СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Данная работа является продолжением курсовой работы «Кондиционирование воздуха в ткацком цехе» по дисциплине «Энергетические системы обеспечения жизнедеятельности человека». В данной части работы выполняем проектирование секций кондиционера, систем воздухораспределения, выбор вспомогательного оборудования кондиционера, побудителей движения, теплоносителей и регулировке вентиляторов.

В качестве исходных данных для проектирования используем проанализированные результаты расчета первой части.

Таблица 1 – Расчетные параметры наружного воздуха [1]

Наименование населенного пункта	Расчетная географическая широта, °с.ш.	Барометрическое давление, гПа	Период года	Температура воздуха, °С	Удельная энталь-пия, кДж/кг	Относительная влажность, %	Скорость ветра, м/с	Среднесуточная амплитуда температур, °С
Кострома	58	995	Теплый	25,4	54	-	4,2	9,9
			Холодный	-31	-	81	5,8	6,5

В настоящее время нормативными документами предусматривается переход на отопительный период осуществлять при преобладающей температуре наружного воздуха в течение трех дней [1].

Теплый период:

Точка В^Тхарактеризует параметры воздуха в рабочей зоне в теплый период года:

– температура воздуха;кДж/кг – энтальпия воздуха;

– влагосодержание воздуха;% – относительная влажность воздуха.

Точка О^Тхарактеризует параметры приточного воздуха в теплый период года. В нашем случае точка О^Тсовпадает с точкой К^Т, характеризующей параметры воздуха на выходе из камеры орошения:

,кДж/кг,,%.

Точка Н^Тхарактеризует параметры наружного воздуха в теплый период года:

,кДж/кг,,%.

Процессы обработки воздуха:

• процесс Н^Т-О^Т– политропный процесс в камере орошения.

• процесс О^Т-В^Т– процесс ассимиляции воздухом вредностей в помещении.

Холодный период (рабочее время):

Точка В^Ххарактеризует параметры воздуха в рабочей зоне в холодный период года:

кДж/кг,,%.

Точка О^Ххарактеризует параметры приточного воздуха в холодный период года.

,кДж/кг,_,%.

Точка Н^Ххарактеризует параметры наружного воздуха в холодный период года:

,кДж/кг,,%.

Точка характеризует параметры смеси в холодный период года.

,кДж/кг,,%.

Точка характеризует параметры на выходе из камеры орошения холодный период года.

,кДж/кг,,%.

Процессы обработки воздуха:

• процесс Н^Х-С^Х– смешение наружного и рециркуляционного воздуха в приёмной камере;

• процесс С^Х-К^Х– адиабатный процесс обработки воздуха в камере орошения;

• процесс К^Х-О^Х – процесс нагрева воздуха в подогревателе второй ступени;

• процесс О^Х-В^Х– процесс ассимиляции воздухом вредностей в помещении.

Холодный период (нерабочее время):

Точка В^Ххарактеризует параметры воздуха в рабочей зоне в холодный период года:

кДж/кг,,%.

Точка О^Ххарактеризует параметры приточного воздуха в холодный период года.

,кДж/кг,_,%.

Процесс обработки воздуха:

• процесс О^Х-В^Х– процесс ассимиляции воздухом вредностей в помещении.

В проектируемой системе кондиционирования воздуха принят качественный способ регулирования, теплоноситель принятый для целей кондиционирования – вода, позволяет это осуществить. Для подачи воздуха в количестве м³/ч установлены 2 центральных кондиционера типа КТЦ3-63 с производительностью 63 тыс.м³/ч. Для обеспечения требуемого воздухообмена выбрано 100 воздухораспределителей типа ПРМ_П.

Выбранная система кондиционирования воздуха не работает в теплый период года в нерабочее время, так как баланс по вредности равен нулю. В холодный период года СКВ используется круглосуточно. В холодный период года в рабочее время применена рециркуляция воздуха из помещения в целях снижения затрат по теплоте в подогревателе первой ступени. В результате расчетов была принята схема воздухообмена «сверху-вниз».

Задачей данной работы является проектирование секций кондиционера: фильтров, воздухонагревателей, секций орошения; проектирование систем воздухораспределения, выбор вспомогательного оборудования кондиционера, побудителей движения, теплоносителей и регулировка вентиляторов.

