Расчет кондиционирования помещения

 

2. Кондиционирование воздуха в ХПГ.

Исходные данные для построения в ХПГ:

Параметры наружного воздуха - точка Н ( °С, кДж/кг);

Параметры внутреннего воздуха - точка  В ( °С, кДж/кг);

Величина углового коэффициента - , кДж/кг;

Полная  производительность кондиционера тыс.м³/ч, принимается из ТПГ.

Определяем  массовый расход приточного воздуха  с учетом плотности внутреннего воздуха в ХПГ:

, кг/ч, где:

 – плотность воздуха, кг/м³, при температуре °С.

 

Схема обработки воздуха с утилизацией  теплоты удаляемого воздуха.

Конструктивно установка утилизации теплоты удаляемого воздуха принята  на базе двух теплообменников  с  насосной циркуляцией промежуточного теплоносителя между ними. Промежуточным теплоносителем в данном случае является водный раствор пропиленгликоля (антифриз). В качестве теплоизвлекающего теплообменника, располагаемого в вытяжном агрегате, используются блоки поверхностных воздухоохладителей (ПВО). В качестве теплоотдающего теплообменника, располагаемого первым по ходу движения приточного воздуха сразу после фильтра, используются блоки воздухонагревателей.

Определяющим  в данном случае является режим извлечения теплоты вытяжного воздуха в теплоизвлекающем теплообменнике. Выбор рациональных режимов обеспечения данного процесса производится методом попыток. Первая попытка должна отвечать режиму максимально-возможного извлечения теплоты в условиях обеспечения незамерзания выпадающего конденсата при охлаждении вытяжного воздуха. Для этого на I-d диаграмма находится минимально возможная средняя температура оребренной поверхности теплоизвлекающего теплообменника , чаще всего задается сначала равной 2 °С.

 

Последовательность построения (I-d диаграмма 2).

1. Строим точку Н: °С, кДж/кг;
2. Строим точку В: °С, , кДж/кг;
3. В точку В строим луч процесса , кДж/кг;
4. Определяем положение точки У. Определяем температуру удаляемого воздуха , °С, и на пересечении линии и получаем точку У;
5. Строим процесс нагрева воздуха в рециркуляционной сети: из точки У по линии в масштабе температур откладываем отрезок в 1 °С, получаем точку У'.
6. Задаемся средней температурой оребренной поверхности теплоизвлекающего теплообменника , °С;
7. На пересечении изотермы и получаем точку ;
8. Соединяем точки У’ и ;
9. Определяем конечное состояние вытяжного воздуха после теплоизвлекающего теплообменника (Т) как точку пересечения отрезка У’ с

Определяем параметры точки  Т: °С, кДж/кг;

10. Между теплообменниками установки утилизации в стационарном режиме сохраняется тепловой баланс:

 кДж/ч, где:

 – расход удаляемого из  помещения воздуха, м³/ч, равен расходу приточного воздуха, или для сохранения подпора в кондиционируемом помещении принимается , м³/ч, при использовании рециркуляции принимается разность между приточным воздухом и рециркуляционным (с учетом 10% подпора):

, м³/ч:

, кг/м³ – плотность удаляемого воздуха при температуре .

, кДж/кг– энтальпия удаляемого  воздуха, определяется по I-d диаграмме для точки У’;

, кДж/кг– энтальпия воздуха  после теплоизвекающего теплообменника, определяется по I-d диаграмме для точки Т;

, м³/ч – расход приточного воздуха;

, кг/м³ – плотность внутреннего воздуха при температуре ,°С:

, кДж/(кг∙град.) – теплоемкость  воздуха;

,°С – температура наружного воздуха;

,°С – температура воздуха после теплоизвлекающего теплообменника.

Из уравнения баланса  определяем температуру нагрева  приточного воздуха  :

,°С.

11. На пересечении линии и получаем точку Н1.
12. Между температурами и имеется градиент , что свидетельствует о возможности реализации принятого режима утилизации. Обычно градиент не должен быть меньше 9 °С, так как иначе резко возрастает требуемая поверхность теплообменников установки утилизации.

 °С.

13. Для процесса У’Т строим режим «условного сухого охлаждения» в следующей последовательности:

• Из точки проводят линию , а из точки У’ и Т линии постоянной энтальпии , на пересечении получаем точки У’₁ и Т₁;
• Соединяем точки У’₁ и Т₁ – это и есть «условный сухой режим»;
• Определяем температуры точек У’₁: °С, и Т₁: °С.

