зданий различного назначения. 3 глава

Если в качестве характеристики процесса изменения состояния воздуха на I – d диаграмме принят угловой ε, (тепловлажностное отношение), то при использовании психрометрической диаграммы для этой цели применяют так называемый показатель (фактор) явной теплоты ψ = Q_я/Q_п Шкала значений ψ в диапазоне практически наблюдающегося изменения состояния влажного воздуха в кондиционируемых помещениях нанесена по контуру диаграммы. Условная точка (для удобства пользования шкалой) из которой исходят линии направлений процессов показателя ψ находится на пересечении линий t_c,= 24˚С и φ = 50%

Изображение характерных процессов изменения тепловлажностного состояния воздуха дано на рис. II.16.

 

III. Основные процессы кондиционирования воздуха
в центральных СКВ.

1. Основные сведения о способах тепловлажностной обработки
кондиционируемого воздуха.

Для обеспечения заданных параметров воздуха в кондиционируемых помещениях приточный воздух, подаваемых в них, подвергают тепловлажностной обработке в аппаратах для кондиционирования воздуха.

В теплый период года в зависимости от соотношения расчетных параметров наружных и внутренних сред воздух обычно охлаждают и осушают, для чего требуются источники холода. Однако в некоторых случаях оказывается достаточным охлаждение на основе использования адиабатного (изоэнтальпийного) процесса испарительного охлаждения.
Наиболее благоприятные условия таких систем существует в районах с сухим и жарким климатом, а также в помещениях с большими избытками явного тепла. И с повышенной влажностью воздуха. Помимо прямого (непосредственного) изоэнтальпийного охлаждения существуют также другие способы, базирующиеся на его основе: косвенное испарительное охлаждение, двухступенчатое испарительное охлаждение, и т.п. Системы кондиционирования воздуха, в которых используется в том или ином виде изоэнтальпийное охлаждение можно применять в тех случаях, когда энтальпия и влагосодержание допускаются выше энтальпии и влагосодержания наружного воздуха. Осушать воздух можно и без применения источников холода путем использования жидких и твердых сорбентов.

В холодный период года обработка воздуха обычно заключается в более простых режимах – его нагреве и охлаждении.

Системы кондиционирования могут быть прямоточными (без рециркуляции) или с рециркуляцией (с первой и второй рециркуляцией). Рециркуляция применяется в тех случаях, когда количество наружного воздуха превышает минимально необходимое.

Необходимо особо учитывать условия возможности применения рециркуляции, к которым относятся следующее:

1. Отсутствие вредных или пожароопасных веществ.

2. Энтальпия удаляемого (в теплый период) должна быть ниже энтальпии наружного воздуха. В связи с этим в системах кондиционирования, базирующихся на использовании изоэнтальпийного охлаждения, рециркуляцию не применяют. В холодный период года энтальпия удаляемого воздуха должна быть выше энтальпии наружного, что обычно и наблюдается.

1. Соответствие архитектурно-планировочным и технико-экономическим требованиям.

Наиболее существенным является первое условие, учитывающее санитарно-гигиенические и противопожарные требования. Второе условие является оценкой целесообразности использования рециркуляционного воздуха с точки зрения сокращения потребления тепла и холода на обработку приточного воздуха. При рассмотрении третьего условия следует учитывать такие факторы, как удаленность обслуживаемого помещения от воздухоприготовительного центра, затраты на устройства и эксплуатацию системы рециркуляции, достигаемый эффект теплопотребления, затраты на очистку воздуха от пыли и др.

При выборе способа обработки воздуха обязательным является применение утилизации низкопотенциальных источников вторичного тепла. Это чаще всего может быть использование тепла удаляемого воздуха, рекуперация трансмиссионных потерь тепла через ограждения, утилизация тепла осветительной аппаратуры и других вторичных энергоресурсов (ВЭР). Наиболее целесообразно низкопотенциальное тепло использовать на первой стадии обработки наружного воздуха, когда (например зимой) он имеет низку температуру и эффективно воспринимает тепло от низкопотенциальных источников в соответствующих тепломассообменных аппаратах-утилизаторах. Утилизироваться может как явное, так и полное тепло воздуха.