Рисунок 1 – Построение процессов обработки воздуха в h-dдиаграмме

1 Выбор источников тепло- и холодоснабжения

1.1 Выбор источников теплоснабжения

В качестве источника теплоснабжения в большинстве случаев используется ТЭЦ с двухтрубной закрытой (для горячего водоснабжения (ГВС)) системой теплоснабжения [2]. В большинстве регионов центра России, принят график качественного регулирования () со срезкой графика при температуре 120 °С (для обеспечения работоспособности добавок, снижающих коррозию внутренней поверхности труб, и повышения срока службы пенополиуретановой тепловой изоляции) и «изломом» графика качественного регулирования (для обеспечения работы закрытой системы ГВС) при температуре в подающем трубопроводе

Следует отметить, что как «излом», так и «срезка» температурного графика качественного регулирования параметров теплоносителя в подающем и обратном трубопроводе может привести к нарушению режима теплоснабжения и надежности работы воздухонагревателей, особенно при отрицательных температурах наружного воздуха. Это необходимо проверить при проектировании и выборе поверхностных воздухонагревателей.

Теплоснабжение поверхностных воздухонагревателей второй ступени допускается осуществлять от источника теплоснабжения с постоянными параметрами теплоносителя. Для этой цели возможно использование теплоносителя, подаваемого на горячее водоснабжение или осуществление теплоснабжение от источников с постоянной температурой горячей воды (например, автономных источников теплоснабжения) [2].

Необходимо иметь в виду, что при проектировании источников теплоснабжения СКВ применение графика качественного регулирования со «срезкой» в настоящее время не рекомендуется [2].

1.2Холодоснабжение поверхностных воздухоохладителей и секций орошения

Для холодоснабжения поверхностных воздухоохладителей и секций орошения центральных СКВ следует применять охла­жденную воду [4, 5].

Необходимо выбирать холодильные машины «высокотем­пературного» холода и исключать применение хладагентов, оказывающих отрицательное воздействие на озоновый слой Земли, вызывающих «парниковый» эффект и способных вы­звать токсичное воздействие на воздух [8].

При холодильной нагрузке Q_соменее 150 кВт целесообразно применение децентрализованных (автономных) систем холодоснабжения [6].

2 Проектирование секций кондиционера

2.1 Проектирование воздухонагревателя первого подогрева

2.1.1 Общие положения

В курсовой работе, при обработке воздуха в холодном периоде года за счет применения рециркуляции ис­ключена обработка воздуха в воздухонагревателе первой сту­пени. Для экономической оценки эффективности применения ре­циркуляции по сравнению с прямоточным режимом (обработка только наружного воздуха) и изучения порядка проектирования поверхностных воздухонагревателей в этом подразделе рас­сматривается нагрев наружного воздуха в поверхностном возду­хонагревателе первой ступени для прямоточной СКВ.

Воздухонагреватели первой ступени должны иметь воз­можность передавать нагреваемому воздуху различное количе­ство теплоты, которая зависит от изменяющейся температуры наружного воздуха.

Таким образом, необходимо принимать такие конструктив­ные решения поверхностных воздухонагревателей и алгоритмы их выбора, чтобы быть уверенным в передаче нужного количества теплоты для получения требуемых параметров воздуха на выходе из воздухонагревателя с обеспечением надежности его работы (исключение замерзания теплоносителя).

Указанным требованиям соответствуют поверхностные воз­духонагреватели ВН и ВНО типовых центральных кондиционе­ров КТЦ3, проектируемые по алгоритму [4].

Расчет подогревателей ведется по методике, изложенной в [4].

2.1.2 Построение температурного графика

Источником теплоснабжения является сетевая вода с температурным графиком . Расчетные данные для построения графика принимаем по [3]. Они представлены в таблице 2.1 для расчетной температуры наружного воздуха в холодный период.

Таблица 2.1 – Расчетные данные для построения температурного графика для температуры

tн,оС	+10	+5	0	-5	-10	-15	-20	-25	-31
τ01, оС	45,3	59,7	73,8	87,3	100,9	114,1	127,0	139,9	150,0
τ02, оС	31,5	37,6	43,1	48,3	53,2	57,8	62,4	66,6	70,0

1

1

4

4

2

2

3

3

5

5

6

6

Рисунок 2.1 – Температурный график с «изломом» при температуре 70 °С (для закрытой ГВС) и «срезкой» при температуре 120 °С.

