка П). С параметрами точки П воздух приточным вентилятором подается в помещение.

По СНиП 2.04.05-2000, прил. 8, определяем расчетные параметры наружного воздуха в ХП года: t_н = -22,0 ^oC, h_н = -20,9 кДж/кг. По ГОСТ 30494-96 определяем расчетные параметры внутреннего воздуха. Для помещения категории IIIа принимаем t_в = 14 ^oC, _в = 30%.

Наносим на h – d – диаграмму точки Н и В. Определяем избытки (недостатки) полной теплоты в помещении и рассчитываем угловой коэффициент луча вентиляционного процесса .

Q_s = 0,278*G_w*(2500 + 1,8*t_в) = 0,278*22*(2500 + 1,8*14) = 15444 Вт.

Q_р = -20000 + 15444 = -4556 Вт.

Определяем угловой коэффициент луча вентиляционного процесса :

 = 3,6*Q_р /G_w = -3,6*4556/22 = -746 кДж/кг.

Так как тепловой баланс в ХП отрицателен то СКВ в ХП будет выполнять функцию воздушного отопления. В этом случае параметры воздуха, удаляемого из верхней зоны, будут совпадать с параметрами воздуха в обслуживаемой зоне. В первом приближении расход приточного воздуха в ХП принимаем равным расходу приточного воздуха, полученному для ТП. Определяем энтальпию приточного воздуха

h_п = h_у – 3,6*Q_р /G_п = 21,8 + 3,6*4556/32811 = 22,29 кДж/кг.

Через точку В проводим луч вентиляционного процесса под углом  = -746 кДж/кг и на пересечении с изоэнтальпой h_п = 22,29 кДж/кг получаем точку П, соответствующую параметрам приточного воздуха. Из точки П проводим вниз линию d_п = const и на пересечении с кривой  = 60% определяем точку О, соответствующую параметрам воздуха после увлажнения в оросительной камере кондиционера. Через точку О проводим изоэнтальпу h_o = const, а из точки Н проводим вверх линию d = const, и на пересечении этих линий получаем точку Т, соответствующую параметрам воздуха после подогрева в воздухоподогревателях первой ступени. Определяем затраты теплоты на первый и второй подогрев воздуха.

Q_под.1 = 0,278*G_п*(h_т – h_н) = 0,278*32811*(8,0 + 20,9) = 263610 Вт; (П.8)

Q_под.2 = 0,278*G_п*(h_п – h_о) = 0,278*32811*(22,29 – 8,0) = 130345 Вт. (П.9)

Определяем тепловлажностные параметры воздуха для всех характерных точек процесса кондиционирования в ТП и ХП года и заносим их в табл.П1.

Схема с первой рециркуляцией. На рис П.3 показана принципиальная схема СКВ с первой рециркуляцией. Рециркуляцию воздуха применяют для экономии холода в ТП года и для экономии теплоты в ХП года, если рециркуляция допустима по санитарно-гигиеническим нормам. В ТП года рециркуляционный воздух смешивается в смесительной камере кондиционера с наружным воздухом и затем поступает на обработку. В ХП года смешение может происходить по такой же схеме («смешение – подогрев»), либо рециркуляционный воздух подмешивается к подогретому наружному воздуху в камере, расположенной после подогревателя первой ступени («подогрев – смешение»).

В ТП года построение процесса на h – d – диаграмме производят так же, как и для прямоточной СКВ. Далее определяют расход воздуха, подаваемого на рециркуляцию G_p:

G_p = G_п – G_н = 32811 – 11520 = 21291 кг/ч. (П.10)

Через точку У проводим вверх линию d_у = const и откладываем отрезок t = 0,5  1,0 ^oC, получая точку Р, соответствующую параметрам рециркуляционного воздуха. Соединяем точки Р и Н прямой линией. Линия НР является линей смеси наружного и рециркуляционного воздуха. Из уравнения баланса влаги для процесса смешения определяем влагосодержание смеси d_c:

d_c = (G_{н *} d_н + G_р* d_р )/G_п = (11520*9,8 + 21291*12,9)/ 32811 = 11,81 г/кг.

На пересечении линии d_c = const с линией смеси НР получаем точку смеси С. Соединяем точки О и С прямой линией. Линия СО соответствует процессу обработки смеси наружного и рециркуляционного воздуха в оросительной камере. определяем расход холода на обработку воздуха в оросительной камере Q_x :

Q_x = 0,278*G_п*(h_c – h_o) = 0,278*32811*(60,8 – 48,8) = 109457 Вт.

В ХП года построение процесса на h – d – диаграмме производят так же, как и для прямоточной СКВ. При этом, в первом приближении, расходы воздуха по всем каналам принимаем такими же, как и в ТП года. Соединяем точки Н и В линией смеси НВ. Из уравнения баланса влаги для процесса смешения определяем влагосодержание смеси d_c:

d_c = (G_{н *} d_н + G_р* d_р )/G_п = (11520*0,35 +21291*3,5)/32811 = 2,39 г/кг.