 

2. Кондиционирование воздуха на основе применения адиабатного
(изоэнтальпийного) охлаждения.

Для тепловлажностной обработки часто используются оросительные камеры. В этих камерах обычно испаряется сравнительно небольшое количество воды (до 3%), а ее восполнение не приводит к заметному изменению температуры воды в оросительной камере. Температуру разбрызгиваемой воды с достаточной для практических расчетов точностью принимают равной температуре мокрого термометра. При использовании этого способа обработки воздух, выходящий из оросительной камеры, обычно не нагревается в воздухонагревателе второго подогрева.

Рассмотрим принципиальную схему системы кондиционирования воздуха на основе использования прямого изоэнтальпийного охлаждения с применением регулируемого процесса в оросительной камере. Заданная влажность воздуха на выходе из камеры достигается изменением количества воды, подаваемой в оросительное пространство, и применением форсунок, обеспечивающих необходимое распыление воды в широком диапазоне изменения давления перед ними. В теплый период работает только оросительная камера, а воздухонагреватели первой и второй ступени не функционируют.

Рассмотрим построение процесса кондиционирования на I-d диаграмме.

В качестве исходных данных принимаются: расчетные параметры наружного t_н, I_н и внутреннего t_в, φ_в воздуха; избытки полного тепла ∑ Q _п и влаги∑ W, полученные при составлении тепловоздушного баланса помещения; температуру удаляемого воздуха t_у.

Требуется определить параметры характерных точек изменения состояния воздуха, установить возможность применения рассматриваемого способа кондиционирования воздуха для данного случая, определить воздухообмен в помещении и количество воды, испаряющейся в оросительной камере.

При использовании графоаналитического метода построения процессов состояния воздуха на I-d диаграмме и необходимые расчеты производят одновременно.
Построение процесса начинают с нанесения на I-d диаграмму Н и В, соответствующих состояниям наружного внутреннего воздуха. Через точку Н проводят линию I _н = const. Приточный воздух из кондиционера с помощью вентилятора по системе воздуховодов подается в обслуживаемое помещение. По пути температура воздуха повышается в результате подогрева его в вентиляторе и воздуховодах. Это повышение можно ориентировочно оценить с помощью формулы:

Δt = 0,001 ΔР,

где ΔР – потери полного давления по пути перемещения приточного потока воздуха, Па.

Обычно Δt принимают равным 1˚С

В результате изоэнтальпийного процесса обрабатываемый в камере орошения воздух должен получить состояние характеризующееся точкой О _р. При этом следует иметь в виду, что соответствующая этой точке температура воздуха t_ор должна быть ниже температуры приточного воздуха на величину Δt. Для определения положения т. О _р на линии
I = const производится вспомогательное построение. Сначала от точки В вниз по линии
d _в = const в масштабе температур откладывают отрезок ВВ′, соответствующий 1-1,5˚. Через полученную точку В′ проводится луч процесса состояния воздуха в помещении ε_пом. до пересечения с линией I _н = const в точке О_р. Затем через точку О_р проводится линия d _о.р.= const, на которой вверх от точки О _р откладывается отрезок, соответствующий 1-1,5˚ (такой же, как и отрезок ВВ′), получая при этом точку П, которая характеризует состояние приточного воздуха.

Состояние воздуха при поступлении его в помещение изменяется от параметров точки П в соответствии с величиной углового коэффициента линии процесса ε_пом. Точку В, соответствующую состоянию воздуха в рабочей зоне помещения, находят на пересечении линии ε_пом с изотермой t_в. Точка У характеризует состояние удаляемого воздуха.

Таким образом, прямая ПВУ представляет собой линию процесса изменения состояния воздуха в помещении. На этом построение процесса кондиционирования воздуха закончено.

Расход приточного воздуха определяют из условий удаления избытков тепла и влаги:

G_п = ∑Q_п /(I_у –I_п);

G_п = ∑W 10³ / (d_у – d_п).

