Расчет воздухообмена, выбор принципиальной схемы обработки воздуха

При расчете воздухообмена рекомендуется пользоваться указаниями , причем он производится по всем видам вредностей, выделяемых в помещении. При этом количество наружного воздуха, подаваемого в помещение, должно быть не менее чем требуется для разбавления и удаления выделяющейся углекислоты.

При выборе схемы обработки воздуха необходимо использовать схемы с утилизацией тепла удаляемого воздуха. Рекомендуется применять схемы с рециркуляцией, если она допустима по санитарно-гигиеническим условиям. Рециркуляция не допускается, если в помещении выделяются токсичные или пахнущие вещества, например, в лечебных учреждениях и т.п. В теплое время рециркуляцию целесообразно применять, если энтальпия удаляемого воздуха ниже энтальпии наружного воздуха.

Вопрос выбора принципиальной схемы обработки воздуха может быть решен в процессе построения на - диаграмме, а также при сопоставлении возможных вариантов.

 

4.2 Построение на - диаграмме процессов кондиционирования воздуха

Расчет начинают с теплого периода, при котором требуется охлаждение воздуха. Относительную влажность следует принимать максимально разрешенную либо близкую к ней, чтобы избежать лишних энергозатрат на осушку воздуха. Для расчета требуется иметь данные по тепловому балансу (положительному) и величине влагопоступления. Величину углового коэффициента изменения состояния воздуха в помещении определяют по формуле, кДж/кг,

где -общее расчетное количество избытков полного тепла, определяют из таблицы 4 для теплого периода, Вт; - количество испарившейся влаги, определяется по таблице 5, кг/ч.

В качестве примера рассмотрим построение процесса обработки воздуха с первой рециркуляцией (рис.1). Если энтальпия уходящего воздуха в теплый период ниже, чем наружного то предусматривается рециркуляция, которая может сократить затраты на холод и, иногда, влагу.

Построение процесса изменения состояния воздуха начинают с нанесения на - диаграмму точки В, соответствующую параметрам внутреннего воздуха, через которую проводят луч процесса до пересечения с изотермой , соответствующую параметрам приточного воздуха (точка ). Температура приточного воздуха задается на 4-5⁰С ниже температуры внутреннего воздуха. Температура уходящего воздуха определяется по тепловой напряженности помещения и высоте помещения:

где - высота помещения, м; - высота рабочей зоны, - градиент температуры воздуха по высоте, определяем по табл. 8.

Таблица 8

Температурный градиент

Тепловая напряженность помещения,	, ^0С/м
кДж/м^3	Вт/м^3
Более 80	Более 23	0,8-1,5
40-80	10-23	0,3-1,2
Менее 40	Менее 10	0-0,5

На наносят точку У, соответствующую параметрам удаляемого воздуха.

Требуемое количество воздуха находим по уравнениям, кг/ч:

,

Количество наружного воздуха определяется нормативным воздухообменом по СНиП «Отопление, вентиляция и кондиционирование». Количество воздуха на рециркуляцию определяется по формуле:

Положение точки смеси С определяется из расчета - влагосодержания:

.

Точки и соединяем и на пересечении с получаем точку . Из точки проводим линию =const до пересечения с линей =90% - 95% в точке О. Точку О и точку С соединяем.

В холодный период в целях энергосбережения применяется рециркуляция рис.2. Смешивание удаляемого воздуха и наружного без подогрева последнего в условиях России обычно не получается, т.к. смесительная камера обледеневает. Поэтому наружный воздух нагревают, а затем смешивают с воздухом из помещения. Построение процесса обработки воздуха начинают с нанесения на - диаграмму точек В и Н. Положение точки П определяют из расчета . Расход приточного воздуха принимают по теплому периоду.

Отрезок НСВ – процесс смешивания воздуха первой рециркуляции и наружного. Если точка С лежит выше линии , то далее определяют положение точки О, характеризующее состояние воздуха на выходе из блока адиабатного увлажнения, определяют на пересечении линии постоянного влагосодержания и . Через точку О проводят линию постоянной энтальпии до пересечения с линией получают точку К, характеризующая состояние воздуха после воздухонагревателя первого подогрева.

Рис.1 Процесс обработки воздуха в СКВ с первой рециркуляцией в ТП

Тогда НСВ – процесс смешения наружного и рециркуляционного воздуха, СК – процесс нагрева воздуха в воздухонагревателе первого подогрева, КО – процесс адиабатного увлажнении воздуха, ОП – процесс нагрева воздуха в воздухонагревателе второго подогрева, ПВ – процесс изменения воздуха в помещении.

