3.4.2. Второй вариант модульной задачи (зимний режим кондиционирования)

Условия задачи. Центральная рециркуляционная средненапорная ССККВ спроектирована и работает при следующих параметрах окружающей среды: t_н.в. = –20^оC, φ_н.в. = 70%. В кондиционируемых помещениях поддерживается температура воздуха t_п. = 20^оC при относительной влажности φ_п. = 50%. Коэффициент рециркуляции k_р = 0,5. Как изменится (в %) тепловая мощность нагревательных элементов и количество пара, расходуемого на увлажнение приточного воздуха, если перейти: а) на 100% рециркуляцию, б) на прямоточную систему кондиционирования. Суммарные теплопотери кондиционируемых помещений равны Q_п = –20 кВт. Уклон процесса тепловлагоассимиляции ε_з = –5∙10³ кДж/кг вл.

Рис.3. Цикл тепловлажностной обработки воздуха в центральном кондиционере при зимнем режиме кондиционирования

Решение:

1. Определяем энтальпию и влагосодержание наружного воздуха (точка Н)

Задано: t_{н.в .}= –20ºC, Определяем H_н.в. = –19 кДж/(кг с.в.)

φ_н.в. = 70%. d_н.в. = 0,5 г вл._./кг с.в.

2. Определяем энтальпию и влагосодержание воздуха в кондиционируемых помещениях (точка П)

Задано: t_п = 20ºC, Определяем H_п = 38,8 кДж/кг с.в.

φ_п = 50%. d_п. = 7,3 г вл./кг с.в.

3. Задаётся охлаждением воздуха в воздуховодах в интервалах значений ∆t_в.в.=1…3ºC в зависимости от длины воздуховодов. Принимаем среднюю длину воздуховодов, тогда ∆t_в.в. = 2ºC. С точки «П» опускаемся вертикально вниз по d = idem на 2ºC, получаем точку «К». Процесс П-К характеризует охлаждение воздуха в коридорах и воздуховодах по пути рециркуляционного воздуха к центральному кондиционеру.

H_к = 36,8 кДж/кг с.в. d_к. = d_{п .}= 7,3 г вл./кг с.в.

4. Определяем параметры воздуха после первого подогревателя (наружный воздух при зимнем режиме кондиционирования перед смешением с рециркуляционным подогревается в первом подогревателе до 12…15ºC). Принимаем 15ºC, тогда энтальпия и влагосодержание наружного воздуха после первого подогревателя (точка 1):

H₁ = 16,4 кДж/кг с.в. d₁ = d_{н .}= 0,5 г вл./кг с.в.

5. Соединяем точки «1» и «К» прямой линией. Делим полученный отрезок прямой 1-К пополам, получаем точку «С», то есть, удовлетворяем заданной в условии задачи — степени рециркуляции, к_р = 0,5. От точки «С» откладываем вверх по линии d = idem нагрев воздуха в вентиляторе: ∆t_э.в. = 1…3ºC, (в зависимости от давления воздуха в воздуховодах СКВ (различают низконапорную, средненапорную и высоконапорную системы кондиционирования, соответственно принимают значение ∆t_э.в). Так как по условию задачи задана средненапорная СКВ, то ∆t_эв = 2ºC. Отложив ∆t_эв, получаем точку 2, соответствующую подаче воздуха в воздухоувлажнитель. Определяем параметры воздуха в этой точке:

H₂ = 28,8 кДж/кг с.в. d₂ = 4,0 г вл. /кг с.в.

5. Через точку «П» проводим заданный уклон процесса тепловлагоассимиляции ε_з = –5∙10³ кДж/кг вл.

• Для этого произвольно принимаем ∆d_х = 1-3 г вл._./кг с.в., тогда

∆H_х = ε∙∆d_х = –5∙10³∙1∙10^-3 = –5 кДж_./кг с.в.

• Тогда параметры вспомогательной точки «Х»

∆H_х = H_п + ∆H_х = 38,8 – 5 = 33,8 кДж_./кг с.в.

d_х = d_{п .}+ ∆d_х = 7,3 + 1 = 8,3 г вл./кг с.в.

На пересечении изолиний H_х и d_х = idem, определяем положение вспомогательной точки «Х». Через точки «Х» и «П» проводим прямую до пересечения с изотермами 40…50ºC (тем самым провели заданный уклон процесса тепловлагоассимиляции в зимнем режиме кондиционирования).

6. Задаёмся температурой приточного воздуха, подаваемого в помещения, в интервале значений 30…40ºC. Принимаем 35ºC, тогда на пересечении изотермы 35ºC с линий уклона процесса тепловлагоассимиляции П-Х получаем точку 3 (точка подачи приточного воздуха в кондиционируемые помещения). Энтальпия и влагосодержание приточного воздуха:

H₃ = 48,2 кДж/кг с.в. d₃ = 5,2 г вл. /кг с.в

7. От точки 3 по d = idem откладываем вверх отрезок прямой, равный отрезку П-К, получаем точку 4 (выход воздуха из второго воздухоподогревателя). Процесс 3-4 — охлаждение воздуха в воздуховодах при его движении от центрального кондиционера к кондиционируемым помещениям. Итак, энтальпия и влагосодержание воздуха, выходящего из второго воздухоподогревателя

H₄ = 50,2 кДж/кг с.в. d₄ = 5,2 г вл. /кг с.в

8. Через точки 4 и 3 по d = idem проводим прямую линию до пересечения с изотермой, проходящей через точку 2. Получаем точку 5, соответствующую выходу воздуха из воздухоувлажнителя и входу его во второй воздухоподогреватель. Тогда процесс 2-5 соответствует увлажнению воздуха паром, а процесс 5-4 — чистому нагреву воздуха во втором воздухоподогревателе. Тогда энтальпия и влагосодержание воздуха в точке 5

H₅ = 32,0 кДж/кг с.в. d₅ = 5,2 г вл. /кг с.в

Итак, цикл тепловлажностной обработки воздуха в центральном кондиционере и соответствующей системы кондиционирования при зимнем режиме кондиционирования построен.

