2101

б)

d

В воздухоохладителе III кондиционера Б параметры воздуха меняются от точки Н' до б по линии dH = const. В оросительной камере 1 происходит охлаждение воды от температуры tW2,1 до температуры

tW1,1, а энтальпия воздуха при этом возрастает от hб до hв . В ороси-

20

тельной камере 2 вода охлаждается от tW2,2 до tW1,2 . Энтальпия возду-

ха изменяется от hв до hг.

Параметры воздуха по трактам кондиционеров А и Б и параметры воды в циркуляционных кольцах зависят от параметров наружного воздуха, его расходов GI и GII и расходов орошающей воды.

3. КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ВНЕШНИХ ИСТОЧНИКОВ ХОЛОДА В ТЕПЛЫЙ ПЕРИОД ГОДА

Если с помощью испарительного охлаждения не удается достичь требуемых параметров воздуха или когда их отклонения в течение периода работы системы превышают допустимые значения, а также при технико-экономической нецелесообразности, то применяют способ обработки воздуха, основанный на использовании внешних источников холода.

При проектировании СКВ необходимо стремиться к достижению минимального количества приточного воздуха GП , которое в то же время должно удовлетворять следующим требованиям:

1)обеспечивать требуемую санитарную норму подачи воздуха на одного человека;

2)компенсировать воздух, удаляемый вытяжной вентиляцией и используемый на технологические нужды;

3)поддерживать избыточное давление в кондиционируемом помещении.

3.1.Прямоточная СКВ с использованием воды от внешних источников холодоснабжения

На рис. 3.1, а представлена принципиальная схема прямоточной СКВ. Установка включает воздухонагреватель первой ступени ВП1 (в теплый период не работает), оросительную камеру ОК, воздухоподогреватель второй ступени ВП2. В оросительную камеру подается вода с температурой до 6 ОС, получаемая от источников холодоснабжения.

Построение процессов на h-d-диаграмме (рис. 3.1, б) начинают с нанесения точек Н и В. Через точку В проводят линию dB = const и откладывают вниз от точки В отрезок t = 0,5-1 ОС и получают вспомо-

21

гательную точку В'. Через последнюю проводят линию ПОМ до пересечения с кривой = 100 % в точке f. Если температура tf ≥ 8-10 ОС, то рассматриваемый процесс кондиционирования воздуха может быть реализован.

На пересечении линии ПОМ с кривой = 90-95 % находят точку О. От точки О вверх по линии dП = dO = const откладывают отрезок t = = 0,5-1 ОС и через полученную точку П проводят линию ПОМ . На пересечении линии ПОМ с изотермами tВ и tУ находят точки В и У. Расход приточного воздуха вычисляют по формулам (2.1) и (2.2).

d

Охлажденная вода

Рис. 3.1. Схема (а) и h-d-диаграмма (б) изменения состояния воздуха в прямоточной СКВ с использованием воды от внешних источников холодоснабжения

Расход холода для осуществления процесса охлаждения и осушки воздуха определяется по формуле

QОХЛ = GП (hH – hО).

Расход влаги, конденсирующейся на поверхности капель воды в оросительной камере, составляет

WК = GП (dH – dO) 10-3.

22

Если в процессе проектирования СКВ точка П оказалась ниже допустимой, то воздух необходимо подогревать в аппарате ВП2. Расход теплоты в аппарате можно определить по методике, представленной в

[5].

Недостатком рассмотренной схемы обработки воздуха является необходимость одновременного использования теплоты и холода, что снижает теплоэнергетические показатели.

Пример 3.1. Определить количество приточного воздуха для помещения с избытками теплоты QП = 270000 кДж/ч и влаги W = = 36 кг/ч. Параметры воздуха в помещении: tВ = 24 ОС; В = 60 %; dВ = = 13,3 г/кг с.в; hВ = 53 кДж/кг. Параметры наружного воздуха: tН = = 32 ОС; Н = 55 %; hН = 73,5 кДж/кг; dН = 16,4 г/кг с.в. Температура удаляемого воздуха tУ = 25 ОС.

Решение. Определяем угловой коэффициент линии процесса изменения состояния воздуха:

ПОМ = QП / W = 270000 / 36 = 7500 кДж/кг.

Построение процесса на h-d-диаграмме начинаем с нанесения точек Н и В. Находим на линии dВ = const положение точки В', полагая подогрев воздуха в вентиляторе и воздуховоде t = 1 ОС. Через точку

В' проводим линию ПОМ до пересечения с кривой О = 90 % в точке О: tО = 15,5 ОС; О = 90 %, hО = 40 кДж/кг, dО = 9,7 г/кг с.в.

Находим параметры точки П на диаграмме, полагая, что

tП = tО + 1 ОС:

tП = 15,5 + 1 = 16,5 ОС.