На пересечении линии d_c = const и линии смеси НВ определяем точку смеси С. Если энтальпия смеси h_c  10 кДж/кг, то применяют схему «смешение - подогрев» и продолжают построение (в данном примере h_c = 13,9 кДж/кг). Из точки С проводят вверх линию d_c = const, а из точки О проводят изоэнтальпу h_o = const и на пересечении этих линий определяют точку Т, соответствующую параметрам воздуха после подогрева в подогревателях первой ступени. Определяют расход теплоты на подогрев воздуха в воздухонагревателях первой ступени:

Q_под.1 = 0,278*G_п*(h_т – h_c) (П.11)

Если h_c < 10 кДж/кг, то применяют схему «подогрев - смешение» и построение производят в следующем порядке. Проводят линию d_c = const, а из точки О проводят изоэнтальпу h_o = const и на пересечении этих линий определяют точку С, соответствующую параметрам смеси подогретого наружного воздуха и рециркуляционного. Через точки С и В проводят прямую, а через точку Н проводят вверх линию d_н = const и на пересечении этих линий определяют точку Т, соответствующую параметрам подогретого наружного воздуха. Определяем расход теплоты на подогрев наружного воздуха в воздухоподогревателях первой ступени

Q_под.1 = 0,278*G_н*(h_т – h_н) = 0,278*11520*(8,0 + 20,9) = 92553 Вт.

Схема с первой и второй рециркуляцией. На рис П.4 показана принципиальная схема СКВ с первой и второй рециркуляцией. Данную схему применяют в том случае, если по условиям воздухораспределения, либо по санитарным нормам требуется второй подогрев воздуха после обработки его в оросительной камере. Такой подогрев в ТП года приводит к непроизводительным затратам теплоты. Для исключения этих затрат применяют вторую рециркуляцию. То есть, вторая рециркуляция в ТП года заменяет второй подогрев. В ХП года вторая рециркуляция снижает расход теплоты на второй подогрев.

В ТП года построение процесса обработки начинают с нанесения на h – d - диаграмму точек Н и В. Через точку В проводят луч вентиляционного процесса под углом . По известному градиенту температуры, либо известному коэффициенту эффективности воздухообмена определяют температуру воздуха, удаляемого из верхней зоны помещения t_у, а по условиям воздухораспределения – температуру приточного воздуха

t_п = t_в - t_р, (П.12)

где t_р – рабочая разность температур, определяемая расчетом воздухораспределения (в реальных проектах), либо на предварительном этапе по справочным рекомендациям (в примере t_р = 7 ^оС).

На h – d – диаграмме проводим изотермы t_у и t_п и на пересечении с лучом вентиляционного процесса определяем точки У и П. Из этих точек проводим вертикальные лучи соответственно вверх и вниз на 0,5 – 1,0 ^оС и определяем точки Р и С_2. Точка Р соответствует параметрам рециркуляционного воздуха, а точка С₂ - смеси рециркуляционного, поступающего по каналу второй рециркуляции, с воздухом, прошедшим обработку в камере орошения. По формулам (П.5) и (П.6) определяем расход удаляемого и приточного воздуха G_у2, G_п2. Через точки Р и С₂ проводим прямую до пересечения с кривой относительной влажности  = 90 – 95 % и определяем точку О, соответствующую параметрам воздуха, прошедшего обработку в оросительной камере. Из уравнения воздушного баланса и уравнения баланса влаги для процесса смешения определяем расход рециркуляционного воздуха, поступающего по каналу второй рециркуляции G_р2 и расход воздуха, прошедшего через камеру орошения G_ок.

G_p2 +G_ок = G_п2

G_p2*d_р + G_ок*d_о = G_п2*d_с2  G_р2 = G_п2*(d_с2 - d_о)/(d_р – d_о) =

32811*(11,5 – 12,0)/(12,9 – 12,0) = 18228 кг/ч.

Далее определяем расход рециркуляционного воздуха, поступающего в кондиционер по каналу первой рециркуляции G_р1:

G_р1 = G_ок - G_н = 32811 – 18228 – 11520 = 3063 кг/ч.

Определяем энтальпию смеси наружного и рециркуляционного воздуха:

h_с1 =(G_н*h_н + G_р1*h_p1)/G_ок = (11520*57,4 + 3063*54,4)/(32811 – 18228) =

57,7 кДж/кг.

G_ок = 32811 – 18228 = 14583 кг/ч.

Соединяем точки Н и Р линией смеси. На h – d – диаграмме проводим изоэнтальпу h_c1= const и на пересечении с линией смеси определяем точку смеси С₁. Соединяем точки С₁ и О лучом. Определяем расход холода в оросительной камере:

Q_x = 0,278*G_ок*(h_c – h_o) = 0,278*14583*(59,0 – 49,3) = 39324 Вт.

Определяем параметры воздуха в характерных точках процесса и заносим параметры воздуха в табл. П.1.

