Теплофизиологические основы проектирования систем кондиционирования

В задачу кондиционирования воздуха в кабине локомотива входит обеспечение комфортных условий для человека. Теплоотдача от человека в окружающую среду осуществляется главным образом посредством теплопроводности, конвекции а также за счет излучения и скрытого теплообмена испарением с поверхности тела.

Чтобы обеспечить комфортные условия необходимо чтобы в любой момент времени между количеством тепла и влаги, поступающим от человека в окружающее его пространство и количеством тепла и влаги, которая среда способна поглотить, будет обеспечен нулевой баланс. Таким образом, тепловой комфорт можно обеспечить, если окружающая среда способна поглотить, то количество тепла и влаги, которое поступает от человека.

На сегодняшний момент существует общее поле комфорта для человека, находящегося в помещении. Его параметры представлены в таблице 1.

Таблица 1

Параметры влажного воздуха
Температура, ^0С	23,5	27,5
Относительная влажность, %
Энтальпия, кДж/кг	37,5	45,5	57,5	48,5
Влагосодержание, d, кг/кг сух.возд.	5,4	6,85	13,1	10,85

 

А) Рассчитаем температуру воздуха которая должна быть в кабине локомотива по формуле: берем самую близкую точку это 4=В следовательно

t_в=24 ⁰С; t_{н=(24-20)/0,4 +20=30} ⁰С

(1)

t_в – температура воздуха в кабине, ⁰С;

t_н – температура наружного воздуха, ⁰С (см. исходные данные).

 

Б) Необходимо определить: попадает ли расчетная температура воздуха в кабине t_в в общее поле комфорта. Для этого воспользуемся I-d диаграммой влажного воздуха, представленной на рис.1.

Использование диаграммы влажного воздуха при термодинамических расчетах

Технические расчеты процессов с влажным воздухом практически всегда производятся с помощью I-d диаграммы. (рисунок 1.)

На ней по оси ординат нанесены значения энтальпии влажного воздуха в (кДж/кг сух.возд.), а по оси абсцисс – значения влагосодержаний в (г/кг сух.возд.).

На диаграмме действительную ось влагосодержаний проводят под углом 135⁰ к оси ординат, поэтому линии изоэнтальпий проходят на диаграмме под таким же углом к оси энтальпий. На I-d диаграмме кроме изоэнтальпий наносятся линии постоянных значений температуры, относительной влажности, влагосодержаний

Диаграмма составляется для постоянного общего давления влажного воздуха

I-d диаграмма влажного воздуха

На I-d диаграмму наносятся точки поля комфорта 1, 2, 3, 4 и строится точка В – точка состояния внутреннего воздуха

Построение какой либо точки на I-d диаграмме может осуществляется минимум по двум из следующих известных параметров: температура, относительная влажность, влагосодержание, энтальпия.

Так например, для построения точки 1 общего поля комфорта используем параметры: температуру t₁ = 23,5⁰С и относительную влажность φ₁ =30%.

На I-d диаграмме находим значение температуры воздуха t₁ = 23,5⁰С и далее следуем по линии t₁ = 23,5⁰С = const до точки пересечения с линией φ₁ = 30% = const. Точка пересечения – точка 1 поля комфорта. (рисунок 1.1)

Для данного построения на I-d диаграмме имеет смысл изобразить лишь точку 1 поля комфорта, т.е. не строить вспомогательных линий, определяющих ее положение.

Аналогично построить на I-d диаграмме точки 2, 3, 4 и В, которая строится по t_в и φ_в (расчет по формуле (1) и исходные данные)

Все построения необходимо изображать на одной I-d диаграмме карандашом (распечатать рисунок 1), в связи возможностью внесений исправлений в ходе проведения расчетов.

Таким образом, построив точки 1, 2, 3, 4 соединяем их и получаем четырехугольник – поле комфорта для человека, прибывающего в помещении. После этого определяем: попадает ли построенная точка В, точка определяющая состояние внутреннего воздуха, в поле комфорта.

Если попадает, то к дальнейшему проектированию окончательно принимаем расчетные параметры данной точки В (температуру, влажность, энтальпию, влагосодержание).

Если не попадает, то берем ближайшую к ней точку, которая лежит на границе поля комфорта и принимаем ее параметры к дальнейшему проектированию, это и будет также точка В – точка определяющая состояние внутреннего воздуха в помещении в соответствии с полем комфорта.

1.3 Гигиенические основы

Гигиенические требования заключаются в том, чтобы подвода чистого воздуха обновлять постоянно загрязняемый человеком воздух в кабине. Физическая очистка воздуха достигается с помощью фильтров. В соответствии с санитарно-гигиеническими нормами для летнего режима эксплуатации кабины локомотива принимаем необходимое количество наружного воздуха на 1 человека 30 м³/ч. С учетом, что в кабине могут находится машинист, помощник и оператор, т.е. 3 человека, то наружного воздуха необходимо подавать не менее 90 м³/ч

рисунок 1.1

t

φ