Обеспечить параметры воды согласно температурному графику при невозможно в следствии того, что применяемые изоляционные материалы не рассчитаны на такую температуру в подающей линии, вынуждены делать «срезку» температуры теплоносителя на, сохраняя одинаковым перепад температур. Так же учитываем точку излома температурного графика при.

2.1.3 Определение относительных перепадов температур

Проектирование воздухонагревателя первого подогрева выполняется для шести расчетных режимов: два режима при температуре наружного воздуха (со «срезкой» наи без нее), по одному режиму при температурах наружного воздуха(температура окончания срезки и температура точки излома) и две промежуточные температуры в срезке и после точки излома.

Температуры наружного воздуха на выходе из воздухонагревателя в каждом расчетном режиме определены с помощьюh-dдиаграммы, в которой строятся процессы нагрева воздуха от температурыдо адиабатного процесса обработки воздуха в секции орошения (линия=const). Для построения точек Н_i^х, в отличии от [4], принято не влагосодержание 11,5 г/кг с.в., а относительная влажность%, соответствующая расчетной относительной влажности в холодный период года.

Параметры воздуха и жидкости на входе и выходе из воздухонагревателя приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Параметры воздушной и водяной сред для расчета.

Режим	,	,	,	,
1	-31	37,5	150	70
2	1,23	29	70	41,41
3	5,6	26	70	54
4	-31	37,5	120	40
5	-17,44	35	120	60
6	-22	37	120	55

Рисунок 2.2 – Определение параметров наружного воздуха на входе и выходе из воздухонагревателя в расчетных режимах

, (2.1)

где - относительный перепад температур по воздуху;

- конечная температура воздуха,;

- начальная температура воздуха,;

- начальная температура греющего теплоносителя.

, (2.2)

где - относительный перепад температур по воде;

- конечная температура воды,;

- начальная температура воды,;

- начальная температура воздуха,.

Результаты расчетов сведем в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 – Относительные перепады температур по воздуху и воде.

Режим	,	,
1	0,379	0,442
2	0,404	0,416
3	0,317	0,245
4	0,454	0,530
5	0,382	0,437
6	0,410	0,458

2.1.4 Определение относительного расхода воздуха

Относительный расход воздуха определяется по формуле

, (2.3)

где - расход воздуха для обработки в кондиционере,;

- плотность воздуха,;

- число кондиционеров, установленных в цехе,;

- номинальная производительность кондиционера,.

.

2.1.5 Выбор конструкции базовых элементов и схемы обвязки подогревателя

Для любого кондиционера КТЦ3 воздухонагреватели комплектуются из базовых теплообменников, представляющих собой биметаллические элементы с различным количеством рядов трубок (1; 1,5; 2). Они могут изготавливаться в двух вариантах: с обводным каналом (ВНО) или без него (ВН). Воздухонагреватели состоят из одной или нескольких последовательно расположенных по ходу движения воздуха групп теплообменников различной или одинаковой рядности. Для воздухонагревателей, состоящих из нескольких групп теплообменников, рекомендуется принимать параллельную или последовательно-прямоточную схемы обвязки по теплоносителю, используя данные приложения I[4].

В данной курсовой работе выбираем воздухоподогреватель без обводного канала ВН с параллельной обвязкой по воде. Согласно [4] воздухонагреватель выбранной конструкции имеет в своей основе две группы базовых теплообменников с габаритами (рисунок 2.3).

_________________________________________________________________________________________________________________________

1 – базовые теплообменники; 2 – подвод греющего теплоносителя;

3 – отвод греющего теплоносителя

Рисунок 2.3 – Обвязка воздухонагревателя ВН-3

2.1.6 Определение запаса по теплообменной поверхности

По [4] уточняем значения относительных перепадов температур по воздуху и воде, соответствующих реальному процессу теплопередачи при относительном расходе воздуха. Относительные перепады температур для всех четырех расчетных режимов представлены в таблице 2.4.

Рисунок 2.4 – Номограмма для определения реального перепада температур по воздуху и греющему теплоносителю и числа рядов трубок для ВН кондиционера КТЦ3 при параллельной схеме соединения базовых элементов при качественном графике регулирования °С «изломом» и «срезкой».

Таблица 2.4 – Реальные относительные перепады температур по воде и воздуху.

Режим	,	,
1	0,477	0,514
2	0,485	0,505
3	0,535	0,42
4	0,470	0,540
5	0,470	0,540
6	0,473	0,517

Запас по поверхности

, (1.4)

где 0,1 – коэффициент, учитывающий допустимое по техническим условиям на кондиционеры КТЦ-3 отклонение коэффициента теплопередачи.