Расход воды для возмещения испарившейся в оросительной камере составит

W_исп =G_п (d _о.р-d_п)

После расчета необходимо проверить соответствие полученного значения G_п требуемому минимальному расходу приточного воздуха G_п.мин.. Количество приточного воздуха G_п должно быть больше или равно G_п.мин.

Если окажется, что G_п < G_п.мин следует принять G_п = G_п.мин. и произвести корректировку в построении процесса.

Основным достоинством рассмотренной системы является простота и отсутствие необходимости в источниках тепла и искусственного холода. К числу недостатков относится зависимость ее работы и эффективности от параметров внешней среды. Кроме рассмотренного выше способа использования прямого изоэнтальпийного охлаждения воздуха с применением регулируемого процесса в камере орошения используется система с частичным байпасированием обрабатываемого воздуха. Наружный воздух в определенном количестве подвергается обработке в оросительной камере кондиционера в то время как его другая часть проходит по байпасному каналу без обработки, после чего происходит смешивание. (подробнее см. 2.§36).

Основным недостатком схем обработки воздуха на основе применения прямого испарительного охлаждения является зависимость параметров от влажности наружного воздуха. Это существенно ограничивает область применения такого рода систем помещениями с большими избытками явного тепла, производственными помещениями, где требуется поддержание высокой влажности внутреннего воздуха, районами с сухим и жарким климатом. В связи с этим разработаны и применяются системы кондиционирования воздуха, использующие принцип косвенного испарительного охлаждения.

 

Простейшая схема косвенного испарительного охлаждениясостоит из системы обработки основного потока I воздуха и системы испарительного охлаждения. Для охлаждения воды могут использоваться оросительные камеры кондиционеров или другие контактные аппараты, брызгальные бассейны, градильни и др. Вода, охлажденная испарением в потоке воздуха, поступает в поверхностный теплообменник – воздухоохладитель кондиционера основного потока, где воздух изменяет свое состояние от значений t _н, I _н до
t _п, I _п.. Температура воды при этом повышается до t_w2. Нагревшаяся вода поступает в контактный аппарат, где охлаждается путем испарения до t_w1 и цикл повторяется вновь.
воздух, проходящий через контактный аппарат изменяет свое состояние от параметров t _н, I _н до t _or, I _or.

Сопоставление процессов показывает, что при косвенном испарительном охлаждении, производительность СКВ оказывается ниже, чем при прямом. Кроме того, при косвенном испарительном охлаждении влагосодержание приточного воздуха более низкое, что позволяет расширить область возможного использования принципа испарительного охлаждения воздуха.

В отличие от раздельной схемы косвенного испарительного охлаждения, разработаны аппараты совмещенного типа, (рис IV.7)

 

Такой аппарат включает две группы чередующихся каналов, разделенных стенками. Через группу каналов 1 проходит вспомогательный поток воздуха. По поверхности стенок этих каналов стекает вода, подаваемая через воздухораспределительное устройство. Некоторое количество воды испаряется, а остальная часть стекает в поддон, откуда насосом направляется вновь к водораспределительному устройству. При испарении воды понижается температура вспомогательного потока воздуха (при одновременном увеличении его влагосодержания), а также охлаждается стенка канала. Основной поток воздуха, омывающий стенку с другой стороны, охлаждается при постоянном влагосодержании. Процессы изменения состояния потоков воздуха аналогичны показанным на рис. IV.6.

Для повышения глубины охлаждения основного потока, разработаны многоступенчатые схемы обработки основного потока, применяя которые можно теоретически можно достичь температуры точки росы. Однако это сопряжено с существенным удорожанием системы и требует больших капитальных затрат. Рациональным по техникоэкономическим показателям представилось создание комбинированных систем обработки основного потока воздуха на основе применения косвенного и прямого испарительного охлаждения. Одной из таких систем является система двухступенчатого испарительного увлажнения (Рис. IV.8).

 

 

 

 

 

Установка двухступенчатого испарительного увлажнения состоит из кондиционера и градирни. В кондиционере производится косвенное и прямое изоэнтальпийное охлаждение воздуха обслуживаемых помещений. В градирне происходит испарительное охлаждение воды, питающей поверхностный воздухоохладитель кондиционера. С целью унификации оборудования для испарительного охлаждения воды вместо градирни можно использовать оросительные камеры типовых центральных кондиционеров.

