Инженерно-технический расчет теплообменных аппаратов в системе кондиционирования воздуха

КУРСОВАЯ РАБОТА

Инженерно-технический расчет теплообменных аппаратов в системе кондиционирования воздуха

 

В систему кондиционирования любого помещения входят такие теплообменные аппараты как: испаритель и конденсатор. При проектировании данных теплообменников инженер должен учитывать не только конкретные входные и выходные данные, например по значениям температур, но и уметь определять величину этих значений входных-выходных данных в соответствии с общей нагрузкой на систему кондиционирования помещения, а также определять режим работы теплообменников.

Инженерно-технический расчет теплообменных аппаратов предлагается провести на примере рассмотрения системы кондиционирования воздуха, которая устанавливается на кабину машиниста с целью обеспечения в ней комфортного температурного режима для летнего периода эксплуатации подвижного состава.

 

Содержание

1. Введение

1.1 метеорологические основы проектирования

1.2 теплофизиологические основы проектирования

1.3 гигиенические основы проектирования

 

2. Тепловлажностная нагрузка на кабину локомотива в летний период (тепловлажностный баланс)

3. Выбор системы кондиционирования

 

4. Расчет требуемой холодопроизводительности системы кондиционирования

 

5. Принцип работы кондиционера

 

6. Расчет теплообменных аппаратов, входящих в систему кондиционирования кабины локомотива

6.1 Конструкторский расчет испарителя

6.2 Конструкторский расчет конденсатора

6.3 Поверочный расчет испарителя

6.4 Поверочный расчет конденсатора

 

Введение

Системы кондиционирования воздуха применяют для создания и поддержания нормируемого микроклимата, т.е. главным образом температуры, влажности, подвижности воздуха на рабочих местах машиниста и помощника.

Рабочее место локомотивной бригады изолировано от внешней среды ограждающими конструкциями (стенами), что позволяет создать в ней определенный микроклимат. Ограждения защищают помещения от непосредственных атмосферных осадкой, а климатические установки поддерживают состояние внутренней среды на определенном уровне. Совокупность всех инженерных средств и устройств, обеспечивающие заданные условия микроклимата в помещении будем называть системой обеспечения микроклимата.

Профессия машиниста локомотива относится к группе профессий операторского типа. Данный вид деятельности с физиологической точки зрения характеризуется выраженным нервно-эмоциональным напряжением и в тоже время малоподвижностью что требует высокого уровня комфортности.

Метеорологические основы для проектирования систем кондиционирования

К метеорологическим основам следует отнести такие составляющие как: погоду, климат в данной местности и наличие солнечного излучения (климатическая зона).

Состояние погоды определяется совокупностью следующих метеорологических параметров:

- температурой наружного воздуха, ⁰С;

- оносительной влажностью наружного воздуха, %;

- атмосферным давлением, Па (в нашем проекте принимается атмосферное давление 760 мм рт ст)

- скорость движения воздушных масс, м/с (в нашем проекте данный параметр не учитыватся)

Перечисленные элементы являются исходными параметрами при проектировании систем кондиционирования.

 

Теплопоступления с инфильтрационным воздухом

 

, Вт, (6)

L_инф – количество инфильтрационного воздуха, проникающего через технологические отверстия и неплотности ограждений кабины, кг/с, это та же величина, которая характеризует герметичность кабины, только в других единицах.

Согласно п. 2.3.1 к_инф =0,19 Вт/м²К ≈ L_инф = 0,02 кг/с

с_р – изобарная теплоемкость воздуха, с_р = 1005 Дж/кгК

 

 

Теплопоступления от людей

Теплопоступления от человека зависят от интенсивности его работы, состояния воздуха в помещении, а также от защитных свойств одежды.

Явную теплоотдачу от одного человека можно определить по формуле:

Q_1чел.=β_инт. β_од.(2,5+10,36 )(35 – t_в), (8)

где β_инт. – коэффициент учета интенсивности работы, принимаемый для легкой работы – 1,0; для средней работы – 1,07; для тяжелой работы – 1,15.

β_од. – коэффициент учета теплозащитных свойств одежды, принимаемый для легкой одежды – 1,0; для обычной одежды – 0,65; для утепленной одежды – 0,4.

W_в – подвижность воздуха в помещении, м/с.

Теплопоступления от всех работающих людей:

Q_чел = n Q_1чел, Вт

 

Поступление влаги в кабину

Основными источниками поступления влаги в помещения являются люди и поступающий в помещение инфильтрационный воздух.