 

Рис.2 Схема обработки воздуха с первой рециркуляцией в ХП

Если точка С лежит ниже линии , т.е. в области тумана, то это может привести к конденсации водяных паров внутри блока смешения. В этом случае необходимо наружный воздух предварительно нагреть рис.3, а затем смешать с рециркуляционным воздухом. Чтобы определить положение точки С, провести линию постоянной энтальпии до пересечения с линией постоянного влагосодержания в точке С, характеризующей состояние погретого наружного воздуха и рециркуляционного воздуха. Линию ВС продолжить до пересечения с линией постоянного влагосодержания в точке К, характеризующей состояние наружного воздуха после его подогрева в воздухонагревателе первого подогрева.

Рис.3. Схема обработки воздуха с первой рециркуляцией в ХП (смещение воздуха после подогрева в калорифере)

Таким образом, воздух сначала нагревается в воздухонагревателе первого подогрева (процесс НК), далее смешивается с циркуляционным воздухом (процесс ВК), далее увлажняется (процесс СО) в оросительной камере.

Выбор кондиционера

После составления схемы обработки воздуха в центральном кондиционере необходимо выбрать типоразмер центрального кондиционера, рассчитать и подобрать функциональные и вспомогательные блоки, скомпоновать центральный кондиционер из отдельных блоков в последовательности, соответствующей принятой технологической схеме.

При этом применяется модульный принцип построения, в основу которого положено использование единого модуля, соответствующего размерам воздушных фильтров, производимым по международным стандартам. Отдельными производителями, например российскими «Веза» и итальянским «Clivet», в качестве модуля принят квадрат с размерами ячейкового фильтра или карманного фильтра на направляющих – 610х610, его половина – 610х305 или четверть 305х305, другими – размеры карманного фильтра на каркасе или фильтров тонкой очистки – 428х428, 490х490, 592х592, 592х287.

Типоразмер центрального кондиционера, определяемый размерами фронтального сечения для прохода воздуха, выбирают по рекомендуемому значению скорости воздуха а этом сечении. Рекомендуются следующие диапазоны скорости: от 1,5 до 2,5 м/с, от 2,5 до 3,5 м/с, от 3,5 до 4,5 м/с. Значения скорости установлены из следующих соображений:

1) ограничения по потерям давления в блоках центральных кондиционеров, особенно при наличии большого количества блоков (до 2,5 м/с);

2) недопустимостью уноса капель из блоков увлажнения, а также при конденсации водяных паров из воздуха в процессе охлаждения в поверхностных воздухоохладителях и политропных в оросительных камерах (до 3 м/с);

3) обеспечения высокой интенсивности теплообмена в воздухонагревателях (до 4,5 м/с) в установках без воздухоохладителей и при ограничевниях на габариты установки;

4) допустимый уровень шума.

Для выбора необходимого типоразмера в каталогах фирм-производителей обычно приводится диаграмма. На диаграмме, предназначенной для выбора типоразмера центрального кондиционера НС фирмы «Clivet», для каждого типоразмера в каталогах фирм-производителей обычно приводится диаграмма. На диаграмме, предназначенной для выбора типоразмера центрального кондиционера НС фирмы «Clivet», для каждого типоразмера дана линейка скоростей из трех диапазонов: от 2 до 2,5 м/с, от 2,5 до 3 м/с, от 3 до 4 м/с.

В обозначении центрального кондиционера, производимого фирмой «Clivet», НС-040 цифра 040 в обозначает значение номинальной производительности кондиционера (3960 м³/ч), деленное на 100. Скорость воздуха во фронтальном сечении при этом значении производительности составляет 2,5 м/с. Выпускается 19 типоразмеров центральных кондиционеров НС, производительностью по воздуху от 1000 до 100000 м³/ч.

Рис. 4.Диаграмма для выбора типоразмера центрального кондиционера HC.

Центральный кондиционер, производимый фирмой «Веза», обозначается КЦКП-5; цифра 5 означает номинальную производительность кондиционера в тыс. м³/ч, которой соответствует скорость воздуха во фронтальном сечении около 2,65 м/с.

Функциональные блоки центрального кондиционера выбирать по приложению 2.

 

Расчет воздухонагревателей

В упрощенном поверочном расчете искомой величиной является площадь поверхности теплообмена при заданных начальных и конечных параметрах теплообменивающихся сред и их расходах.

Исходные данные для расчета воздухонагревателя:

- начальные и конечные параметры воздуха ;

- расход воздуха , кг/ч;

- начальная и конечная температура теплоносителя .

Требуется определить: необходимую площадь поверхности теплообмена воздухонагревателя , м², аэродинамическое сопротивление и гидравлическое сопротивление , Па.

Необходимая площадь поверхности теплообмена обеспечивается подбором числа рядов труб теплообменника при выбранном значении расстояния между пластинами. Расстояние между пластинами воздухонагревателя может быть равным 1,8; 2,5; 4 мм. Число ходов по теплоносителю определяется в зависимости от рекомендуемой скорости движения теплоносителя в трубках. Для воздухонагревателей рекомендуется скорость от 1,5 до 2,0 м/с.