 

 

3. Кондиционирование воздуха на основе применения внешних источников холода в теплый период года.

При технико-экономической целесообразности и в случае невозможности достичь требуемых параметров воздуха другими способами используют способ обработки приточного воздуха, основанный на применении внешних источников холода, например, холодной воды низкой температуры (обычно до 6 ⁰ С), получаемой от источников холодоснабжения. Установка кондиционирования воздуха, обслуживающая эту систему включает воздухонагреватель первой ступени ВП1 (в летний период не работает), контактный аппарат (оросительную камеру) ОК, а также воздухоподогреватель второй ступени ВПII.

При построении процесса на I-d диаграмме необходимо стремиться к достижению минимального количества приточного воздуха.

На I-d диаграмме наносят точки Н и В. Через т. В проводят линию d _в = const, на которой вниз от точки В отрезок Δ t = 05-1⁰ и получают точку В′. Через точку В′ проводят линию, параллельную ε_пом., до пересечения с кривой φ =100% В точке f, не ниже 8-10⁰С. Одновременно на пересечении линии ε_пом. с кривой φ = 90 – 95 % находят точку О. Тогда на линии d _п = d _о = const откладываем отрезок Δ t = 05-1⁰ и через полученную точку П проводим линию ε_пом с изотермами t_в и t _ут находят точки В и У.

Расход приточного воздуха вычисляют по формуле G_п = ∑Q_п /(I_у –I_п); (1) или
G_п = ∑W 10³ / (d_у – d_п).(2)

Если существует ограничения в выборе допустимой разности температур
Δ t = Δ t _доп. = t_в - Δ t _доп. Или она рассчитана, то температуру приточного воздуха находят по формуле:

t_п = t_в - Δ t _доп.

В этом случае через точку В (рис. IV 14) проводят линию процесса изменения воздуха в помещении с угловым коэффициентом ε_пом. и на пересечении ее с изотермами
t_у и t_п находят точки У и П.Воздухообмен, необходимый по условиям удаления избытков тепла и влаги находят по формуле (1) или (2).Если полученное значение G_п оказывается больше минимального расхода наружного воздуха G_н , то значениеG_п принимается к дальнейшему расчету. Если же окажется, что G_н > G_п, то принимают величину воздухообмена G_н и корректируют построение, определяя новое положение точки П* при условии

I_п* = I_{у -} ∑ Qп / G н или d _п* = d _у = ∑ W 10³/ Gн

В этом случае точка П* будет находиться на пересечении луча процесса ε_пом с линиями I_п* = const или d_{п* =} = const.

Дальнейшее построение включает нанесение линии d_{п =} = const (d_{п* =} = const), на которой находят положение точек П и О (П′′ и О′′), характеризующих состояние воздуха на выходе из кондиционера и из форсуночной камеры. При этом точка П′ (П′′) находятся на пересечении изотермы t_{п′ =} t_{п –} (1 – 1.5), а точка О (О′′) на пересечении кривой
φ = 90–95 % с линией d_{п =} = const (d_{п* =} = const). Точку Н соединяют сточкой О (О′′) прямой линией. Таким образом, линия НО (НО′′) соответствует процессу охлаждения и осушки воздуха в контактном аппарате, линия ОП ′ (О′′ П′′) – нагреванию воздуха в аппарате ВПII, линия П′П (П′′П*) – подогреву воздуха вентиляторе и приточных воздуховодах, ПВУ (П*ВУ) – изменение состояния воздуха в обслуживаемом помещении.

 

 

 

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

Q_{о хл.} = Gп (Iн – Iо).

Расход тепла в аппарате ВПII для подогрева воздуха составляет:

Q_{II. =} G_п (I_п - I_o)

Одним из недостатков рассмотренной схемы обработки воздуха является необходимость одновременного использования тепла и холода что в значительной степени снизит ее теплоэнергетические показатели.