14. Задаемся температурами циркулирующего антифриза в пределах температурного градиента . Температуру охлаждающего антифриза °С в теплоотдающем теплообменнике установки утилизации рекомендуется принимать не ниже -6 °С, что необходимо для предотвращения замерзания конденсата на оребренной поверхности теплообменника.

Температура отепленного в теплоизвлекающем теплообменнике антифриза определяется:

,  °С.

15. Оцениваем требуемые показатели теплотехнической эффективности теплообменной установки утилизации. Показатели эффективности теплообмена определяются отношением реального процесса нагрева воздуха к максимально-возможному:

• Для нагрева приточного наружного воздуха в теплоотдающем теплообменнике:

:

• Для охлаждения удаляемого воздуха в теплоизвлекающем теплообменнике:

:

Показатели эффективности теплообмена  всегда меньше 1. При получение требуемых показателей теплотехнической эффективности более 0,76 рекомендуется понизить эффективность утилизации путем увеличения температуры °С и провести вторую попытку расчетов утилизации. Условие выполняется.

Так же величина показателя теплотехнической эффективности ограничивается критерием  показателя числа единиц переноса тепла , вычисляемого по формуле:

, где:

, Вт/(м²∙град.) – коэффициент теплопередачи выбранного теплообменника;

, м² – площадь поверхности теплообмена выбранного теплообменника.

Величина  ограничивается значением 1.8.

16. Из уравнения теплового баланса между количеством отданной теплоты удаляемым воздухом и количеством теплоты, воспринятым антифризом существует тепловой баланс:

 кДж/кг;

Из этого уравнения определяем требуемый расход антифриза:

, кг/ч, где:

, кДж/(кг∙град.) – теплоемкость  антифриза при его концентрации  до 40%.

17. В зависимости от климатических условий применения установки утилизации выбирается температура замерзания антифриза, при которой могут быть теплообменники в случае остановленных вентиляторов. Как правило приточные и вытяжные агрегаты снабжаются многостворчатыми воздушными клапанами с электроприводом. Пускатель электропривода клапана сблокирован с пускателем вентилятора. При пуске электродвигателя вентилятора срабатывает сигнал на включение приводов воздушных клапанов и они открываются. При остановке вентиляторов соответственно включаются моторные приводы на закрытие воздушных клапанов. Таким образом, создаются условия нахождения антифриза в трубках теплообменников при более высоких температурах, чем это характерно для отрицательных температур наружного воздуха в ХПГ.

С учетом вязкости антифриза минимальные значения скорости в трубках теплообменников увеличиваются до 0,9-1,2 м/с.

Для расчетных температур наружного  воздуха в ХПГ до -35 °С допустимо принимать температуру замерзания антифриза -20 °С. Принимаем при наружной температуре -40 °С температуру замерзания антифриза -30 °С. При этом концентрация водного раствора антифриза должна быть 47%.

Гидравлическое сопротивление  теплообменников и сети трубопроводов  первоначально рассчитывается как ля циркуляции воды температурой 4 °С. Расход воды принимается равным расходу антифриза. Перевод массового расхода антифриза  производится через плотность антифриза.

 

Дальнейшее построение процесса выполняется  как для схемы обработки воздуха  с рециркуляцией.

Подключение рециркуляционного воздуховода  осуществляется после теплообменника первого подогрева (кондиционер  рассчитан на постоянный расход воздуха).

Процесс строится от точки Н1, полученной за счет теплоты удаляемого воздуха.

 

Последовательность построения:

5. Определяем положение точки П:

2 способ: если в помещение теплоизбытки, определяется влагосодержание приточного воздуха:

, г/кг, где: 

, г/кг – ассимилирующая способность  воздуха по влаге;

, г/ч – влагоизбытки, принимаются  по таблице тепловлажностного баланса.

, кг/ч - массовый расход приточного  воздуха с учетом плотности  внутреннего воздуха в ХПГ: 

, г/кг – влагосодержание удаляемого  воздуха, определяется по I-d диаграмме для точки У;

На пересечении линий и ε получаем точку П.

6. Строим процесс нагрева воздуха в теплообменнике второго подогрева. Для этого из точки П проводим линию до пересечения с кривой , получаем точку О.
8. Соединяем вспомогательные точки Н1 и У'.
9. Составляем уравнение воздушного баланса смеси наружного и рециркуляционного воздуха (по влагосодержанию):

.

