Определение производительности СКВ

Расход воздуха определяют, исходя из тепловлажностной нагрузки помещения. При этом используют уравнения теплового и влажностного баланса для кондиционируемого помещения:

по явной тепловой нагрузке:

Q_явн = G·с_в (t_в − t_п ) = L·ρ·с_в (t_в − t_п ); (45)

по влажностной нагрузке:

W = G (d_в – d_п)·10^–3 = L·ρ (d_в – d_п) ·10^–3; (46)

по полной тепловой нагрузке:

Q_п = G (I_в − I_п ) = L·ρ (I_в − I_п ), (47)

где Q_явн, Q_п − тепловой поток в помещении соответственно явный и полный, кВт; G − массовый расход воздуха, кг/с; с_в − теплоемкость воздуха, кДж/(кг·К); t_в, t_п − температура воздуха соответственно в помещении и приточного, °С; L − объемный расход воздуха, м³/с; ρ − плотность воздуха кг/м³; °С; W − избыток влаги в помещении, кг/с; d_в, d_п − влагосодержание воздуха соответственно в помещении и приточного, г/кг; I_в, I_п − энтальпия воздуха соответственно в помещении и приточного, кДж/кг.

Разность температур Δt_р = t_в − t_п называется рабочей разностью температур и выбирается в зависимости от назначения помещения, способа подачи и распределения воздуха. Температура приточного воздуха может быть определена по формуле:

t_п = t_в − Δt_р, (48)

Если в помещение подается воздух с температурой ниже температуры воздуха в помещении, то при большой разности температур Δt_р ощущается холодное дутье из приточных отверстий. Поэтому практикой кондиционирования воздуха ограничивается разность температур Δt_р. Если воздух подается:

непосредственно в рабочую зону Δt_р = 2°С;

на высоту 3 м и выше Δt_р = 4…6°С;

на высоту более 4 м от пола Δt_р = 6…8°С;

воздухораспределителями (плафонами) Δt_р = 8…15°С.

Температуру воздуха, удаляемого СКВ, можно определить по формуле:

t_у = t_в + grad t (H – h), (49)

где grad t − градиент температуры по высоте помещения выше рабочей зоны, град/м; H, h − соответственно высота помещения и рабочей зоны, м.

Градиент температуры определяется в зависимости от избытков явного тепла в помещении по табл. 2;

Таблица 2

Градиента температуры по высоте помещения выше рабочей зоны

в зависимости от избытков явного тепла в помещении

Учитывая уравнения (45) − (47) объемный расход воздуха (м³/с), подаваемого в кондиционируемое помещение, определяется по формулам:

1. по условию удаления полной теплоты:

; (50)

2. по условию удаления явной теплоты:

; (51)

3. по условию удаления избыточной влаги:

; (52)

4. по массе выделяющихся вредных или взрывоопасных веществ:

; (53)

5. по нормируемому удельному расходу приточного воздуха:

L_н = n_л·L₁. (54)

В формулах (50) − (54): I_у, t_у, d_у − энтальпия (кДж/кг), температура (°С), влагосодержание (кг/кг) воздуха, удаляемого из помещения соответственно; G_вр − расход каждого из вредных веществ, поступающих в помещение, мг/с; С_у, С_п − концентрация вредного вещества соответственно в воздухе, удаляемом из рабочей зоны помещения и в приточном воздухе (С_у = ПДК), мг/м³; n_л − число людей в помещении; L₁ − требуемый объем воздуха на одного человека, м³/с.

При одновременном выделении в помещение нескольких вредных веществ, обладающих эффектом суммарного действия, воздухообмен следует определять по формуле (53), суммируя расходы воздуха, рассчитанные по каждому из этих веществ. Расход воздуха следует определять отдельно для теплого и холодного периодов года и переходных условий, принимая большую из величин, полученных по формулам (50) − (54). Данные формулы справедливы для случаев, когда воздух из помещения не удаляется местными отсосами и не забирается на технологические нужды.

Практически во всех случаях в помещении выделяется углекислый газ. Для восполнения в газовом составе воздуха уменьшающегося содержание кислорода необходима подача в помещение наружного воздуха. В производственных помещениях по требованиям санитарных норм рекомендуется подавать на одного работающего не менее 30 м³/ч наружного воздуха [8].

При одновременном выделении в помещениях тепла и влаги определение воздухообмена, необходимого для их поглощения, производится, как правило, графоаналитическим путем с помощью I-d диаграммы. Направление процесса ассимиляции тепла и влаги в помещении характеризуется тепловлажностным отношением.

