Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий

Кафедра теоретических основ

тепло- и хладотехники

Тепловой расчет воздухоохладителя для систем кондиционирования воздуха

Методические указания к практическим занятиям для студентов всех специальностей и направлений очной и заочной форм обучения

Санкт-Петербург 2011

УДК 621.1.016.621.56

Азарсков В.М., Куприянова А.В. Тепловой расчет воздухоох-ладителя для систем кондиционирования воздуха: Метод. указания к практическим занятиям для студентов всех спец. и направлений очной и заочной форм обучения. – СПб.: СПбГУНиПТ, 2011. – 26 с.

Приведен пример расчета воздухоохладителя для систем кондициони-рования воздуха. Даны уравнения для расчетов коэффициентов теплоотдачи со стороны воздуха, омывающего оребренный пучок труб, и со стороны кипя-щего холодильного агента внутри труб.

Рецензент

Канд. техн. наук, доц. В.В. Немировская

Рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом уни-верситета

 Санкт-Петербургский государственный

университет низкотемпературных и пищевых технологий, 2011

1. 1. Особенности теплового расчета поверхностных оребренных воздухоохладителей

Воздухоохладители (ВО) – теплообменные аппараты, предназначенные для охлаждения (или охлаждения с осушением) воздуха в системах комфортного или технологического кондиционирования; для целей хранения, охлаждения и замораживания продуктов; в низкотемпературных установках; в термобарокамерах и для других целей [1].

По способу охлаждения ВО делятся на поверхностные и контактные (мокрые). У поверхностных ВО воздух движется принудительно с помощью вентилятора, омывая наружную оребренную поверхность пучка труб. Коэффициент оребрения  = F_ор.нар/F_вн имеет значения  = 1025. Увеличение поверхности теплообмена со стороны воздуха, достигаемое оребрением пучка труб, создается в целях компенсации низких значений коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха _в по сравнению с величиной коэффициента теплоотдачи со стороны охлаждающей среды. При этом коэффициент теплопередачи K_ор для ВО и его холодопроизводительность существенно возрастают, так как величина термического сопротивления теплоотдачи со стороны воздуха R_воз = 1/(_в  F_ор) значительно снижается.

Ребра применяются спирально-навивные либо отдельные круглые или квадратные, либо сплошные пластинчатые, каждое из которых насаживается сразу на все трубки пучка.

Охлаждающая воздух среда движется внутри труб плоских вертикальных змеевиков, сформированных из прямых горизонтальных участков труб, которые соединены поворотами (калачами) на 180 . Охлаждающей средой может служить кипящий холодильный агент (хладоны или аммиак) либо хладоносители в виде воды (для t_воз > 0 C) или незамерзающего раствора (для t_воз < 0 C), которые предварительно охлаждают в испарителе холодильной машины.

В системах охлаждения малой и средней производительности часто используются ВО с непосредственным кипением хладона. Поверхность теплообмена ВО состоит из медных трубок с алюминиевым пластинчатым оребрением. Каждое ребро в виде сплошной пластины толщиной _р = 0,10,2 мм насаживается на все трубки пучка. Шаг ребер s_р выбирается для «сухого» охлаждения s_р  1,52,5 мм; для охлаждения с влаговыпадением s_р  2,54,5 мм, при инееобразовании s_р  515 мм. Сухое охлаждение воздуха в ВО происходит, если температура его наружной поверхности t_нар выше температуры точки росы t_росы для охлаждаемого воздуха. При происходит осушение воздуха с выпадением влаги (при t_воз  0 С) либо с образованием слоя инея (при t_воз  0 С). При тепловом расчете ВО надо учитывать следующие особенности.

1. При охлаждении воздуха, сопровождаемого влаговыпадением, тепловая нагрузка на ВО возрастает, что следует учитывать с помощью коэффициента влаговыпадения:

.

2. Так как при расчете ВО задаются данные не только по температуре, но и по влажности воздуха на входе и выходе из ВО ( или d), то необходимо сначала определить температуру наружной оребренной поверхности ВО, обеспечивающей требуемый режим обработки воздуха, а затем рассчитывать необходимую температуру кипения хладагента. Это можно выполнить либо с помощью диаграммы h-d влажного воздуха путем построения луча процесса, либо с помощью соответствующего расчета.

3. При расчете теплообмена от оребренных поверхностей с высокими тонкими ребрами необходимо знать, что температура ребра существенно отличается от температуры несущей трубы, что приводит к снижению теплового потока между ребрами и воздухом. Это учитывается с помощью коэффициентов эффективности ребра E_р = / и оребренной поверхности Е_н = с_конт Е_р + (1 – с_конт Е_р)/ .

4. Если рассматривается процесс охлаждения воздуха, сопровождаемый инееобразованием на наружной оребренной поверхности, то в тепловом расчете ВО необходимо учитывать дополнительное термическое сопротивление слоя инея R_ин = _ин/_ин. Толщина слоя инея _ин и его теплопроводность _ин значительно изменяются в ходе работы ВО, так как с течением времени плотность инея _ин возрастает от 80 до 400 кг/м³. На величину _ин влияют параметры воздуха на входе и выходе из ВО, скорость воздуха, время работы ВО, периодичность его оттаивания и другие факторы.