Поступление влаги в кабину – это так называемая «скрытая» теплота, вносимая в кабину определяется по формуле:

, Вт, (10)

G_в.чел – поступление влаги от людей, кг/час

Поступление влаги от людей является функцией не только одной интенсивности мускульной работы, но и температуры в окружающем пространстве. Среднее значение влаговыделения от человека приведено в таблице.

Таблица 2 - Влаговыделение от человека

Характер работы	Влаговыделение от человека г/ч при температуре воздуха
Состояние покоя
Легкая работа
Работа средняя
Работа физическая тяжелая

 

Поступление влаги от одного человека определяется по формуле:

G_в.чел = n(5t_в – 65), г/час = ……. кг/ч

n – количество работающих людей (3 человека)

t_в – температура воздуха в кабине, ⁰С

рассчитать по формуле величину поступление влаги от одного человека и сравнить ее с табличной, в дальнейший расчет взять большую величину.

G_в.инф – поступление влаги с инфильтрационным воздухом, г/час, определяется по формуле:

, г/час,

L_инф – количество инфильтрационного воздуха, кг/ч, см. п.2.4

L_инф = 0,02 кг/с = …….. кг/ч

 

d_нар, d_в – влагосодержания наружного и внутреннего воздуха г/кг с.в. определяются по I-d диаграмме.

Для этого на I-d диаграмме строиться точка состояния наружного воздуха Н (посторения аналогичны построениям точки состояния внутреннего воздуха В):

для построения точки состояния наружного воздуха Н используем параметры, заданные в исходных данных: температуру t_нар и относительную влажность φ_нар. На I-d диаграмме находим значение температуры воздуха t_нар и далее следуем по линии t_нар = const до точки пересечения с линией φ_нар const. Точка пересечения – точка Н.

Таким образом, на данный момент расчетов на I-d диаграмме должны быть постоены точки В и Н, а также нанесено общее поле комфорта.

С помощью I-d диаграммы необходимо определить значение влагосодержания d_в (г/кг с.в) и энтальпии I_в (кДж/кг) внутреннего воздуха в кабине (точка В).

Также с помощью I-d диаграммы необходимо определить значение влагосодержания d_нар (г/кг с.в) и энтальпии I_нар (кДж/кг) наружного воздуха (точка Н). схема определения данных параметров приведена на рисунке 2.3.

 

r – скрытая теплота парообразования, Дж/кг, определяется по формуле:

r = 2500-2,38t_в

 

 

Предварительный выбор системы кондиционирования

Кондиционер выбирают по основному параметру: по холодопроизводительности, Q_конд, кВт, соблюдая следующее условие:

Q_конд ≥ Q_{поступления}, (11)

т.е. все теплопоступления должны компенсироваться холодом, вырабатываемым кондиционером.

 

Список транспортных кондиционеров, устанавливаемых на кабину локомотива предстален в таблице

 

Таблица 4

Таблица характеристик установок систем кондиционирования воздуха для кабин локомотивов

Марка кон­диционера	производитель	холодопроизводительность, Qконд, кВт	Производительность по воздуху, L м^3/ч	хладагент	Конденсатор	Испаритель
Темпера конденсации ^0С	Коэфф. теплоперед. Вт/м^2К	Темпера кипения ^0С	Коэфф. теплоперед. Вт/м^2К
1.УКВ – 4,5	Россия	4,5		R134a
2. ACR DA8	ФРГ	7,0		R134a
3. HKL 307	ФРГ	4,8		R134a
4. HKL 306	ФРГ	4,5		R134a
5. HKL 302	ФРГ	3,5		R134a
6. SR 152	Австрия	6,5		R134a
7. КАТ 2000	Австрия	5,0		R134a
8. EMG 312	Австрия	3,6		R134a
9. КЖ-0,5	Россия	3,0		R22
10. КТГ-Э1-У1	Украина	2,44		R22			-1,5
11. КТА2-0,5Э	Украина	2,32		R22
12. КТА-08Г	Украина	3,72		R22			-1
13. RVE-VKE	ФРГ	4,65		R22
14. CHKL-1(5)	ФРГ	5,82		R22
15. HVAC-221	США	8,7		R22
16 ККМЭ-3,8	Россия	3,8		R22

Выбрав в соответствии с соотношением (11) кондиционер, необходимо выписать все его данные из таблицы, так как они будут использованы в дальнейших расчетах.

I-d диаграмме

Рисунок 4.2

Отношение будет равно

(18)

Из этого соотношения следует, что точка 3, характеризующая состояние смеси, делит отрезок 1-2 в отношении, обратно пропорциональным величинам массовых долей g_{1 и} g₂ смешиваемых потоков.