1 режим

.

2 режим

.

3 режим

.

4 режим

.

5 режим

.

6 режим

.

При данном графике не соблюдается очень важный параметр

Запас по поверхности теплообмена во 1, 2, 3, 5 и 6 режимах превышает допустимый уровень в 10%. Чтобы снизить получившиеся значения запаса по поверхности рекомендуется воспользоваться одним из нижеприведенных способов:

• изменить температурный график теплоносителя;

• изменить схему обвязки базовых элементов;

• выбрать базовые элементы с обводным каналом.

Изменение схемы обвязки по воде с параллельной на последовательно-прямоточную не приводит к получению требуемого запаса по поверхности теплообмена. Выбор базовых элементов с обводным каналом приводит к отрицательным значениям запаса поверхности для четвертого режима работы, что недопустимо, так как это приведет к недогреву обрабатываемого воздуха до требуемых параметров.

Поэтому принимается решение изменить температурный график теплоносителя с на. Таким образом исключим «срезку» температурного графика. Расчетные данные для построения графика рассчитываем по [2]. Они представлены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 – Расчетные данные для построения температурного графика для температуры.

tн,оС	+10	+5	0	-5	-10	-15	-20	-25	-31
τ01, оС	45,2	55,7	65,8	75,6	85,17	94,5	103,7	103,7	120,0
τ02, оС	34,5	40,6	45,4	50,1	54,5	58,8	62,9	66,9	70,0

1

1

2

2

3

3

4

4

Рисунок 2.5 – Температурный график качественного регулирования с «изломом» при температуре 70 °С (для обеспечения работоспособности закрытой системы ГВС).

Расчет ведется аналогичным образом, что и для температурного графика . Результаты расчета приведены в следующих таблицах.

Таблица 2.6 – Параметры воздушной и водяной сред для расчета.

Режим	,	,	,	,
1	-31	37,5	120	70
2	-2,4	31	70	47,1
3	6,9	25,5	70	58
4	-20	36	103,7	62,9

Рисунок 2.6 – Определение параметров наружного воздуха на входе и выходе из воздухонагревателя в расчетных режимах

Таблица 2.7 – Относительные перепады температур по воздуху и воде.

Режим	,	,
1	0,454	0,691
2	0,461	0,316
3	0,295	0,19
4	0,453	0,33

Рисунок 2.7 – Номограмма для определения реального перепада температур по воздуху и греющему теплоносителю и числа рядов трубок для ВН кондиционера КТЦ3 при параллельной схеме соединения базовых элементов при качественном графике регулирования °С с «изломом» (режимы 3 и 4) и без «излома» (режимы 1 и 2)

Таблица 2.8 – Реальные относительные перепады температур по воде и воздуху.

Режим	,	,
1	0,36	0,553
2	0,495	0,32
3	0,49	0,337
4	0,485	0,35

Таблица 2.9 – Запасы по поверхности.

Режим	, %
1	28,1
2	2,29
3	102,9
4	4,64

Анализ результатов проектирования воздухонагревателя первой ступени позволил сделать выводы:

применение температурного графика качественного регулирования° со «срезкой» при температуре 120 °С приводит к «недогреву» в области температур наружного воздуха ниже начала «срезки»;

использование температурного графика качественного регулированияв двухтрубной системе теплоснабжения с «изломом» (для обеспечения работы закрытой системы ГВС) позволяет снизить запас поверхности (перейти от поверхности теплообмена с четырьмя рядами трубок к поверхности с тремя рядами трубок по ходу движения воздуха, но в области «излома» температурного графика (для обеспечения работы закрытой системы ГВС=const) использование такого графика приводит к значительному превышению величины запаса поверхности (при температуре плюс 6,9 °С соответственно на 102,9%) и, как следствие, перегреву воздуха;

переход от двухтрубной системы теплоснабжения к четырехтрубной (раздельное теплоснабжение СКВ и системы ГВС) позволяет обеспечить заданные режимы работы воздухонагревателей (это, к сожалению, связано с дополнительными затратами на реконструкцию системы теплоснабжения).

Оконча­тельный выбор будет сделан после проведения про­верки на­дежности работы воздухонагревателя.

2.1.7 Определение фактического расхода теплоносителя

Фактический расход теплоносителя, обеспечивающий заданную конечную температуру воздуха

, (2.5)

гдемаксимальное из значений;

значение, определенное по [4];

теплоемкость жидкости,;

теплоемкость воздуха,;

расход обрабатываемого в кондиционере воздуха,.

