Расчет центральной однозональной системы кондиционирования воздуха для помещений [30]

В этой системе наружный воздух поступает через утепленный клапан 1.

В зимнее и переходное время года воздух подогревается в калорифере первой 15 и второй 13 ступеней первого подогрева и поступает в смесительную камеру, где смешивается с рециркуляционным воздухом, поступающим через створчатый клапан 6.

Створчатый клапан 14 предназначен для регулирования температуры наружного воздуха при прохождении им калорифера 13. Подмешивание рециркуляционного воздуха к наружному возможно и до калорифера первой ступени подогрева. Но при такой схеме возрастает поверхность нагрева калориферов вследствие увеличения расхода воздуха и уменьшения температурного напора. К достоинству такой схемы подмешивания следует отнести уменьшение опасности замораживания калориферов.

В оросительной камере 12 в зимний и переходный периоды года происходит увлажнение воздуха, а в летний - охлаждение и сушка. Эта камера имеет обводной канал со створчатым клапаном 7.

Наружный и рециркуляционный воздух очищаются от пыли в фильтре 11.

В зимний и переходный периоды года воздух подогревают в калорифере второй ступени 9, имеющего обводной канал. Количество воздуха, поступающего в калорифер и через обводной канал, регулируется створчатым клапаном 10.

Воздух в помещение подается вентилятором 8, а удаляется вентилятором 5. Температура и влажность воздуха в помещении регулируются терморегулятором Т1 и влагорегулятором В1. Терморегулятор Т1 в летний период управляет исполнительным механизмом, перемещающим створчатые клапаны 6 и 7, а в зимний и переходный периоды - клапанов 10 и К3, изменяя температуру воды, поступающей на калорифер второго подогрева.

Влагорегулятор В1 воздействует на терморегулятор точки росы Т2, установленный либо в поддоне оросительной камеры, либо на выходе из нее, и переводит его на соответствующую температуру точки росы. Терморегулятор Т2 летом воздействут на трехходовой клапан К4, изменяя темперауру разбрызгиваемой воды, а в зимнее время - на клапан К2 калорифера второй ступени первого подогрева...

При освоении программы специальности "Теплонергетика" [ 6 ] студенты делали контрольную работу по курсу "Проектирование и эксплуатация установок кондиционирования воздуха и отопления" в части кондиционирования. Далее приводится решение поставленной задачи.

Задание: спроектировать установку кондиционирования воздуха производительностью G_в, кг/с. Кондиционированный воздух имеет температуру t₂, ^оС и относительную влажность φ₂, %. Воздух поступает на обработку с температурой t₁, ^оС и относительной влажностью φ₁, %. Барометрическое давление Р_в = 0,1 МПа.

Для подогрева воздуха использовать воздухоподогреватель поверхностного типа с основными техническими данными, приведенными в табл. 2,3,4.

Теплоноситель - горячая вода, поступающая с температурой 130^оС и отходящая с температурой 70^оС.

Охлаждение воздуха производится в оросительных камерах, основные технические данные приведены в табл.3. Количество воды, разбрызгиваемое одно форсункой, приведено в табл.4.

Определить: подобрать оросительную камеру, определить количество форсунок, рассчитать потребное количество воды и ее начальную температуру, определить мощность холодильной установки, предназначенной для охлаждения воды.

Таблица 1 - Показатели для расчета установки кондиционирования воздуха

№ п/п	Заданные показатели	Варианты, последняя цифра шифра
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
1	Производитель ность установки кондициони рования Воздуха Gв, кг/с	10	11	12	13	14	15	16	18	20	22
2	Температура подаваемого в помещение воздуха t2, оС	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23
3	Относительная влажность воздуха, подаваемого в помещение, φ2, %	80	75	70	65	60	60	55	55	50	50
4	Температура воздуха, поступающего на обработку в кондиционер, T1, оС	20	21	22	23	24	25	26	27	26	29
5	Относительная влажность воздуха, поступающего на обработку в кондиционер, φ1, %	75	75	70	70	50	50	50	60	60	60
6	Сопротивление воздуховодов Δрт, Н/м2	650	600	550	500	450	400	350	300	250	200