Параметры точки П: tП = 16,5 ОС; dП = 9,7 г/кг с.в; = 83 %; hП =

Расход приточного воздуха составляет

GП = QП / (hУ – hП) = 270000 / (55 – 41) = 19300 кг/ч

или

GП = W 103 /(dУ – dП) = 36 103 / (11,7 – 9,7) = 18000 кг/ч.

Погрешности в определении GП по энтальпии и влагосодержанию находятся в пределах погрешности построения диаграммы (5-6 %).

23

Расход холода на охлаждение и осушку воздуха

QОХЛ = GП (hН – hО) = 19300 (73,5 – 40) = 64700 кДж/ч.

Расход влаги, конденсирующейся из воздуха в оросительной каме-

ре,

WК = GП (dН – dО) 10-3 = 19300 (16,4 – 9,7) 10-3 = 129 кг/ч.

3.2. СКВ с применением первой рециркуляции

Анализ формул (2.1) и (2.2) показывает, что расход приточного воздуха GП зависит от допустимого перепада параметров внутреннего и приточного воздуха. В большинстве случаев воздухообмен, обеспечивающий удаление избытков теплоты и влаги, оказывается больше минимально необходимого расхода наружного воздуха из условия са- нитарно-гигиенических норм. Все это позволяет снизить затраты энергии на обработку приточного воздуха, применяя рециркуляцию удаляемого воздуха.

d

б)

а)

Рис. 3.2. Схема (а) и h-d-диаграмма (б) изменения состояния воздуха в СКВ с применением первой рециркуляции для режима теплого периода

На рис. 3.2, а представлена принципиальная схема СКВ с первой рециркуляцией для режима теплого периода. Рециркуляционный воз-

24

дух может подмешиваться к наружному перед воздухонагревателем ВП1 либо за ним.

Параметры воздуха, подаваемого на циркуляцию, зависят от организации подачи воздуха в помещение и забора его из помещения. Например, при применении схемы организации воздухообмена «снизу вверх» и заборе рециркуляционного воздуха из верхней зоны его параметры соответствуют параметрам точки У, а при схеме подачи «сверху вниз» – параметрам точки В. Если воздух подается по схеме «снизу вверх», а на рециркуляцию забирают воздух из обслуживаемой зоны, его состояние также будет соответствовать точке В.

Построение процесса на h-d-диаграмме (рис. 3.2, б) начинаем с нахождения точек Н и В, а затем точек У, П, О. Точка У' характеризует состояние рециркуляционного воздуха перед его смешением с наруж-

ным воздухом и лежит на пересечении линии dУ = const с изотермой tУ' = tУ + 0,5 ОС.

Расход приточного воздуха GП определяют по формулам (2.1) и (2.2). Точки Н и У' соединяют прямой, которая является линией смеси наружного и рециркуляционного воздуха. Расход рециркуляционного воздуха составляет

G1P = GП – GН .

Положение точки С, характеризующей параметры смеси, определяется из уравнений теплового и материального баланса:

GH hH + G1P hУ' = GП hC .

Из последнего уравнения энтальпия точки С

hC = (GH hH + G1P hУ') / GП .

Влагосодержание точки смеси

dC = (GH dH + G1P dУ') / GП .

Пересечение линий hC и dС с линией НУ' определяет положение смеси С. Линия СО является линией процесса изменения состояния воздуха при его охлаждении и осушке в оросительной камере.

Расход холода для осуществления процесса охлаждения и осушки воздуха рассчитывается по формуле

QОХЛ = GН (hС – hО),

а количество сконденсировавшейся влаги из воздуха по формуле

25

GК = GП (dC – dО) 10-3.

Пример. 3.2. Определить количество приточного воздуха для помещения с избытками теплоты QП = 250000 кДж/ч и влаги W = = 35 кг/ч и рассчитать процесс кондиционирования воздуха с применением рециркуляции. Параметры воздуха в помещении: tВ = 24 ОС;

В = 60 %; dВ = 13,3 г/кг с.в; hВ = 53 кДж/кг. Параметры наружного воздуха: tН = 32 ОС; Н = 55 %; hН = 73,5 кДж/кг; dН = 16,4 г/кг с.в.

Температура удаляемого воздуха tУ = 25 ОС. Минимальное количество наружного воздуха GНМИН = 6000 кг/ч.

Решение. Определяем угловой коэффициент линии процесса изменения состояния воздуха:

ПОМ = QП / W = 250000 / 35 = 7100 кДж/кг.

Аналогично рассмотренному выше примеру на h-d-диаграмму наносим точки Н и В, а затем находим положение точек У, П и О.