Как видно из формул (1) и (2), расход приточного воздуха Gп зависит в значительной мере от допустимого перепада параметров внутреннего и приточного воздуха. В связи с этим представляется возможным снизить затраты энергии на обработку приточного воздуха, применяя рециркуляцию удаляемого воздуха, если это не противоречит требованиям нормативных документов.

На рис.IV.15 показана принципиальная схема системы кондиционирование воздуха с первой рециркуляцией. Отличие этой схемы от прямоточной заключается в наличии канала рециркуляционного воздуха. Рециркуляционный воздух может подмешиваться к наружному либо перед воздухонагревателем I ступени, либо после него.

При построении процесса кондиционирования воздуха с использованием рециркуляции необходимо учитывать характер схемы организации воздухообмена в помещении

т. е. расположения зон подачи и удаления воздуха. На построение процесса кондиционирования воздуха указанное обстоятельство влияния не оказывает.

 

Построение процесса на I-d диаграмме (рис. IV.16) начинают, с нахождения положений точек Н и В, а затем точек У, П, П′, О. Затем находят положение точки У′, характеризующей состояние рециркуляционного воздуха перед его смешением с наружным воздухом и лежащей на пересечении линии d_у = const c изотермой t_у′ = t_у +0,5^˚ С.
расход приточного воздуха определяется по формулам G_п = ∑Q_п /(I_у –I_п); (1) или:
G_п = ∑W 10³ / (d_у – d_п).(2)

Точки Н и У′ соединяются прямой, которая является линией смеси наружного и рециркуляционного воздуха, расход которого составляет:

G_1р = G_п - G_н

Для определения положения точки смеси С на этой прямой используют уравнения теплового или материального баланса для этой точки:

G_н I_н + G_1р I_y′ = G_п I_c,

откуда получают значение энтальпии точки смеси:

I_c = (G_н I_н + G_1р I_y′)/ G_п

Аналогично можно найти и влагосодержание точки смеси:

d_c = (G_н d_н + G_1р d_y′)/ G_п

Пересечение этих линий с линией НУ′ определяет положение точки смеси С. Точки С и О соединяют прямой, которая является линией процесса изменения состояния воздуха при его охлаждении т осушке в оросительной камере. Расход тепла в воздухоподогревателе вычисляют по формуле:Q_{II. =} G_п (I_п - I_o); Расход холода для осуществления процесса охлаждения и осушки воздуха находят по формуле

Q_охл. = G_п (I_с -I_о);
количество сконденсировавшейся из воздуха влаги – по формуле

G_к = G_п (d_c - d_о) 10^-3.

Из сопоставления результатов расчета по формулам следует вывод, что применение рециркуляции позволяет сократить затраты холода. Вместе с тем этой системе в ряде случаев присущ тот же недостаток, что и прямоточной – одновременное использование процессов охлаждения и нагревания воздуха.

Для сокращения расходов тепла и холода на приготовление воздуха, заданных параметров применяют СКВ с первой и второй рециркуляциями (рис/IV/17). В соответствии со схемой наружный воздух смешивается с воздухом первой рециркуляции. Эту смесь обрабатывают в оросительной камер, после чего к ней дополнительно подмешивают воздух второй рециркуляции. В результате масса воздуха приобретает параметры, соответствующие состоянию на выходе из УКВ.

 

 

4. Кондиционирования воздуха в холодный период года.

Исходными данными для построения процессов являются:

· Расчетные параметры наружного tн, I_н и внутреннего tв φ_н воздуха;

· Результаты расчета балансов по теплу ∑ Qп и влаге∑ W;

· Значение углового коэффициента линии процесса изменения состояния воздуха в помещении ε_пом = ∑ Qп/ ∑ W;

· Принципиальная схема организации воздухообмена и системы воздухораспределения с выбором значения температуры удаляемого воздуха t_у ;

· Расходы наружного воздуха, установленные расчетом для теплого периода года (в зависимости от принятой схемы кондиционирования) G_п, G_н, _G1р, G_2р, G_ор. Расходы приточного воздуха принимают по расчету летнего периода с целью обеспечения устойчивости работы системы воздухораспределения.