Таблица 2 - Характеристики кондиционеров

№ п/п	Индекс воздухоподогревателя	Марка кондиционера	Количество рядов	Площадь теплопер. пов-ти, F, м2	Пл. живого сечения для прохода воздуха, fв, м2	Площадь живого Сечения для прохода воды, fw, м2	Объемный Расход Воздуха, Тыс.м3/ч
1	03.1010.0 03.1020.0 03.1030.0	КТ-30	1 2 3	55,8 111,6 167,4	1,44 1,44 1,44	0,00127 0,00254 0,00381	30 30 30
2	04.1010.0 04.1020.0 04.1030.0	КТ-40	1 2 3	68,9 137,8 206,7	1,83 1,83 1,83	0,00127 0,00254 0,00381	40 40 40
3	06.1010.0 06.1020.0 06.1030.0	КТ-60	1 2 3	111,6 223,2 334,8	2,88 2,88 2,88	0,00127 0,00254 0,00381	60 60 60
4	08.1010.0 08.1020.0 08.1030.0	КТ-80	1 2 3	137,8 275,6 413,4	3,66 3,66 3,66	0,00127 0,00254 0,00381	80 80 80

Таблица 3 - Коэффициент теплопередачи воздухоподогревателя в зависимости от скорости движения воздуха

№ п\п	Скорость движения теплоносителя в трубах, vw	Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2 К) при массовой скорости в живом сечении ρвvв, кг/(м2 с)
		3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	0,2	16,5	18,4	20,0	21,4	22,6	23,8	25,0	26,0	27,2	28,0
2	0,4	19,5	22,4	25,0	27,2	29,2	31,4	33,0	34,8	36,4	38,0
3	0,6	21,8	25,0	27,8	30,2	32,6	35,0	37,2	39,0	41,5	43,0
4	0,8	22,4	25,7	28,6	31,4	33,3	36,0	38,4	40,5	42,5	44,5
5	1,0	23,0	26,5	29,6	32,6	35,0	37,4	39,7	42,0	44,0	46,0

Таблица 4 - Сопротивление воздушной полости воздухоподогревателя для различных типов теплообменников

№ п\п	Теплообменники	Сопротивление воздушной полости воздухоподогревателя Δρв, Па при массовой скорости воздуха в живом сечении ρвvв, кг/(м2 с)
		3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	Однорядные	11,6	19,5	29,0	40,2	53,2	67,5	83,5	101,0	120,0	140,4
2	Двухрядные	16,9	29,0	43,9	62,0	81,8	104,1	130,0	159,5	192,0	222,0
3	Трехрядные	24,2	41,2	62,3	87,8	116,0	148,0	184,5	226,0	272,0	314,0

Таблица 5 - Количество форсунок для разных марок кондиционеров

№ п\п	Индекс оросительной камеры	Плотность форсунок, шт/м2	Марка кондиционера	Количество форсунок, шт.	Сопротивление по воздуху Δрн.к., Н/м2
1	03.0010.0	18	КТ-30	108	133
2	03.0020.0	24	КТ-30	144	133
3	04.0010.0	18	КТ-40	144	165
4	04.0020.0	24	КТ-40	192	165
5	06.0010.0	18	КТ-60	234	133
6	06.0020.0	24	КТ-60	312	133
7	08.0010.0	18	КТ-80	312	165
8	08.0020.0	24	КТ-80	416	165

Таблица 6 - Количество воды, 10² кг/с, разбрызгиваемое одной форсункой при разных диаметрах выходного отверстия

Давление воды, МПа	Количество воды, 102 кг/с, разбрызгиваемое одной форсункой при диаметре выходного отверстия, мм
	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0	5,5
0,10	5,0	6,1	7,4	8,6	10,0	11,0
0,15	6,1	7,6	9,0	10,7	12,0	13,8
0,20	7,2	8,9	10,5	12,4	13,9	16,0

Таблица 7 - Коэффициент эффективности ɳ при разных коэффициентах орошения В

№ п/п	Процесс в оросительной камере	Коэффициент эффективности ɳ при коэффициенте орошения В, кг/кг
		0,5	1,0	1,5	2,0	2,5
1	Охлаждение и осушение	0,60	0,87	0,94	0,96	0,97
2	Адиабатическое увлажнение	0,82	0,94	0,95	0,96	0,97

В таблице 6 даны значения коэффициента эффективности оросительной камеры ɳ в зависимости от коэффициента орошения В, кг/кг:

где t₀ - температура воздуха на выходе из оросительной камеры, ^оС,

t_w1 - температура воды на входе в оросительную камеру, ^оС,

t_w2 - температура воды на выходе из оросительной камеры, ^оС.