1. Определяют массовую скорость воздуха во фронтальном сечении кондиционера, кг/с∙м²;

Таблица 9

Технические характеристики воздухонагревателей центральных кондиционеров HC Clivet

Типоразмер кондиционера HC	Площадь фронтального сечения, м^2	Размеры, мм	Количество трубок в одном ряду при шаге труб, мм
Длина трубок	Высота трубной решетки
	0,14
	0,18
	0,23
	0,28
	0,36
	0,44
	0,55
	0,68
	0,86
	1,09
	1,34
	1,71
	2,10
	2,62
	3,28
	4,03
	5,04
	6,34
	7,96

 

2.Рассчитываем количество теплоты для нагревания воздуха, Вт:

3.Определяем расход теплоносителя, кг/ч:

4.Задаваясь скоростью движения теплоносителя в трубках от 1,2 до 1,5 м/с, определяется число ходов и площадь живого сечения для прохода воды. Предварительно также следует задаться числом рядов трубок по ходу движения воздуха, .

Общее количество трубок:

где - высота трубной решетки, м;

- шаг труб по высоте, м, для КЦКП =0,05, для HC =0,06 или =0,03;

- количество рядов трубок по ходу воздуха.

Число ходов:

где - число трубок, подключаемых к подающему коллектору, определяемое ориентировочно по заданному значению скорости движения воды в трубках:

.

Для воздухонагревателей центральных кондиционеров НС фирмы «Clivet» число трубок, подключаемых к коллектору, приведено в таблице 10 в зависимости от расхода воды:

Таблица 10

Число трубок, подключаемых к коллектору воздухонагревателей центральных кондиционеров НС фирмы «Clivet»

Число подключений к коллектору,	Расход воды, кг/ч	Диаметр коллектора, дюйм
2-6
7-12		1,5
14-22
23-54
88-90

Число ходов может быть равным 2, 4, 6, 8, 12, 16.

Принимают ближайшее значение числа ходов, определяют количество подключений к коллектору и уточняют скорость движения воды в трубках, м/с:

,

где - площадь живого сечения медной трубки, м² при внутреннем диаметре трубки 11,8 мм (КЦКП) составляет 0,0001108 м².

5.Определяем коэффициент теплопередачи, К, Вт/м²∙⁰С; для воздухонагревателей центрального кондиционера КЦКП фирмы «Веза»

6.Аэродинамическое сопротивление воздухонагревателя, Па, определяется по формуле:

7.Гидравлическое сопротивление воздухонагревателя, кПа, определяется по формуле:

где - приведенная длина хода воды в трубках, определяется произведением числа ходов на длину трубок из таблицы

Значения эмпирических коэффициентов определяются по таблице

Таблица 11

Эмпирические коэффициенты для расчета воздухонагревателей

Обозначение показателя	Количество рядов трубок по ходу воздуха
Шаг пластин, мм
1,8	2,5		1,8	2,5	1,8	1,8
А	20,94	21,68	23,11	20,94	21,68	20,94	20,94
Б	2,104	1,574	1,034	4,093	3,035	6,044	7,962
	1,64	1,74	1,81	1,65	1,72	1,66	1,59

 

8.Требуемая площадь поверхности теплообмена:

, .

Выбирают число рядов трубок воздухонагревателя и соответствующую фактическую площадь поверхности теплообмена. Определяют запас поверхности теплообмена в %.

Таблица 12

Технические характеристики воздухонагревателей центральных кондиционеров КЦКП

Типоразмер кондиционера	Обозначение воздухонагревателя ВНВ, воздухоохладителя ВОВ	Площадь фронтального сечения, м^2	Размеры, мм	Площадь теплообмена однорядного теплообменника, м^2, при шаге пластин, мм
Длина трубок	Высота трубной решетки	1,8	2,5
КЦКП-5	243.1-073-065	0,475			12,4	9,8
КЦКП-6,3	243.1-103-065	0,67			18,3	13,8
КЦКП-8	243.1-072-085	0,865			23,6	17,9
КЦКП-10	243.1-102-085	0,927			25,3	19,1
КЦКП-12,5	243.1-102-115	1,236			33,8	25,5
КЦКП-16	243.1-133-115	1,596			43,6	33,0
КЦКП-20	243.1-133-145	1,956			53,5	40,4
КЦКП-25	243.1-166-145	2,445			66,9	50,5
КЦКП-31,5	243.1-166-175	2,934			80,2	60,6
КЦКП-45	243.1-196-205	3,474				71,7
КЦКП-50	243.1-185-200	3,96			108,3	81,8