Расход приточного воздуха

GП = QП / (hУ – hП) = 250000 / (56 – 41,8) = 17600 кг/ч.

Определяем параметры точки У' :

tУ’ = 27 ОС; У’ = 52 %, hУ’ = 57 кДж/кг, dУ’ = 11,7 г/кг с.в.

Расход воздуха первой рециркуляции

G1P = GП – GНМИН = 17600 – 6000 = 11600 кг/ч.

Определяем энтальпию и влагосодержание точки С:

hC = (GHМИН hH + G1P hУ') / GП =

= (6000 73,5 + 11600 57) / 17600 = 62,6 кДж/кг; dC = (GHМИН dH + G1P dУ') / GП =

= (6000 16,4 + 11600 11,7) / 17600 = 13,3 г/кг с.в. tC = 28,8 ОC, = 54 %.

26

Соединяем точки С и О (линии охлаждения и осушки воздуха в оросительной камере).

Расход холода в оросительной камере

QОХЛ = GП (hС – hО) = 17600 (62,6 – 40,4) = 391000 кДж/ч.

Количество сконденсировавшейся влаги из воздуха

GК = GП (dC – dО) 10-3 = 17600 (13,3 – 9,7) 10-3 = 63 кг/ч.

Анализ результатов расчета схем кондиционирования показывает: рециркуляция позволяет сократить затраты холода. Однако необходимо одновременно использовать процессы охлаждения и нагрева воздуха.

Для сокращения расхода теплоты и холода на приготовление воздуха применяют СКВ с первой и второй рециркуляциями (рис. 3.3). Наружный воздух смешивается с воздухом первой рециркуляции (до или после воздухоподогревателя I ступени, который в теплый период не работает) и подают в оросительную камеру, после чего к этой смеси подмешивают воздух второй рециркуляции. В результате воздух приобретает соответствующие параметры по температуре и влажности.

Недостатком схемы является сложность обеспечения автоматического регулирования.

27

3.3. Кондиционирование воздуха в холодный период года

На рис. 3.4, а представлена принципиальная схема прямоточной системы кондиционирования воздуха в холодный период года. Наружный воздух направляется в воздухоподогреватель ВП1, увлажняется изоэнтальпийно в оросительной камере ОК, окончательно подогревается в воздухоподогревателе ВП2 и направляется в обслуживаемое помещение.

Рис. 3.4. Схема (а) и h-d-диаграмма (б) изменения состояния воздуха

впрямоточной СКВ для режима холодного периода

Врасчетах расход приточного воздуха GП принимается по расчету летнего периода с целью обеспечения устойчивости работы системы воздухораспределения.

Построение процесса на h-d-диаграмме начинают с нанесения точек Н, В и У.

Энтальпия и влагосодержание приточного воздуха находятся по формулам (2.1) и (2.2):

hП = hУ – QП / GП ; dП = dУ – W 103 / GП .

28

Пересечение линий hП = const или dП = const с линией ПОМ определяет положение точки П, характеризующей состояние приточного воздуха.

Через точку П проводят линию dП = const до пересечения с кривой= 90-95 % в точке О. Линия ОП характеризует процесс нагревания воздуха в воздухоподогревателе 2-й ступени.

Параметры воздуха после воздухоподогревателя ВП1 на входе в оросительную камеру находятся на линии пересечения hO = const и dH = const (точка К).

Линия НК характеризует нагрев воздуха в ВП1. Линия КО – изоэнтальпийное увлажнение воздуха в оросительной камере.

Расход теплоты на первой ступени подогрева воздуха

QI = GП (hК – hH).

Расход теплоты на второй ступени подогрева воздуха

QII = GП (hП – hО).

Расход воды на подпитку оросительной камеры для компенсации воды, испарившейся в процессе изоэнтальпийного увлажнения воздуха,

WП = GП (dO – dК) 10-3.

Пример 3.3. Для кондиционирования воздуха по прямоточной схеме для холодного периода (см. рис. 3.4, а) определить расход теплоты в воздухоподогревателе ВП1 и ВП2 и расход воды, испарившейся в оросительной камере. Построить на h-d-диаграмме (см. рис. 3.4, б) процессы кондиционирования воздуха. Расчетные параметры внутреннего и наружного воздуха следующие:

Температура удаляемого воздуха tУ = 23 ОС.

Расход приточного воздуха для летнего периода GП = 20000 кг/ч. Избытки теплоты QП = 160000 кДж/ч; избытки влаги W = 25 кг/ч.

Решение. Угловой коэффициент луча процесса

ПОМ = QП / W = 160000 / 25 = 6400 кДж/кг.

Наносим на h-d-диаграмму точки Н и В. На линии процесса ПОМ , проведенную через точку В, находим положение точки У. Точка У

29