Расчет оросительной камеры

Расчет оросительной камеры производят в следующем порядке:

1. Задаться значением коэффициента орошения В.

Для процессов охлаждения и осушения воздуха принять В равным 1,5-2,0 кг/кг.

2. Определить по данным табл. 6 значение коэффициента эффективности оросительной камеры ɳ в зависимости от значения В.

3. Задаться значением относительной влажности воздуха на выходе из оросительной камеры φ_о = 95%

4. Определить влагосодержание воздуха на выходе из установки кондиционирования воздуха

d₂ , кг влаги/кг сух.возд:

где р_н2 - парциальное давление насыщенных паров при температуре t₂.

5. Найти парциальное давление водяных паров в воздухе на выходе из оросительной камеры р_nо, Н/м²:

Здесь р_б - барометрическое давление.

6. Вычислить температуру воздуха на выходе из оросительной камеры, используя таблицу упругости насыщенного водяного пара (табл.8)

t_о = f(р_nо)

7. Определить температуру воды на выходе из камеры орошения t_w2:

8. Найти расход охлаждающей воды G_w, кг/с:

G_w = BG_в

9. Определить плотность воздуха на выходе из кондиционера ρ₂, кг/м³:

где р_н2 - парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре t₂, Н/м²;

R_п - газовая постоянная для водяного пара, R_п = 461,5 Дж/(кг К);

Т₂ - абсолютная температура воздуха на выходе из установки кондиционирования, К;

р_в2 - парциальное давление воздуха, р_в2 = р_б - φ₂р_н2;

R_в - газовая постоянная для воздуха, R_в = 287 Дж/(кг К).

10. Рассчитать объемный расход воздуха V₂, м³/с.

11. Подобрать кондиционер в зависимости от производительности по воздуху, используя данные

табл.1.

12. Выбрать оросительную камеру в зависимости от производительности кондиционера по воздуху, используя данные табл. 2 и 4.

13. Определить количество форсунок в зависимости от расхода охлаждающей воды, используя данные табл.3. При этом необходимо задаться давлением воды перед форсунками и диаметром выходного диаметра форсунок табл.4.

При осушении воздуха путем его непосредственного контакта с разбрызгиваемой в камере холодной водой рекомендуется применять форсунки с диаметром отверстия более 4 мм. Давление воды перед форсунками должно быть 0,1 - 0,15 МПа.

14. Найти энтальпию воздуха на входе в оросительную камеру i_в1, кДж/кг св.возд.:

i_в1 = с_рвt₁ + d₁(2500 + 1,93t₁),

где с_рв - теплоемкость воздуха при постоянном давлении.

15. Рассчитать энтальпию воздуха на выходе из оросительной камеры t_во, кДж/кг с.возд.:

i_во = с_рвt_о + d_о(2500 + 1,93t_о),

где d_о - влагосодержание воздуха при температуре t_о.

16. Определить нагрузку холодильной машины Q_х, кВт:

Q_х = G_в(i_в1 - i_во),

здесь i_в1 и i_во - энтальпия воздуха на входе в оросительную камеру и на выходе из нее.

17. Найти температуру охлаждающей воды на входе в оросительную камеру t_w1, ^оС:

где с_w - удельная теплоемкость воды.

18. Вычислить сопротивление по воздуху оросительной камеры Δр_к, Н/м², используя зависимость

где Δр_нк - сопротивление по воздуху оросительной камеры при номинальной производительности кондиционера, Н/м²;

G_н - номинальная производительность кондиционера, кг/с, G_н = V_нρ_2.