Массовый расход наружного воздуха  с учетом плотности наружного  воздуха в ХПГ:

, кг/ч, где:

 – плотность воздуха после  блока теплоутилизатора, кг/м³, при температуре °С.

 

Определяем влагосодержание точки  С' и на пересечении линий и НУ' получаем точку С'.

, кг/ч;

 г/кг.

10. Из точки О проводим линию , а из точки С' линию , на пересечении получаем фактическую точку смеси - точку С.
11. Из точки Н1 проводим линию до пересечения с прямой, проведенной через точки СУ', получаем точку К.
12. Смотрим условия работы схемы в ХПГ:

• Температура воздуха после камеры орошения °С, что не ниже 5 °С, (соответствует точке О на I-d диаграмме);
• Энтальпия воздуха, поступающего в камеру орошения кДж/кг, что не ниже 10,4 кДж/кг;
• При применении рециркуляции  температура смеси °С (соответствует точке С на I-d диаграмме) должна быть больше 3°С и влажность % точки смеси должна находиться в области %.
• В помещении теплоизбытки, поэтому на отрезке ПО будет иметь место точка П’, расположенной на 1,5 °С ниже точки П.
• Разность температуры нагреваемого воздуха в теплообменнике второго подогрева °С, что больше 4÷6 °С, предусматривается базовая секция воздухонагревателя.
• Разность температур воздуха, поступающего в камеру орошения и воздуха на выходе из ней , что более 15 °С, в камере орошения адиабатный процесс обработки воздуха заменяется на изотермический (из точки О проводится линия до пересечения с линией .

Изменения вносим на I-d диаграмме 3 и снова проверяем условия работы схемы:

• При применении рециркуляции  температура смеси °С (соответствует точке С на I-d диаграмме) должна быть больше 3°С и влажность % точки смеси должна находиться в области %.
• Разность температур в теплообменнике первого подогрева , что более 6 °С, увеличивать мощность теплообменника не следует.

 

Процессы:

НН₁ – нагрев наружного воздуха в рекуператоре теплотой удаляемого воздуха;

Н₁К – нагрев в теплообменнике первого подогрева;

КУ'- линия  смеси подогретого наружного и рециркуляционного воздуха;

СО –  обработка воздуха в камере орошения;

ОП’ – нагрев в теплообменнике второго подогрева;

П’П – запас на подогрев воздуха в вентиляторе;

ПВУ – изменение тепловлажностного состояния воздуха в помещении;

УУ’ – надогрев воздуха в рециркуляционной сети.

 

Рассчитываем отдельные процессы:

Мощность  теплообменника первого подогрева, Вт:

, Вт, где:

, кДж/кг – энтальпия наружного воздуха после первого теплообменника, определяется по I-d диаграмме для точки К.

, кДж/кг – энтальпия наружного воздуха после нагрева в рекуператоре теплом удаляемого воздуха, определяется по I-d диаграмме для точки Н1.

 

Мощность  теплообменника второго подогрева, Вт:

, Вт, где:

, кДж/кг – энтальпия приточного  воздуха после теплообменника  второго подогрева, определяется  по I-d диаграмме для точки П'.

, кДж/кг – энтальпия воздуха  на выходе из камеры орошения, определяется по I-d диаграмме для точки О.

 

Количество влаги, уносимое воздухом в результате его обработки в камере орошения, кг/ч (величина подпитки камеры орошения):

, кг/ч, где:

, г/кг – влагосодержание воздуха после обработки в камере орошения, определяется по I-d диаграмме для точки О;

, г/кг – влагосодержание смеси  рециркуляционного воздуха на  входе в камеру орошения, определяется  по I-d диаграмме для точки С;

 

 

Параметры всех точек процесса сводим в таблицу.

 

Параметры	Точки
	Н	Н1	К	С	О	П'	П	В	У	У'	f	Т	Т1	У1	С'
Температура, °С	-40	-15.9	11.4	12.8	12.8	22.3	23.8	25.0	26.0	27.0	2	4.1	5.0	38.8	-12
Относительная влажность, %	70	17	2.3	10	95	51.2	47	45	43.5	41.1	100	95	81.3	10.1	62
Энтальпия, кДж/кг	-39.5	-17.7	12.0	15.5	34.9	4.5	45.9	47.9	49.5	50.4	13.0	16.1	16.1	50.4	-9.7
Влагосодержание, г/кг сух.в.	0.12	0.12	0.12	0.87	8.66	8.66	8.66	8.92	9.13	9.13	4.39	4.81	4.39	4.39	0.87