Таблица П.1. Параметры воздуха в характерных точках процесса кондиционирования

Параметр воздуха	Точка на	Значение параметра
	h–d-диаграмме	t, oC	h, кДж/кг	d, г/кг	, %
Теплый период года, прямоточная СКВ
Наружный	Н	31,9	57,4	9,8	34,7
После камеры орошения	О	18,5	48,8	12,0	90,0
Приточный	П	19,7	50,3	12,0	82,0
Внутренний в ОЗ	В	25,0	57,7	12,8	64,8
Удаляемый	У	26,1	59,5	12,9	61,0
Теплый период года, СКВ с первой рециркуляцией
Рециркуляционный	Р	27,1	54,4	12,9	60,4
Смесь	С	29,2	59,0	11,8	47,0
Теплый период года, СКВ с первой и второй рециркуляцией
Смесь по каналу 1	С1	31	57,7	10,4	37,5
После камеры орошения	О	18,5	49,3	12	90,0
Смесь по каналу 2	С2	16,9	45	11,5	95
Приточный	П	17,9	46,4	11,5	90
Холодный период года, прямоточная СКВ
Наружный	Н	-22,0	-20,9	0,35	60,0
После первого подогрева	Т	6,9	8,0	0,35	6,0
После увлажнения	О	1,5	8,0	2,5	60,0
Приточный	П	15,7	22,29	2,5	24,2
Внутренний	В	14,0	21,8	3,5	30,0
Удаляемый	У	14,0	21,8	3,5	30,0
Холодный период года, СКВ с первой рециркуляцией
После первого подогрева	Т	3,1	8,0	2,3	40
Смесь	С	7,2	13,9	2,39	39
Рециркуляционный	Р	14,0	23,0	3,5	30,0
Холодный период года, СКВ с первой и второй рециркуляцией
После первого подогрева	Т	3	4,2	0,35	8,8
Смесь по каналу 1	С1	4	5,9	0,56	14
После увлажнения	О	-0,2	5,7	2,41	60,0
Смесь по каналу 2	С2	5,7	13,2	2,8	47
Приточный	П	15,1	22,29	2,6	25

В ХП года, так же как и в СКВ с первой рециркуляцией возможны две схемы обработки воздуха «смешение – подогрев» и «подогрев – смешение». Рассмотрим вариант «подогрев – смешение», так как он соответствует условиям задачи.

Построение процесса начинаем в той же последовательности, что и для СКВ с первой рециркуляцией. При этом, в первом приближении, расходы воздуха по всем каналам принимаем равными значениям, полученным в ТП года.

После проведения луча процесса через точку В, по известной энтальпии приточного воздуха определяем точку П. Из уравнения баланса влаги процесса смешения воздуха, прошедшего обработку в камере орошения G_ок с рециркуляционным воздухом, поступающим по каналу второй рециркуляции G_p2, определяем влагосодержание воздуха на выходе из камеры орошения:

G_p2*d_р + G_ок*d_о = G_п2*d_с2  d_о = (G_п2*d_с2 - G_p2*d_р)/ G_ок =

(32811*3,07 – 18228*3,5)/ 14583 = 2,41 г/кг.

На пересечении линии d_о = 2,41 г/кг с кривой относительной влажности _о = 60%, получаем точку О. Соединяем точки О и Р линией смеси. Из точки П проводим вниз прямую d_п = 2,6 г/кг и на пересечении с линией смеси получаем точку С₂.

Из уравнения баланса влаги для процесса смешения наружного воздуха с рециркуляционным, поступающим по каналу первой рециркуляции, определяем влагосодержание смеси

d_c1 = (G_{н *} d_н + G_р1* d_р )/G_ок = (11520*0,35 + 3063*3,5)/(11520 + 14583) = 0,56 г/кг.

На пересечении линий d_c1 = 0,56 г/кг и h_o = 5,7 кДж/кг получаем точку смеси С₁. Через точки С₁ и Р проводим прямую и на пересечении с линией d_н = 0,35 г/кг получает точку Т, соответствующую параметрам наружного воздуха после подогрева в подогревателях первой ступени. Соединяем точки Н и Т прямой. Определяем параметры воздуха в характерных точках и заносим их в табл. П.1.

Определяем расход теплоты на подогрев воздуха:

Q_под.1 = 0,278*G_н*(h_т – h_н) = 0,278*11520*(4,2 + 20,9) = 80384 Вт.

Q_под.2 = 0,278*G_п*(h_п – h_с2) = 0,278*32811*(22,29 - 13,2) = 82914 Вт.

Задача №2. По результатам, полученным в задаче №1, подобрать центральный кондиционер марки КТЦ3 для УКВ, работающей по прямоточной схеме. Для выбранного кондиционера с учетом данных, представленных в табл.2, подобрать и рассчитать следующие основные секции:

- приемную секцию (подбор);

- фильтровальную секцию (подбор);

- секцию I-го подогрева (расчет);

- секцию II-го подогрева (расчет);

- оросительную секцию с циркуляционным насосом (расчет для теплого периода года);

- вентиляторную секцию (подбор).

Исходные данные:

- потери давления в вентиляционной сети – 720 Па;

- температура теплоносителя на первый подогрев - t_г = 120 ^оС; t_о = 70 ^оС;

- температура носителя на второй подогрев t_г = 55 ^оС; t_о = 40 ^оС