Особый случай представляет смешивание двух потоков воздуха с высокой влажностью. В этом случае состояние смеси, соответствующее точке С^/ может оказаться под кривой φ=100%. В этом случае реальное состояние воздуха будет соответствовать точке С на кривой φ=100%. Рис.4.3

Если смешивание потоков происходит с подводом или отводом теплоты, то состояние смеси будет лежать соответственно выше или ниже от указанной точки 3 на прямой 1-2 на линии d=const на расстоянии от точки 3 равном: ∆i =

В этом случае Q – подводимая в процессе смешивания теплота.

Н

С

В

С^/

Рисунок 4.3

4.3 Определение энтальпии точки притока i_{притока}

Определяем параметры точки притока из следующих условий:

1) Для кондиционирования кабины локомотива (небольшое помещение) согласно санитарно-гигиеническим требованиям температура воздуха на притоке должна быть не более, чем на 6⁰С ниже температуры воздуха в кабине:

t_в – 6 = t_{притока}

(19)

2) Ассимилирующая способность приточного воздуха по теплу определяется из уравнения:

Δi_{притока} = i_в – i_{притока} =

Где i_в – энтальпия внутреннего воздуха в кабине, кДж/кг

Q_{поступления} – теплопоступления в кабину, кВт

L_общ – общий расход воздуха через кондиционер, кг/с

Отсюда находим i_{притока}, кДж/кг

 

По известным параметрам t_{притока} и i_{притока} строим точку притока П на I-d диаграмме (рис.4.4)

 

 

На I-d диаграмме

 

Рисунок 4.4

 

Достраиваем весь процесс обработки воздуха в системе кондиционирования (рисунок 4.5) при этом определяем:

1) Параметры точки смеси,

2) Параметры точки притока

3) Окончательно рассчитываем требуемую холодопроизводительность по формуле (12) и сравниваем Q_конд и Q_треб, кВт

если Q_конд ≥ Q_треб, то оставляем выбранный кондиционер, т.к. его холодопроизводительности достатчно и даже больше, чем требуется;

если Q_конд < Q_треб, тоиспользуя таблицу 4, выбираем новый кондиционер, таким образом, чтобы выполнялось условие: Q_конд ≥ Q_треб.

 

Н

С

В

П

 

Рисунок 4.5

5. Принцип работы кондиционера

Самостоятельно подготовить раздел: Описание основных элементов и общего принципа работы кондиционера.

В состав кондиционера входят следующие основные элементы:

Компрессор, конденсатор, испаритель, дроссель.

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

Инженерно-технический расчет теплообменных аппаратов в системе кондиционирования воздуха

 

В систему кондиционирования любого помещения входят такие теплообменные аппараты как: испаритель и конденсатор. При проектировании данных теплообменников инженер должен учитывать не только конкретные входные и выходные данные, например по значениям температур, но и уметь определять величину этих значений входных-выходных данных в соответствии с общей нагрузкой на систему кондиционирования помещения, а также определять режим работы теплообменников.

Инженерно-технический расчет теплообменных аппаратов предлагается провести на примере рассмотрения системы кондиционирования воздуха, которая устанавливается на кабину машиниста с целью обеспечения в ней комфортного температурного режима для летнего периода эксплуатации подвижного состава.

 

Содержание

1. Введение

1.1 метеорологические основы проектирования

1.2 теплофизиологические основы проектирования

1.3 гигиенические основы проектирования

 

2. Тепловлажностная нагрузка на кабину локомотива в летний период (тепловлажностный баланс)

3. Выбор системы кондиционирования

 

4. Расчет требуемой холодопроизводительности системы кондиционирования

 

5. Принцип работы кондиционера

 

6. Расчет теплообменных аппаратов, входящих в систему кондиционирования кабины локомотива

6.1 Конструкторский расчет испарителя

6.2 Конструкторский расчет конденсатора

6.3 Поверочный расчет испарителя

6.4 Поверочный расчет конденсатора

 

Введение

Системы кондиционирования воздуха применяют для создания и поддержания нормируемого микроклимата, т.е. главным образом температуры, влажности, подвижности воздуха на рабочих местах машиниста и помощника.

Рабочее место локомотивной бригады изолировано от внешней среды ограждающими конструкциями (стенами), что позволяет создать в ней определенный микроклимат. Ограждения защищают помещения от непосредственных атмосферных осадкой, а климатические установки поддерживают состояние внутренней среды на определенном уровне. Совокупность всех инженерных средств и устройств, обеспечивающие заданные условия микроклимата в помещении будем называть системой обеспечения микроклимата.

Профессия машиниста локомотива относится к группе профессий операторского типа. Данный вид деятельности с физиологической точки зрения характеризуется выраженным нервно-эмоциональным напряжением и в тоже время малоподвижностью что требует высокого уровня комфортности.