.

2.1.8 Определение расчетного расхода воды

Расчетный расход воды обеспечивает запас по теплопроизводительности при удовлетворении ограничения графика ТЭЦ по температуре обратной воды.

, (2.6)

где максимальное из отношений, определенных для каждого из режимов;

теплоемкость жидкости,;

теплоемкость воздуха,;

расход обрабатываемого в кондиционере воздуха,.

.

2.1.9 Оценка возможности замерзания теплоносителя

Опасность замерзания теплоносителя в воздухонагревателе проверяется при расчетной температуре наружного воздуха и при температуре в точке излома температурного графика. Для исключения опасности замерзания необходимо, чтобы во всех режимах скорость воды в трубкахбыла выше, а температура обратной воды на выходе из воздухонагревателя была выше[5].

Таблица 2.10 – Расчетные данные воздушной и водяной сред.

Режим	,	,	,	,	,
1	-31	84	37,5	120	70
2	-2,4	84	31	70	47,13

Таблица 2.11 – Относительные перепады температур.

Режим	,	,
1	0,478	0,36
2	0,495	0,32

Минимальная скорость воды в трубках принятого воздухонагревателя

, (2.7)

где коэффициент, определяемый по [4] в зависимости от числа рядов трубоки способа обвязки элементов воздухонагревателя по воде,;

относительное изменение температуры воздуха;

относительное изменение температуры жидкости;

относительный расход воздуха.

1 режим

.

2 режим

. .

Оценка опасности замерзания по температуре обратной воды на выходе из воздухонагревателя.

, (2.8)

где относительное изменение температуры жидкости;

начальная температура жидкости;

начальная температура воздуха.

1 режим

2 режим

Температура греющего теплоносителя на выходе из воз­духонагревателя выше 10 °С. Во всех расчетных режимах опасности замерзания теплоносителя в трубках нет.

2.1.10 Аэродинамические сопротивления

Потери давления по воздуху

, (2.9)

где массовая скорость воздуха в живом сечении,;

коэффициенты, зависящие от числа рядов трубок теплообменника, по [4].

Массовая скорость воздуха во фронтальном сечении

, (2.10)

где площадь фронтального сечения, по [4];

расход воздуха, проходящего через теплообменник,.

.

Потери давления по воздуху

.

Потери теплоносителя в воздухонагревателе

, (2.11)

где коэффициент гидравлического сопротивления воздухонагревательной установки, по [4];

относительное изменение температуры жидкости;

относительное изменение температуры воздуха;

относительный расход воздуха.

.

2.1.11 Характеристики воздухонагревателя первой ступени

В результате проведенных расчетов рекомендуется, в случае организации прямоточного режима обработки воздуха и для внесения недостающей теплоты в холодный период года в нерабочее время, использовать источник теплоснабжения с качественным графиком регулирования °С без «изломов» и «срезок».

Учитывая, что в большинстве регионов существующие системы централизованного теплоснабжения работают в двухтрубном исполнении с графиками качественного регулирования с «изломом» и «срезкой» и расчетной температурой внутри помещений 18 °С, целесообразно использовать децентрализованный источник теплоснабжения с раздельными контурами теплоснабжения воздухонагревателя первой ступени подогрева и ГВС.

Характеристики воздухонагревателя первой ступени:

– воздухонагреватель типа ВН кондиционера КТЦ3-63;

– по фронту движения воздуха – 2 базовых теплообменных элемента номер 6 (высота – 2 м; длина трубок – 1,655 м);

– по ходу движения воздуха – однорядный и двухрядный базовые теплообменные элементы (общее число рядов n=3);

– площадь поверхности:

однорядного теплообменного элемента – 60,4 м²;

двухрядного теплообменного элемента – 120,8 м²;

суммарная площадь теплообмена – 362,4 м²;

– схема подключения базовых теплообменных элементов:

по фронту – параллельная;

по ходу движения воздуха – параллельная;

– расчетные параметры теплоносителя – °С;

– расход теплоносителя

– тепловая мощность – кВт.

Учитывая значительные эксплуатационные и капитальные затраты при использовании прямоточной СКВ в холодный период года предложено использование частичной рециркуляции (без подогрева наружного воздуха) в рабочее время и полной рециркуляции в нерабочее время.