Чем ближе друг к другу собой параметры приточного воздуха и воздуха в помещении, тем меньше ассимилирующая способность подаваемого воздуха и поэтому необходимо увеличивать производительность СКВ. Учитывая, что такое решение экономически неоправданно, стараются выбрать большее значение рабочей разности температур. Рабочая разность температур будет наибольшей, когда параметры приточного воздуха будут находиться на пересечении обращенного луча с линией φ =100 % (точка П_min на рис. 9). Однако надо учитывать, что после тепловлажностной обработки воздух достигает относительной влажности φ = 90…95% (точка П₁) и, кроме того, происходит нагрев приточного воздуха в вентиляторе и воздуховодах (на 2…3 ºС). С учетом этого наименьшие технические возможные параметры приточного воздуха оказываются в точке П. Выбор наибольшего перепада температур Δt_р обеспечивает минимальную производительность СКВ.

В некоторых случаях технологический процесс требует поддержания высокой относительной влажности воздуха. В таких помещениях большие избыточные тепловыделения и малые влаговыделения, так что луч процесса ε₂ → ∞. В этих условиях рабочая разность температур Δt_р оказывается малой (3…4 ºС), следовательно, производительность СКВ будет большой. Применяется прием, называемый доувлажнением воздуха, увеличивающий Δt_р. В воздух помещения добавляют влагу из расчета Δd_увл = 2…3 г/кг. Специальные форсунки подают влагу, распыляемую в виде очень мелких капель и поэтому очень быстро испаряющуюся. В этом случае направление процесса меняется (результирующий процесс по направлению луча ε′₂ на рис. 9). Он состоит из двух процессов: первый − процесс ассимиляции теплоизбытков помещения (процесс П′₂-А); второй − процесс адиабатного увлажнения воздуха распыляемой водой. Из построений в I-d диаграмме видно, что при доувлажнении увеличивается рабочая разность температур Δt_р, а значит, сокращается производительность системы кондиционирования. Практически достигается снижение производительности в среднем в 1,5…2 раза.

5. СХЕМЫ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА В СИСТЕМАХ
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ

При разработке систем кондиционирования в зависимости от назначения системы могут предусматриваться схемы обработки: только наружного воздуха, смеси наружного воздуха с внутренним или только внутреннего воздуха.

При разработке СКВ для помещений, в которых по санитарно-гигиеническим условиям не допускается повторное использование внутреннего воздуха, предусматривают прямоточные СКВ, которые обрабатывают только наружный воздух.

С экономической точки зрения выгоднее применять рециркуляцию. Системы кондиционирования с первой рециркуляцией подмешивают рециркуляционный воздух к наружному перед теплообменником первого подогрева, что значительно снижает потребление тепла на первый подогрев.

Вторая рециркуляция представляет собой подмешивание рециркуляционного воздуха к наружному воздуху, прошедшему обработку в воздухоохладителе или камере орошения. При этом отпадает необходимость включения в работу теплообменника второго подогрева в летний период.

Обработка только внутреннего воздуха используется редко, чаще всего в малых автономных кондиционерах.

Современные центральные кондиционеры выпускаются в секционном исполнении и состоят из унифицированных типовых секций, предназначенных для очистки, регулирования, смешения, нагревания, охлаждения, осушки, увлажнения и перемещения воздуха. Центральные кондиционеры, работающие с рециркуляцией, комплектуются смесительной камерой, позволяющей подавать переменные объемы наружного и рециркуляционного воздуха.

Выбор той или иной компоновки зависит от многих факторов, в первую очередь, от назначения и режима использования помещений, конструктивных особенностей здания, а также от санитарно-гигиенических, эксплуатационных и экономических требований. Кроме стандартных типовых компоновок существует возможность создания собственной уникальной компоновки кондиционера. Примеры технологической компоновки центральных кондиционеров представлены на рис. 10 [4].

Исходными данными для построения процессов являются: расчетные параметры наружного t_н, I_н и внутреннего t_в, φ_в воздуха; результаты расчета тепловых балансов ΣQ и балансов по влаге ΣW; величина тепловлажностного отношения (луча процесса) ε = ΣQ/ΣW; температура удаляемого воздуха; расходы наружного воздуха, установленные расчетом для теплого периода года.

При построении процессов обработки воздуха приняты следующие допущения:

− параметры удаляемого воздуха соответствуют состоянию воздуха рабочей зоны, т.е. точки У и В совпадают;

− не учитывается, что по пути от кондиционера к обслуживаемому помещению обрабатываемый воздух нагревается в воздуховоде вентилятора (температуру приточного воздуха обычно принимают ниже на 1…1,5 ºС).