Теперь рассчитываем характеристики процессов, образующих этот цикл:

—количество приточного воздуха, которое необходимо подавать в кондиционируемые помещения для тепловлагоассимиляции:

М_в = Q_пот/(H_п – H₃) = –20/(38,8 – 48,2) = 2,1277 кг/с

— тепловая мощность нагревательных элементов, обслуживающих ССККВ:

Q_н.э.= М_в {(1 – к_р)·(H₁ – H_н) + (Н₄ – Н₅)} = 2,1277·{(1 – 0,5)·(16,4 – (–19)) + (50,2 – 32,0)} = 76,38 кВт.

— количество пара, которое необходимо подавать в воздухоувлажнитель в единицу времени: в секунду, минуту, час и, наконец, в сутки

D_пара = М_в (d₅ – d₂) = 2,1277·(5,2 – 4,0) = 2,553 г пара/с = 0,1532 кг/мин = 9,1917 кг/час = 0,2206 т/сутки.

Рассмотрим вариант 100% рециркуляции приточного воздуха

К 100%-ой рециркуляции приточного воздуха, подаваемого в кондиционируемые помещения, переходят в том случае, когда наружный воздух загрязнён пылью (например, на соседнем причале разгружается цементовоз), либо имеет неприятный запах (например, разгружается скотовоз).

В этом случае точкой забора воздуха в воздухоподогреватель будет точка «К», характеризуемая в рассматриваемом случае следующими значениями энтальпии и влагосодержания

Н_к = 36,8 кДж/кг с.в. и d_к = 7,3 г вл. /кг с.в..

При этом приточный воздух необходимо нагревать от температуры 18 ºC (точка К) до температуры 37ºC (точка 4'). Значение энтальпии в точке 4' Н_4' = 56,0 кДж/кг с.в.

Рассчитываем характеристики процессов, образующих этот модифицированный цикл:

— тепловая мощность нагревательных элементов, обслуживающих ССККВ в этом режиме кондиционирования:

Q_н.э.= М_в (H_4' – H_к) = 2,1277·(56,0 – 36,8)} = 40,85 кВт.

— количество влаги, которое необходимо отводить от рециркуляционного воздуха в единицу времени: в секунду, минуту, час и, наконец, в сутки

D_влаги = М_в (d_4' – d₄ )= 2,1277·(7,3 – 5,2) = 4,4682 г пара/с = 0,2681 кг/мин = 16,085 кг/час = 0,38605 т/сутки.

Вывод: потребляемая тепловая мощность нагревательных элементов при работе ССККВ в зимнем режиме кондиционирования при 100% рециркуляции уменьшилась более чем в 1,8 раза по сравнению с 50% рециркуляцией. Однако при этом надо устанавливать абсорбционный осушитель воздуха.

Теперь рассмотрим вариант прямоточной системы кондиционирования (например, на судне один из членов экипажа заболел свиным гриппом). В этом случае для тепловлажностной обработки забирается чистый наружный воздух с параметрами точки Н, который нагревается последовательно в двух воздухоподогревателях до состояния точки 4''. Значения энтальпии и влагосодержания в точке 4''

Н_4'' = 38,5 кДж/кг с.в. и d_4'' = 0,5 г вл. /кг с.в..

Учитывая, что на участке 3''- 4'' нагрев воздуха происходит за счет его сжатия в вентиляторе, то фактически нагрев воздуха в этом режиме кондиционирования осуществляется на участке Н- 3''.

Тогда

— тепловая мощность нагревательных элементов, обслуживающих ССККВ в этом режиме кондиционирования:

Q_н.э.= М_в (H_3'' – H_н) = 2,1277·{36,5 – (–19)} = 118,09 кВт.

— количество влаги, которое необходимо подводить к приточному воздуху в единицу времени: в секунду, минуту, час и, наконец, в сутки

D_влаги = М_в (d₄ – d_4'') = 2,1277·(5,2 – 0,5) = 10,0000 г пара/с = 0,6000 кг/мин = 36,000 кг/час = 0,8640 т/сутки.

Вывод: потребляемая тепловая мощность нагревательных элементов при работе СКВ в зимнем режиме кондиционирования по прямоточной системе кондиционирования увеличилась более чем в 1,5 раза по сравнению с 50% рециркуляцией. Кроме того при этом надо устанавливать более мощный (в 2,2 раза) парогенератор для увлажнения приточного воздуха.

Общий вывод:

Перевод СКВ на 100% рециркуляцию при зимнем режиме кондиционирования приводит к уменьшению потребляемой тепловой мощности нагревательных элементов более чем в 1,8 раза, но при этом ухудшается качество приточного воздуха, подаваемого в помещения.

Переход на прямоточную систему кондиционирования вызывает повышение потребляемой тепловой мощности нагревательных элементов более чем 1,5 раза, но улучшается качество приточного воздуха. К тому же при этом надо устанавливать более мощный (в 2,2 раза) парогенератор (кипятильник) для увлажнения приточного воздуха паром более высоких параметров.