Принципиальная схема прямоточной системы кондиционирования воздуха (рис.IV.1). Наружный воздух нагревается в воздухоподогревателе ВПI, адиабатно увлажняется в оросительной камере ОК и подвергается окончательному подогреву в воздухоподогревателе ВПII, после чего направляетсяв обслуживаемое помещение. Подогрев воздуха в вентиляторе и воздуховодах в холодный период учитывать не будем.

Построение процесса на I-d диаграмме начинается нанесения точек Н и В. На линии процесса ε_пом, проведенной через точку В, находим положение точки У, характеризующей состояние удаляемого воздуха. Если состояние удаляемого воздуха соответствует параметрам внутренней среды (рабочей зоны), тогда точки В и У совпадают.

Значения энтальпии и влагосодержания, которыми должен обладать приточный воздух соответственно должны быть:

I_п = I_у - ∑ Qп/ G _п;

dп = dу - ∑ W 10³ / G_п.

 

Пересечение линий I _п = const или и d_п = const с линией процесса изменения состояния воздуха в помещении ε_пом определяет положение точки П, характеризующей состояние приточного воздуха.
Через точку П проводят линию d_п = const до пересечения с кривой φ = 90 – 95 % в точке О. Линия ОП характеризует процесс нагревания воздуха в воздухоохладителе II ступени.

Линии I _о= const и d_н= const проводят до их взаимного пересечения в точке К (параметры воздуха после воздухоохладителя ВПI, на входе в оросительную камеру). Таким образом, линия НК – нагрев воздуха в ВП I; линия КО – изоэнтальпийное увлажнение воздуха в оросительной камере.

 

 

Расход воды на I ступень подогрева воздуха

Q_{I =} G _п (I_к – I_н)/

Расход воды на II ступень подогрева воздуха

Q_{II =} G _п (I_п – I_o)/

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

W_п = G_п (d_o – d_к) 10³.

При использовании системы утилизации тепла (СУТ) удаляемого воздуха можно предварительно подогревать наружный воздух. Если применяется СУТ с промежуточным теплоносителем и теплообменниками поверхностного типа, удаляемый воздух, например, охлаждается от состояния У до состояния У′′, а наружный подогревается от состояния Н до состояния Н′′.

При этом от удаляемого воздуха отводится тепло:

Q_у = G _у (I_у – I_у′′).

Расход тепла, воспринимаемого наружным (приточным) воздухом (приточным) воздухом, составит:

Q_п= G _п (I_н′′– I_н).

Если пренебречь расходами тепла, теряемого или воспринимаемого элементами СУТ за счет контакта с окружающей средой и от насосов, то соблюдается равенство:Q_у= Q_п

G _у (I_у – I_у′′) = G _п (I_п′′– I_н).

При использовании СУТ расход тепла воздухоподогревателем I ступени составит:

Q_I= G _п (I_к– I_н′′).

Для уменьшениярасходов тепла в процессах приготовления воздуха заданных параметров возможно применение систем кондиционирования воздуха с первой рециркуляцией.

Принципиальная схема такой системы показана на рис. IV.15. В этой схеме возможны два варианта смешения наружного и рециркуляционного воздуха: до и после воздухонагревателя I ступени подогрева.

Построение процесса на I-d диаграмме при смешении наружного и рециркуляционного воздуха до I ступени подогрева показано на рис. IV.20, после I ступени на рис. IV.21.

IV. Принципиальные схемы и решения СКВ в зданиях

различного назначения.

1. Общие принципы решений.

Выбор принципиальной схемы СКВ для конкретного объекта производится с учетом назначения и архитектурно-строительного решения здания и его помещений особенностей технологического процесса и применяемого производственного оборудования, интенсивности и характера выделяющихся вредностей расположения рабочих мест, климата района постройки. Для выбора рационального решения необходимо проработать и сравнить несколько конкурирующих вариантов. По итогам сравнительного анализа и сопоставления показателей эффективности, в числе которых, как правило, решающим является приведенные затраты, выбирают наиболее рациональный вариант.

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: