Проектирование системы кондиционирования воздуха
Камчатский
государственный технический университет
Кафедра
холодильных машин и установок
Специальность
Техника и физика низких температур
Курсовая
работа
тема:
Проектирование системы кондиционирования воздуха
дисциплина:
Вентиляция и кондиционирование воздуха
Петропавловск-Камчатский,
2003
Перечень условных обозначений и символов
ВО - воздухоохладитель
ВиКВ - вентиляция и кондиционирование воздуха
ВП - воздухоподогреватель (калорифер)
И - испаритель
КД - конденсатор
КМ - компрессор
ХМ - холодильная машина
КО - камера орошения
СКВ - система кондиционирования воздуха
ТО - теплообменник
a - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 °C) -
влагосодержание воды в воздухе, кг/кг - энтальпия, кДж/кг - коэффициент
теплопередачи, Вт/(м2 °C)
Р - давление, Па (мм
рт. ст.)
Рбар - барометрическое
давление окружающего воздуха, мм рт. ст.
Рп' - парциальное
давление паров воды окружающего воздуха, Па
Рп" - парциальное
давление паров воды насыщенного воздуха, Па - удельный тепловой поток,
Вт/м2 - абсолютный тепловой поток, Вт - температура, °С - удельный
поток влаги, кг/м2 - абсолютный поток влаги, кг
l - коэффициент теплопроводности, Вт/(м °C)
j - относительная влажность, %
Введение
Из комплекса факторов,
влияющих на состояние человека в данный момент времени, важным является
микроклимат, т.е. совокупность состава, температуры, влажности, давления,
подвижности (скорости) газовой среды (воздуха, газодыхательной смеси), радиации
окружающих поверхностей и тел и др. Человек, потребляя из окружающей среды
кислород и пищу, выделяет в нее, пропорционально физической и умственной
нагрузке, тепловую энергию, воду, углекислый газ и другие продукты
жизнедеятельности, которые загрязняют атмосферу помещения и должны
систематически отводиться из нее, как и тепло-влаговыделения, газообразные
вещества, микроорганизмы, пыль других источников (например, оборудования),
расположенных в помещении. Чтобы человек чувствовал себя нормально в этих
условиях, следует поддерживать состав и параметры окружающей среды в пределах
его адаптационных возможностей. Для обеспечения нормальных условий обитаемости
и работы применяется кондиционирование газовой среды помещения, т.е. такой
комплекс технологических процессов ее обработки, который обеспечивает как
минимум поддержание определенных состава среды, давления p,
температуры t, влажности j, подвижности w среды (с учетом радиационных потоков) в заданном интервале их значений
(кондиций). Комфортное - это такое кондиционирование газовой (газодыхательной)
среды в помещении, при котором изменение по крайней мере основных параметров
микроклимата (состава, p, t , j, w среды) удерживалось бы в благоприятных пределах адаптационных
возможностей живого организма независимо от внешнего (вне помещения) климата и
метеорологических условий окружающей среды. При этом человек не должен ощущать
того, что в помещении микроклимат создается искусственно, т.е. у него должно
быть ощущение естественного комфорта. Система вентиляции и кондиционирования -
это совокупность оборудования, в котором производится механическая, тепловлажностная,
физико-химическая и другая обработка газовой среды, газопроводов и устройств
для приема газа и распределения его в помещениях. Заданный состав газовой среды
в помещениях обеспечивается вентиляцией (для разомкнутых, сообщенных с атмосферой
помещений и систем). На современном этапе в такой отрасли холодильной техники,
как вентиляция и кондиционирование воздуха, наблюдается заметный подъем.
Это связано в основном с
тремя причинами:
. Вместе с экономическим
обновлением страны развивается и обновляется фонд жилых и производственных
помещений, требующий оснащения системами вентиляции и кондиционирования
воздуха. Предприятия и отдельные предприниматели, а также граждане (при
использовании малых домашних кондиционеров) не могут позволить себе использовать
прежние образцы и модели вентиляторно-кондиционерной техники, устаревшие
морально и физически. Поэтому ими покупается или заказывается новое
оборудование, которое в ряде случаев разрабатывается индивидуально. Широк выбор
зарубежных моделей кондиционеров, однако если приобретается импортное
оборудование, то предварительно оно требует проверочных расчетов на
соответствие нашим стандартам и конкретным условиям работы.
. Изменяется средний уровень
достатка и ментальность жителей нашей страны. Если ранее малый домашний или
индивидуальный кондиционер представлялся предметом роскоши, то теперь все
большее количество людей озабочено созданием комфортных условий и поддержанием
чистоты воздуха в домашних помещениях, поскольку это прямо влияет на здоровье человека.
Кроме того, согласно новым санитарным нормам уделяется повышенное внимание
охране здоровья людей на производстве, что требует создания комфортных условий
труда и поддержания в помещении необходимого микроклимата. Это приводит к
развитию малого кондиционирования.
. В последние годы в нашу
страну ввозится большое количество зарубежного автотранспорта, на котором
кондиционер входит в стандартный набор комплектации системы вентиляции и
обогрева салона. При поломке системы кондиционирования или аварии автомобиля,
затронувшей эту систему, необходимо произвести ее ремонт, а поскольку
количество фирменных сервисных центров по обслуживанию импортного
автотранспорта в нашей стране пока еще невелико, ремонт производится силами
отечественных авто- и холодильных мастерских. Данные причины обуславливают
заметное развитие вентиляции и кондиционирования воздуха, причем как
практическо-эксплуатационной, так и теоретической его части, поскольку
расширяющиеся требования к системам ВиКВ требуют в ряде случаев создания новых
(порой - принципиально новых) машин, аппаратов, методик расчета и т.д.
Необходимо отметить, что
заметное развитие кондиционирования воздуха в нашей стране наблюдается только с
середины века. До этого производство оборудования развивалось низкими темпами,
и только начиная с 50-х годов создание моделей малых герметичных компрессоров
позволило наладить широкий выпуск автономных кондиционеров. Целью выполнения
курсовой работы по дисциплине "Вентиляция и кондиционирование
воздуха" является закрепление теоретических знаний, полученных курсантами
при изучении курса, и приобретение практических навыков расчета и
проектирования систем кондиционирования воздуха. Наряду с учебной используется
периодическая литература, нормативно-техническая документация, нормативно-справочные
издания, стандарты и другая специальная литература. Все это позволяет грамотно
освоить методику проектирования систем кондиционирования воздуха и достигнуть
требуемого уровня знаний по дисциплине для последующего получения научной
степени магистра по специальности "Техника и физика низких
температур".
1. Исходные данные
Место строительства
..................………………….....…..город Астрахань
Размеры помещения: a´b ..............………………………….....….24´18м
Высота помещения:h
...................………………………....……...........5м
Доля площади наружных стен,
занятая остеклением .……….……40 %
Доля площади пола занятая
смоченной поверхностью………..…..30%
Мощность оборудования,
установленного в помещении ……...…75кВт
Количество выделяющегося пара
от других источников …………6кг/ч
Тип
помещения...........………..………........значительные теплоизбытки
Количество работающих
................……………………….........… 40 чел.
Характер работы
................………………………………………. средняя
Расчетные параметры наружного
воздуха .......…………………….........А
Тип СКВ
..................………………………..............с 1-ой рециркуляцией
2.
Климатические данные и комфортные условия, описание помещения
Задача расчета: определить климатические данные наружного воздуха в
данном городе и комфортные условия для данного помещения.
Исходные данные и условия расчета: место строительства - город Астрахань;
расчетные параметры наружного воздуха - тип А.
Расчет: по [1, табл.1.1] определяем климатологические данные наружного
воздуха в г. Ялта:
Определяем тип помещения. Пользуясь исходными данными, принимаем, что
данное помещение - цех для производства мясных полуфабрикатов.
Исходя из типа помещения, принимаем комфортные условия (параметры
внутреннего воздуха):
Помещение имеет одну наружную стену и три внутренних, причем наружная
стена сориентирована на северную сторону (см. рис.1). Стены изготовлены из
кирпича и оштукатурены светлой штукатуркой с обеих сторон. Потолок имеет
трехслойную конструкцию, показанную на рисунке 2. Пол имеет четыре слоя
(рис.2).
Помещение сориентировано остекленной стороной на север.
Наружная стена на 40% остеклена, в качестве остекления приняты окна с
рамами из двух стёкл, расстояние, между которыми 20 мм.
Значения коэффициентов теплопроводности и толщина слоев строительных
конструкций приведены в табл. 2.1. [7, табл. 8.8].
-
коэффициент теплоотдачи с наружной стороны ограждения;
aвн = 9 - коэффициент теплоотдачи с внутренней стороны
ограждения при умеренной циркуляции воздуха;
-
коэффициент теплопередачи ограждения
Расчет коэффициента теплопередачи через ограждения по слоям
Таблица 2.1
Наименование ограждения
|
№ слоя
|
Наименование и материал
слоя
|
Толщина di, м
|
Коэффициент
теплопроводности li,
Вт/(м °С)
|
Коэффициент теплопередачи
ограждения k Вт/(м2 °С)
|
Наружная стена
|
1
|
Отделка из светлой
штукатурки
|
0,02
|
0,88
|
1,509
|
|
2
|
Кирпичная стена
|
0,38
|
0,82
|
|
|
3
|
Отделка из светлой
штукатурки
|
0,02
|
0,88
|
|
Внутренние стены
|
1
|
Отделка из светлой
штукатурки
|
0,02
|
0,88
|
1,368
|
|
2
|
Кирпичная стена
|
0,38
|
0,82
|
|
|
3
|
Отделка из светлой
штукатурки
|
0,02
|
0,88
|
|
Кровля
|
1
|
Гидроизол на битумной
мастике -5 слоев
|
0,012
|
0,17
|
2,28
|
|
2
|
Бетонная стяжка на
металлической основе
|
0,1
|
1,2
|
|
|
3
|
Железобетонная плита
|
0,16
|
1,4
|
|
3. Расчет тепло - и влаговыделений в помещении в летний и
зимний периоды
.1 Расчет
теплопритоков
.1.1
Суммарный теплоприток
=Qогр+Qрад+Qоб+Qл+Qосв+Qинф+Qскр (3.1)
где: Qогр - теплопритоки через ограждения, кВт;рад - теплопритоки от
солнечной радиации, кВт;об - теплопритоки от работающего оборудования, кВт;л -
теплопритоки от работающих людей, кВт;осв - теплопритоки от освещения, кВт;инф
- теплопритоки от инфильтрации наружного воздуха, кВт;скр - скрытые
теплопритоки (с поступающим паром от других источников), кВт;
3.1.2
Теплопритоки через ограждения
огр=k·F·Dt;
(3.2)
где: k-коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м2°С);площадь
ограждения, м2;
Dt-расчетная разность температур, °С.
Для
определения величин k и F приняты планировка кондиционируемого помещения, а
также конструкции ограждений, покрытия и пола, как представлено на (рис.1.,
рис.2.). Характеристики ограждений по слоям и расчет коэффициента теплопередачи
приведены в таблице 3.1 для пола и в таблице2.1 для остального ограждения.
Расчет
коэффициента теплопередачи для пола ведется по слоям [6,стр.60].
Коэффициент теплопередачи ограждения k рассчитывается по следующей формуле:
Вт/(м2°С)
(3.3)
где: aн и aв - наружный и внутренний
коэффициенты теплоотдачи,
aн=23,3 Вт/(м2°С), aв=9
Вт/(м2°С),[6,табл.2.10];
d/l- отношение толщины к коэффициенту
теплопроводности одного строительного слоя конструкции.
Для остекленных стен приняты окна с рамами из двух стёкл, расстояние,
между которыми 20 мм.[8,табл.80] k=2,74Вт/(м2°С)
Таблица 3.1
Определение коэффициента теплопередачи для пола по зонам и расчет теплопритока
от пола
Зона
|
k, Вт/(м2°С)
|
Fзоны, м2
|
Tнар.л,°С
|
Tнар.з,°С
|
tп.л,°С
|
tп.з,°С
|
Qл, Вт
|
Qз, Вт
|
1
|
0,47
|
48
|
29,5
|
-8
|
12
|
12
|
394,8
|
451,2
|
2
|
0,23
|
48
|
29,5
|
-8
|
12
|
12
|
193,2
|
220,8
|
3
|
0,12
|
48
|
29,5
|
-8
|
12
|
12
|
100,8
|
115,2
|
tср - средняя температура грунта при наличии обогрева.
Если полы не имеют обогревательных устройств, то
теплопритоки Q1(в Вт) можно определить по формуле
(3.4)
где кусл-условный коэффициент теплопередачи соответствующей зоны пола,
Вт/(м2К); F - площадь соответствующей зоны пола,
м2 tн - расчетная температура наружного
воздуха, ;С: tB - температура воздуха внутри камеры,
°С;
т-коэффициент, учитывающий относительное возрастание
термического сопротивления пола при наличии изоляции.
Для расчета теплопритоков пол камеры разбивают на зоны
шириной 2 м каж- дая, начиная от наружной стены.
Значения условных коэффициентов теплопередачи кусл
Вт/(м2К) принимают:
Площадь пола первой двухметровой зоны, примыкающей к
углу наружных стен, учитывается дважды, т. е. по направлениям обеих наружных
стен, состав- ляющих угол.
Коэффициент m, характеризующий относительное возрастание термического сопротивления
пола при наличии изоляции. Для неизолированных полов, лежащих на грунте, т = 1.
3.1.3
Теплопритоки от солнечной радиации
Для ограждений и покрытия:
,кВт
(3.5)
где k- коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м2·°С); F- площадь
ограждения, м2; Dtс-
избыточная разность температур от солнечной радиации,°С, принята по [6,табл.
7.2]. Dtс=17°С
Для
остекленной части ограждений: Qрад=Qудс*F* ,кВт
(3.6) где: Qудс- удельный теплоприток от солнечной радиации через окна, Вт/м2,
принят по [6,табл. 10.5]
для
лета Qудс=58Вт/м2площадь ограждения, м2;
коэффициент
затенения =0,7 для жалюзей
Результаты
расчета Qогр и Qрад представлены в таблице 3.3 для теплого периода года и таблице
3.4 для холодного периода года.
Таблица 3.3
Теплопритоки для теплого периода года
Ограждение
|
F, м2
|
Температура воздуха, °С
|
Dt, °С
|
К, Вт/(м2°С)
|
Qогр., Вт
|
Qрад., Вт
|
Qобщ., Вт
|
|
|
Наруж.
|
внутр.
|
|
|
|
|
|
Северная Наружная стена
остекление
|
120*0,4
|
29,5
|
12
|
17,5
|
2,74
|
2301,6
|
1948,8
|
4250,4
|
Северная Наружная стена
монолит.
|
120*0,6
|
29,5
|
12
|
17,5
|
1,509
|
1901,34
|
0
|
1901,34
|
Внутр. Западная
|
90
|
12
|
12
|
0
|
1,368
|
0
|
0
|
0
|
Внутр. Восточная
|
90
|
12
|
12
|
0
|
1,368
|
0
|
0
|
0
|
Внутр. Южная
|
120
|
12
|
12
|
0
|
1,368
|
0
|
0
|
0
|
Перекрытие
|
432
|
29,5
|
12
|
17,5
|
2,28
|
17236,8
|
16744,32
|
33981,12
|
Пол
|
432
|
-
|
-
|
-
|
-
|
1041,6
|
-
|
1041,6
|
Сумма
|
|
|
|
|
|
22481,34
|
18693,12
|
41174,46
|
Таблица 3.4
Теплопритоки в холодный период года
Ограждение
|
F, м2
|
Температура воздуха, °С
|
К, Вт/(м2°С)
|
Qогр., Вт
|
|
|
Наруж
|
Внутр.
|
|
|
Северная Наружная стена
остекление
|
120*0,4
|
-8
|
12
|
2,74
|
-2630,43
|
Северная Наружная стена
монолит.
|
120*0,6
|
-8
|
12
|
1,509
|
-2172,963
|
Внутр. Западная
|
90
|
12
|
12
|
1,368
|
0
|
Внутр. Восточная
|
90
|
12
|
12
|
1,368
|
0
|
Внутр. Южная
|
120
|
12
|
12
|
1,368
|
0
|
Перекрытие
|
432
|
-8
|
12
|
2,28
|
-24192
|
Пол
|
432
|
-8
|
12
|
-
|
-1190,43
|
Сумма
|
|
|
|
|
-30185,823
|
Примечание: в холодный период года теплоприток от солнечной радиации не
учитывается.
3.1.4 Теплопритоки от работающего оборудования
об=Nоб *Ки*Ко ,кВт (3.7)
где Nоб- суммарная мощность установленного оборудования, кВт;
Ки- коэффициент использования оборудования; К=0,25
Ко- коэффициент одновременности работы оборудования.К=0,5
Nоб=75
кВт по условию, для данного помещения [6, стр.194-195]. Расчет теплопритока
сведен в таблице 3.5.
3.1.5 Теплопритоки от работающих людей
л=qчел*n ,кВт
(3.8)
где qчел- удельное тепловыделение одного человека, Вт/чел;количество
работающих, чел.
Исходя из характера работы и расчетных температур в помещении по
[6,табл.10.2] теплоприток от людей составляет:
чел=157Вт/чел,
Расчет
теплопритока сведен в таблице 3.5.
3.1.6 Теплопритоки от освещения
осв=qосв*F ,кВт (3.9)
где qосв- удельное освещение, qосв=4,5 Вт/м2 [6, стр. 66];площадь
помещения, F=432 м2.
Расчет
теплопритока сведен в таблице 3.5.
Таблица 3.5
Теплопритоки от оборудования, от людей, от освещения
Вид
|
Nобор, квт
|
Киспол.
|
Коднов.
|
n,
|
qуд, Вт
|
F, м2
|
А, Вт
|
Qэксп., Вт
|
Оборудования
|
75
|
0,25
|
0,5
|
|
|
|
|
9375
|
Люди
|
|
|
|
40
|
157
|
|
|
6280
|
Освещения
|
|
|
|
|
|
432
|
4,5
|
1944
|
Сумма
|
|
|
|
|
|
|
|
17599
|
3.1.7
Теплоприток от инфильтрации
Теплопритоки от инфильтрации наружного воздуха (в том числе от открывания
дверей) не учитываются (Qинф=0), поскольку в кондиционируемом помещении
создается избыточное давление (подпор).
3.2 Расчет
влагопритоков
.2.1.Влагопритоки
от людей
Количество влаги, выделяемой людьми, Wл (в кг/с) подсчитывают по формуле:
л=wчел*n
(3.10)
где wчел-влаговыделение
одного человека, кг/с, число людей в помещении.
Влаговыделения зависят от температуры воздуха в помещении и рода
выполняемой работы [6, табл. 10.2.]
Расчет и его результаты сведены в таблицу 3.6.
Таблица 3.6
Определение влагопритоков от людей
wл*10-6, кг/с
|
Wл, кг/с
|
20,8
|
40
|
0,832*10-3
|
3.2.2 Влагопритоки от испарения воды со смоченной поверхности
пола
смоч=b Fсмоч
(Pп’’-Pп’)101200/Pбар ; (3,11)
где b - коэффициент
влагообмена между воздухом и водой,
b=(0,372+0,316·w)*10-7
кГ/(м2Па·с) [2, стр.185],
где w-скорость
воздуха у поверхности воды, принята w=0,5 м/с, отсюда
b=5,3*10-8 кГ/(м2Па·с);
Рп"- парциальное давление паров воды насыщенного воздуха при
температуре помещения, Рп"=1390 Па,;
Рп'- парциальное давление водяных паров окружающего воздуха, Рп'=973 Па,
;
Рбар- барометрическое давление окружающего воздуха, Рбар= 101000Па.смоч-
площадь смоченной поверхности пола,
Расчет и его результаты сведены в таблицу 3.7.
Таблица 3.7
Расчет влагопритока от пола
Fсмоч, м2
|
b кг/(м2Па·с)
|
Рп", кПа
|
Рп`, кПа
|
Рбар, кПа
|
Wсмоч, кг/с
|
129,6
|
5,3*10-8
|
1,39
|
0,973
|
101
|
0,287*10-5
|
3.2.3 Определение количества выделяемого пара от других
источников
Количество выделяемого пара от других источников задается по условию
др=6 кг/ч =1,67*10-3г/с.
3.2.4
Определение суммарного влагопритока
Суммарный влагоприток определяется путем сложения всех полученных
влагопритоков, по формуле
=Wсмоч+Wл+Wдр, (3.12)
где: Wсмоч-влагопритоки от испарения воды со смоченной поверхности
пола, кг/с;л-влагопритоки от работающих людей, кг/с;др-влагопритоки от других
источников, кг/с;
Расчет сведен в таблицу 3.8.
Таблица 3.8
Расчет суммарного влагопритока
Wсмоч, кг/с
|
Wл, кг/с
|
Wдр, кг/с
|
Wобщ, кг/с
|
0,287*10-5
|
0,832*10-3
|
1,67*10-3
|
0,00254
|
3.3 Расчет
скрытых теплопритоков
3.3.1
Скрытые теплопритоки
Скрытые теплопритоки Qскр,
учитывающие приток тепла с поступающей в помещение влагой (паром),
рассчитываются следующим образом:
Qскр=W·iпом;
(3.13)
где W-суммарные влагопритоки в помещение, кг/с (см.
п.3.2.4);пом-энтальпия водяного пара при tпом, кДж/кг (определяется по
диаграмме влажного воздуха). Расчет сведен в таблицу 3.9
Таблица 3.9
Расчет скрытых теплопритоков
W, кг/с
|
iпом, кДж/кг
|
Qскр, Вт
|
0,00254
|
27,5
|
69,85
|
3.3.2
Определение суммарного теплопритока
Определение суммарного теплопритока производим по формуле (3.1), расчет
сведен в таблицу 3.10
Таблица 3.10
Расчет суммарного теплопритока
Сезон
|
Qогр, Вт
|
Qэксп, Вт
|
Qскр, Вт
|
Q, Вт
|
Лето
|
41174,46
|
17599
|
69,85
|
58843,31
|
Зима
|
-30185,823
|
17599
|
69,85
|
-12516,973
|
3.4 Расчет
тепловлажностного коэффициента e
По величине суммарных тепло- и влаговыделений определяем тепловлажностный
коэффициент e
кДж/кг: e=Q/W (3.14)
Таблица 3.11
Расчет тепловлажностного коэффициента
Сезон
|
Q, Вт
|
W, кг/с
|
e, кДж/кг
|
Лето
|
58843,31
|
0,00254
|
23166,65748
|
Зима
|
-12516,973
|
0,00254
|
4927,942
|
По завершению расчета тепло и влагопритоков составляем сводную таблицу
3.12
Таблица 3.12
Сводная таблица тепло и влагопритоков
Процесс
|
Вид
|
Лето
|
Зима
|
Теплоприток Вт
|
Через ограждение
|
22481,34
|
-30185,823
|
|
От солнечной радиации
|
18693,12
|
-
|
|
От людей
|
6280
|
6280
|
|
От работающего оборудования
|
9375
|
9375
|
|
От освещения
|
1944
|
1944
|
|
От инфильтрации
|
-
|
-
|
|
Скрытые
|
69,85
|
69,85
|
|
Итого
|
58843,31
|
-12516,973
|
Влагоприток кг/с
|
От испарения воды
|
0,287*10-5
|
0,287*10-5
|
|
От людей
|
0,832*10-3
|
0,832*10-3
|
|
От других источников
|
1,67*10-3
|
1,67*10-3
|
|
От инфильтрации
|
-
|
-
|
|
Итого
|
0,00254
|
0,00254
|
4. Построение и расчет основных процессов обработки воздуха
Задача расчета
По заданию на проектирование производится расчет СКВ с одной
рециркуляцией. СКВ с одной рециркуляцией производит забор воздуха из
кондиционируемого помещения, частично удаляется наружу, а большая часть
поступает в камеру смешения кондиционера. Там он смешивается с наружным
воздухом, расход которого ограничивается допустимой нормой, после чего смесь
воздуха очищается в фильтре, охлаждается и осушается в камере орошения.
Преимущество данной схемы заключается в возможности точного регулирования
температуры воздуха в помещение.
Исходные данные и условия расчета
Исходные данные к курсовой работе (стр. 5), климатологические данные и
комфортные условия (п. 2), расчет тепло и влаговыделений в помещении в летний и
зимний периоды (п. 3 ).
Расчет
Строим теоретические процессы изменения состояния воздуха (обработки
воздуха в кондиционере) в I-d диаграмме (см. приложения 1 и 2).
Точка Н - характерезует параметры наружного воздуха
Точка В - характерезует параметры воздуха в помещении
Точка П -характерезует параметры воздуха подающегося в помещение
кондиционером
Точка С - характерезует параметры смеси воздуха Процессы изменения
состояния воздуха Для лета: В-Н - процесс смешения наружного и
внутреннего воздуха С-К - процесс обработки в камере орошения П-В - процесс в
помещении Для зимы: Н-В - процесс смешения наружного и внутреннего
воздуха С-К - процесс обработки в камере орошения М-П - процесс подогрева
воздуха в калорифере 2-го подогрева П-В - процесс в помещении Процессы
обработки воздуха рассчитываются различно для летнего и зимнего режима работы.
4.1 Расчет
процессов обработки воздуха для летнего режима работы
Параметры точек В и Н известны (см. п. 2).
Принимается рабочая разность температур процесса в помещении Dtр = 5°С [7, стр. 181]. Из точки В на
диаграмме, с учетом тепловлажностного коэффициента ε,
строим процесс в
помещении и находим точку П.
Определяется необходимое количество подаваемого (приточного) воздуха.
а) Расчет по разности энтальпий:
Gмас =
ΣQобщ / (iв - iп) = 58843,31/(28000-22000)=9,81
кг/с, (4.1)
где iв, iп - энтальпии воздуха в точках П (приточного) и В
(внутреннего), кДж/кг (см. табл.4.1).
б) Расчет по разности температур:
Gмас =
Qявн / (Св Dtр) = 58773,46/5000=11,8 кг/с, (4.2)
где Св = 1 кДж/(кг °С) - теплоемкость воздуха.
в) Расчет по разности влагосодержания:
Gмас =
ΣWобщ / (dв - dп) = 0,00254/(6,1-5,8)=8,5 кг/с,
(4.3)
где dв, dп - влагосодержание воздуха в точках П и В, г/кг (см. табл.
4.1).
Для дальнейшего расчета принимается максимальный из рассчитанных
расходов:
Gмас =
11,8 кг/с
Объемный расход воздуха:
V = Gмас vп = 11,8*0,86=10,148 м3/с =36532,8 м3/ч, (4.4)
где vп = 0,86 м3/кг - удельный объем подаваемого в помещение воздуха.
В рециркуляционных системах необходима подача свежего (наружного)
воздуха.
Полную подачу свежего наружного воздуха принимаем 20%
Gмас=11,8*0,2=2,36кг\с учитывая санитарные нормы:
Gн = Gн
чел n =30*1,18*40/3600= 0,39 кг/с, Gн чел =Vн
чел* (4.5)
где=1,18кг/м3плотность воздуха, Vн чел = 30м3/с
- требуемый обьёмный расход воздуха в помещении на одного человека по сан.
нормам [11,табл.3]; n = 40 чел. - число людей в помещении.
Строим
точку М - воздух после обработки в камере орошения. Для этого через точку П
проводим прямую до пересечения с линией j = 90 % по d =
const.
Чтобы
найти точку С (воздух после смешения), необходимо знать количество Gр. Для его
нахождения составим уравнение смешения по линии Н-В (итоговая точка С):
Известно, что:Gн = 2,36 кг/с;
Gобщ=(Gpl+Gн)=
11,8 кг/с;
Тогда:
Gp=Gобщ
- Gн; Gp=9,44 кг/с. (4.6) Gp iв+Gн iн=(Gр+Gн)ic; ic=(Gpiв+Gнiн)/(Gр+Gн)=(2,36*60+9,44*28)/(2,36+9,44)=34,4кДж/кг (4.7)
Таблица 4.1
Параметры точек процесса обработки воздуха летом
Параметр
|
Узловые точки изменения
состояния воздуха
|
|
|
П
|
В
|
Н
|
С
|
К
|
t, °С
|
7,2
|
12
|
29,5
|
15,8
|
5
|
j, %
|
90
|
70
|
48
|
67
|
100
|
i, кДж/кг
|
22
|
28
|
61,1
|
34,4
|
18
|
d, г/кг
|
5,8
|
6,1
|
7,8
|
12,2
|
5,7
|
Примечание точка М совпадает с точкой П
Тепловые нагрузки на оборудование:
тепловая нагрузка на камеру орошения:
Qо лет
=1,1 (Gр+ Gн) (iс - iм) =1,1*11,8*(34,4-22)=161кВт. (4.8)
влажностная нагрузка на камеру орошения:
W лет
= (Gр + Gн) (dс - dм) = 11,8*(12,2-6)=73,16кг/с. (4.9)
тепловая нагрузка на калорифер:
Qк лет
=(Gр+ Gн) (iп - iм)=0 кВт. (4.10)
4.2 Расчет
процессов обработки воздуха для зимнего режима работы
Параметры точек В и Н известны (см. п. 2).
Принимается рабочая разность температур процесса в помещении Dtр = 5 °С [7, стр. 181]. Из точки В
на диаграмме с учетом тепловлажностного коэффициента ε, строим процесс в помещении и находим
точку П.
Определяется необходимое количество подаваемого воздуха.
а) Расчет по разности энтальпий:
Gмас = Q / (iв - iп) = -12516,973/(30-28)=6,3 кг/с, (4.11)
где iв, iп - энтальпии воздуха в точках В и П, кДж/кг (см. табл.
4.2).
б) Расчет по разности температур:
Gмас =
Qявн / (Св Dtр) = -12586,8/5000=2,52кг/с, (4.12)
где Св = 1 кДж/(кг °С) - теплоемкость воздуха.
в) Расчет по разности влагосодержания:
Gмас =
W / (dв - dп)
=0,00254/(6,1-5,3)=3,175 кг/с, (4.13)
где dв, dп - влагосодержание воздуха в точках В и П, г/кг (см. табл.
4.2).
Для дальнейшего расчета принимается максимальный расход приточного
воздуха:
Gмас =
6,3 кг/с
Объемный расход воздуха:
V=Gмас*vn = 6,3*0,85 *3600 = 19287м3/ч, (4.14)
где vп = 0,85 м3/кг - удельный объем подаваемого в помещение воздуха.
Полная подача свежего воздуха принимаем Gн=1,77кг/с, что больше
требуемого по сан-нормам: Gн = Gн чел n = 0,39 кг/с, (4.15)
Графически на I-d диаграмме находим точку окончания
обработки воздуха в камере орошения М, она будет лежать на пересечении линии
про ходящей через точку П по d = const и линии относительной влажности j = 90 %. Точку С находим из теплового
баланса (4.7)
ic=(Gpiв+Gнiн)/(Gр+Gн)=(1,77*(-4)+4,53*28)/6,3=19кДж/кг
Таблица 4.2 Параметры точек процесса обработки воздуха зимой
Параметр
|
Узловые точки изменения
состояния воздуха
|
|
В
|
П
|
М
|
Н
|
С
|
К
|
t, °С
|
12
|
17
|
5,7
|
-8
|
7
|
5,4
|
j, %
|
70
|
46
|
90
|
92
|
80
|
100
|
i, кДж/кг
|
28
|
30,1
|
19
|
-4
|
19
|
19
|
d, г/кг
|
6,1
|
5,7
|
5,5
|
1,8
|
5
|
5,8
|
Тепловые нагрузки.
тепловая нагрузка на камеру орошения отсутствует:
Qо зим
= 0 кВт. (4.16)
влажностная нагрузка на камеру орошения:
W зим
= (Gр + Gн) (dм -dс) = 6,3*(5,5-5)=12,6 кг/с. (4.17)
тепловая нагрузка на калорифер второго подогрева:
Qк зим
= 1,1Gобщ (iп - iм)
=1,1*6,3*(30,1-19)=63 кВт. (4.18)
5. Расчет
и подбор оборудования СКВ
Предварительно по необходимому расчетному расходу воздуха принимаем
прототип кондиционера, на основе которого будет производиться расчет:
Для чего определяем объемную подачу воздуха L=G*3600/1.18=36000м3/ч
Подбираем прототип КТ 40
Основные технические данные:
подача воздуха 40 тыс. м3/час;
размеры секции 3145´1739 мм;
площадь фронтальная fф = 5,47 м2.
5.1 Расчет
камеры орошения
кондиционирование
воздух холодильный теплоприток
Задача
расчета.
Рассчитать основные параметры камеры орошения и подобрать подходящую
камеру орошения по каталогам.
Исходные данные и условия расчета.
Параметры точек процесса обработки воздуха, тепловые и влажностные
нагрузки на камеру орошения, а так же расход воздуха (см. п. 4.1).
Расчет.
Летний режим работы.
На I-d диаграмме продолжаем прямую С-М до пересечения с линией j = 100 % (т.К). Определяем
температуру точки К tк= 50C.
Коэффициент эффективности камеры орошения:
Е
= ==0,796 0,8 (5.1)
По рекомендациям [6,стр.229 ] принимаем число рядов форсунок Z = 2, c направлением факелов расположенных
по ходу движения воздуха в камере орошения.
скорость воздуха в камере орошения:
wв = =м/с (5.2)
Теоретический коэффициент орошения:
mт = 2,95()-0,563 (Lg 1/(1-Е))1,17 = 1,545 кг/кг
(5.3)
Коэффициент орошения:
m = mт x y = 1,262 кг/кг (5.4)
где x = 0,86 y = 0,95 - поправочные коэффициенты.
Расход воды в камере орошения:
W = m (Gн + Gр) =
1,262*11,8*3600=53621 кг/ч (5.5)
Температура воды на выходе из камеры орошения:
к=tk-1=5-1=4°С
Подогрев воды в камере орошения:
Dt = Qко лет / (W св) =161*3600/(53621*4,19)=2,6 °С (5.6)
где: св = 4,19 кДж/(кг °С) - теплоемкость воды.
Температура воды на входе в камеру орошения:
twн = twк - Dt = 4-2,6=1,4°С (5.7)
Принимаем плотность размещения форсунок: n' = 18 шт./м2.
Число форсунок:
n = n' F Z =5,47*2*18=196,9198 шт.
(5.8)
Производительность одной форсунки:
q = = 53621/198=270,8 кг/ч. (5.9)
Принимаем тангенциальную форсунку У-1 диаметром d = 4 мм
Из уравнения определяем давление воды в системе:
= кг/см2 (5.10)
Это нормальное рабочее давление для камеры орошения, и условие p≤2 кг/см2 соблюдается, т.е.
параметры для летнего режима работы рассчитаны подходящим образом.
Зимний режим работы (проверочный расчет).
На I-d диаграмме продолжаем прямую С-К до пересечения с линией j = 100 % (т.К'). Определяем
температуру точки К - tк =
5.40C.
Коэффициент эффективности камеры орошения:
Е
= ==0,8
(5.11)
Число рядов форсунок, площадь камеры орошения, плотность размещения
форсунок и общее число форсунок принимаем следующие:= 1; F = 5,47 м2; n' = 18
шт/м2; n = 99 шт.
Массовую скорость воздуха в камере орошения определяем как:
wв = =м/с (5.12)
Теоретический коэффициент орошения:
mт = 2,95()-0,563 (Lg 1/(1-Е))1,17 = 1,545 кг/кг
(5.13)
Коэффициент орошения:
m = mт x y = 1,262 кг/кг (5.14)
где x = 0,86 y = 0,95 - поправочные коэффициенты.
Расход воды в камере орошения:
W = m (Gн + Gр) =
1,262*6,3*3600=28622,16 кг/ч (5.15)
Производительность одной форсунки:
q = = 53621/99=289,1 кг/ч. (5.16)
Принимаем тангенциальную форсунку У-1 диаметром d = 4 мм
Из уравнения определяем давление воды в системе:
= кг/см2 1,24 (5.17)
Это нормальное рабочее давление для камеры орошения, и условие p≤2 кг/см2 соблюдается, т.е.
параметры и для зимнего режима работы рассчитаны подходящим образом; кроме
того, нет необходимости менять диаметр форсунки при смене сезонов.
По каталогам подбираем наиболее близкую из существующих камер орошения:
камера марки 04.0010.0 для кондиционера КТ40. Техническая характеристика табл.
5.1.
Таблица 5.1 Характеристика камеры орошения
Оросительная часть
|
Условные проходы
|
Сопротивление по воздуху,
Па
|
Масса, кг
|
Количество рядов
|
Общее количество стояков
|
Количество форсунок
|
|
|
|
|
|
в стояке
|
всего
|
Dу (1), мм
|
Dу (2), мм
|
|
|
|
В ряду
|
всего
|
|
|
|
|
|
|
2
|
6
|
12
|
12
|
198
|
100
|
125
|
1703
|
Габаритные размеры
|
А
|
А1
|
А2
|
А3
|
А4
|
Н
|
Н1
|
Н2
|
Н3
|
Н4
|
1655
|
1625
|
1703
|
1739
|
1860
|
2503
|
2375
|
2551
|
3145
|
2975
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.2 Расчет
воздухоподогревателя (калорифера)
Задача расчета. Рассчитать основные параметры воздухоподогревателя
(калорифера) и подобрать подходящий по каталогам.
Исходные данные и условия расчета.
Параметры точек процесса обработки воздуха, тепловая нагрузка на
калорифер, Qк зим =66,53 кВт -второго подогрева (см. п. 4.2).
Предварительно по необходимой площади базового кондиционера КТ 40
подбираем калорифер 04.1110.0 однометровый, двухрядный.
Основные технические данные:
суммарная площадь поверхности теплообмена: Fбаз = 55,8 м2;
суммарное живое сечение прохода воздуха: fвозд = 1,44 м2;
- живое сечение прохода воды одного ВП: fвод = 0,00254 м2. - сопротивление
по воздуху 52Па; - габаритные размеры А = 1963 мм, Н = 2040 мм, Н0 = 2000 мм, n = 46 мм; - масса 32 кг.
Принимаем температуру воды на входе в ВП: tw1 =80 °С
Принимаем температуру воды на выходе из ВП: tw2 = 40 °С
Температура воздуха на входе в ВП: tк = 6 °С
Температура воздуха на выходе из ВП: tп = 12 °С
Скорость движения воды:
ww = Qвп / (rв fтр(сw (tw1 - tw2)) = 66530/(958*0,00254*4,19*(80-40))=0,163м/с (5.18)
где сw = 4,19 кДж/(кг °С) - теплоемкость воды. rв = 971,8 кг/м3 - плотность воды;тр -
площадь живого сечения трубок калорифера для прохода воды.
Массовая скорость движения воздуха:
wв = Gв / fвозд = 11,8/1,44=8,194 кг/(м2 с)
(5.19)
Коэффициент теплопередачи ВП по [6, табл. 14.5 стр. 224]:
k = 23,7 Вт/(м2 °С)
Необходимую площадь теплопередающей поверхности ВП:
= м2 (5.20)
Использование площади теплопередающей поверхности:
n = (F / Fбаз )100 % = (55,04/55,8)*100 % =98,6% (5.21)
Запас площади составляет 2 %, т.е. предварительно подобранная секция
калорифера 04.1110.0 для кондиционера КТ 40 может быть принята к использованию.
5.3 Расчет
и подбор фильтра
Задача расчета.
Рассчитать основные параметры процесса фильтрования воздуха и подобрать
подходящий для данной установки фильтр по каталогам.
Исходные данные и условия расчета.
Место строительства, количество подаваемого в помещение воздуха (см. п.
4).
Расчет:
Принимается, что помещение расположено в сильно загрязненном
индустриальном районе промышленного города, отсюда средняя концентрация пыли в
воздухе n1 = 1 г/м3.
Коэффициент эффективности фильтра:
Е = (n1 - n2) / n1
100% = 80 % (5.22)
где n1 = 1 мг/м3 - содержание пыли до очистки; n2 = 0,2 мг/м3 -
содержание пыли после очистки.
Кондиционер КТЦ 40 комплектуется фильтром типа КТ
(масляный самоочищающийся, эффективность Е = 65-90%).
Фильтры масляные самоочищающиеся КТ предназначены для
очистки наружного и рециркуляционного воздуха от средне и мелкозернистой неволокнистой
пыли при концентрации пыли до 10 мг/м3. Эффективность фильтров при
среднедисперсной пыли 90%, при мелкодисперсной 65%. Принципиальная схема
фильтра представлена на рис. 5.1.
Рис. 5.1. Принципиальная схема масляного
самоочищающегося фильтра
Фильтр состоит из следующих основных узлов:
фильтрующих элементов в виде двух бесконечных металлических сеток, натянутых с
помощью натяжного устройства 5 между верхними ведущими и нижними натяжными
валами, бака для масла 8, в нижней части которого расположен шнек 7,
предназначенный для очистки бака от шлама. В торце бака имеется шламовый
колодец. Элеваторное устройство выгребает шлам и через лоток выбрасывает в
бачок-шламосборник. Между сетками в баке установлен промыватель 9, который во
время работы фильтра колебательным движением создает в верхних слоях масла
волну. Масляная волна, направленная перпендикулярно в поверхности сеток,
смывает накопившийся на них слой пыли. Для подогрева масла в зимнее время с
целью поддержания его постоянной вязкости внутри бака установлен змеевик 6. К
змеевику подводится горячая вода или пар. В стойках 3 каркаса фильтра
расположены направляющие фильтрующих сеток. С помощью привода 10 сообщается:
вращательное движение приводным валам, а следовательно, и фильтрующим сеткам.
Первая по ходу воздуха сетка движется со скоростью 16 см/мин, а вторая - со
скоростью 7 см/мин. От привода вращательное движение передается также,
шламоудаляющему устройству. Конструкция рычага привода позволяет менять скорость
движения фильтрующих сеток, для чего в рычаге предусмотрены четыре отверстия,
расположенные на разных расстояниях от центра вращения рычага. Скорость
движения сеток выбирают в зависимости от концентрации пыли воздуха. При
концентрации пыли, близкой к 10 мг/м3, скорость движения сеток должна быть
максимальной. За каждой фильтрующей сеткой по ходу воздуха установлены
ограничители 4. При движении сетки из бака происходит накапливание в ней и на
ведущих валах масла. Для предотвращения выноса воздушным потоком
скапливающегося масла предусмотрены верхние и нижние маслосъемники 2, которые
снимают с сеток и валов излишнее масло и возвращают его в бак. До и после
фильтра предусмотрены специальные штуцера для подсоединения мановакуумметра, с
помощью которого замеряется разность давления воздуха.
Очистка воздуха от пыли осуществляется следующим
образом: частички пыли, проходя вместе с воздухом через движущиеся и смоченные
маслом фильтрующие сетки, прилипают к ним, а затем во время прохождения через
бак смываются и оседают на дне, откуда шламоудаляющим устройством отводятся в
шламосборник. Фильтры различаются только количеством секций и приводов.
Периодичность операций по осмотру и текущему ремонту
самоочищающихся фильтров Кт приведена далее.
Ежедневно осматривают фильтр для выявления технических
повреждении и течи масла.
Ежедневно контролируют сопротивление фильтра по
стационарному микроманометру.
Один раз в неделю проверяют работу приводов: уровень
вибрации,нагрев подшипников, повышенный шум и т. д. Вибрация и повышенный шум
могут быть вызваны выходом из строя подшипников электродвигателей, увеличением
зазора в подшипниках редукторов, нарушением центровки электродвигателей и
редукторов, ослаблением болтовых соединений и др.
Один раз в месяц проверяют натяжения цепи элеваторного
устройства шламового колодца. Натяжение цепи регулируется двумя болтами,
установленными в верхней части шламового колодца.
Ежедневно осматривают фильтрующие сетки с проверкой их
натяжения между приводными и натяжными валами и при необходимости производят их
подтяжку. Подтяжку производят, вращая гаечным ключом S = 14 хвостовики натяжных валов. В процессе работы фильтров
сетки вытягиваются. Максимальное вертикальное перемещение натяжных валов
составляет 120 мм. Исчерпав этот ход, выбрасывают 10-20 звеньев сетки и снова
сшивают ее проволокой диаметром 1,2 мм.
Ежедневно проверяют уровень масла в баке
щупом-масломером.
Один раз в неделю проверяют уровень масла в корпусах
редукторов. Смазывают трущиеся узлы. При концентрации пыли 0,07-0,15 кг на литр
масла сливают масло и промывают бак и сетки. Для слива масла на торец сливной
трубки надевают шланг диаметром 32 мм, предварительно соединив его с пустой
емкостью. Затем отпускают два болта на 1,5-2 оборота и поворачивают сливную
трубу в положение Л3. Перед спуском масла удаляют весь шлам из бака. Бак и
фильтрующие панели промывают 10%-ным водным раствором моющих порошков или паст.
Раствор разогревают до 70-80° С и заливают в бак, после чего фильтр включают на
3 ч, затем раствор сливают, а сетки и бак промывают струей воды. После промывки
бак заполняют маслом.
При повышенном уносе масла очищают лотки верхних
маслосъемников. Снимают крышки в верхней части стенок фильтра и проволокой
диаметром 6 мм прочищают лотки.
Через 2500 ч работы, но не реже одного раза в год,
промывают редукторы керосином и заливают свежее масло до уровня контрольного
отверстия.
Капитальный ремонт самоочищающихся фильтров Кт
включает демонтаж всех элементов с их ревизией и заменой вышедших из строя и
последующая сборка фильтра.
Таблица 5.2 Техническая характеристика фильтра КТ 40
Рабочее сечение, м2
|
номинальная
производительность по воздуху м3/ч
|
Число электродвигателей
|
Сопротивление, Па
|
Количество заливаемого
замасливателя л
|
Е, %
|
Установленная мощность
электродвигателей, кВт
|
6,63
|
|
1
|
100
|
290
|
80
|
1,1
|
Электродвигатель типа АОЛ2-21-4 n=1400 об/мин
5.3 Подбор водяных насосов
Подбор водяного насоса производится по рассчитанному объемному расходу
воды через камеру орошения и через воздухоподогреватели.
Камера орошения - W =
53621 кг/ч=14,895кг/с= 0,015м3/с=53,6 м3/ч
Калорифер первого подогрева - не установлен
Калорифер второго подогрева - W = 1429,2кг/ч=0,397 кг/с= 0,0004 м3/с=1,43
м3/ч Для подачи воды принимаем насосы, основные технические характеристики
которых, приводим в таблице 5.3.
Таблица 5.3 Техническая характеристика насосов
Параметр
|
Камера орошения
|
Калорифер второго подогрева
|
Марка
|
4К-90/20а(4К-18а)
|
1,5К-8/19б(1,5К-6б)
|
Диаметр рабочего колеса
|
136
|
105
|
Производительность
|
65 м3/ч 18л/с
|
9,4м3/ч 2,6 л/с
|
Напор
|
185кПа
|
116 кПа
|
К.п.д.
|
78%
|
49%
|
Мощность на валу насоса
|
4,5кВт
|
0,6 кВт
|
6. Расчет воздуховодов и подбор вентилятора
6.1 Расчет
воздухораспределения в помещении
Задача расчета.
Принять и рассчитать схему воздухораспределения в помещении по допустимой
скорости подаваемого воздуха. Произвести аэродинамический расчет воздуховодов,
подсчитать потери напора на участках воздушной сети.
Исходные данные и условия расчета.
Размеры помещения (см. исходные данные), количество подаваемого воздуха
(см.п.6), допустимая скорость подаваемого воздуха на поверхности объекта
кондиционирования wl =
0,25 м/с (по условиям комфортного кондиционирования).
Объемный расход воздуха: L =
36000 м3/ч=10 м3/с;
Размеры помещения: 18´24´5 м;
Параметры воздуха в помещении: 12 °С;
Рабочая разность температур: Δt = 5°С.
Расчет:
Расчет производится по методике изложенной в [4], [9], [10].
Принимаем распределение воздуха в верхнюю зону через два
воздухораспределителя постоянного статического давления круглого сечения.
Вытяжку проектируем из нижней зоны через пристенные и приколонные тумбочки,
снабженные регулируемыми решетками. На рисунке 6.1 и 6.2 изображена схема
воздухораспределения и схема подачи воздуха в помещение.
Принимаем длину воздухораспределителя L=22м; количество отверстий n=12шт; Расчетные участки разбиваем в
направлении, обратном движению воздуха. Чтобы получить возможно больший угол
истечения струи из отверстий а, необходимо, задаваться относительно небольшими
скоростями в воздуховоде. Примем vK=3
м/сек. Потери давления на местные сопротивления проходу воздуха при делении
потоков ввиду их малой величины не учитываем. Для упрощения расчета будем
считать, что деление потоков происходит в центре отверстий. Линейные удельные
потери давления принимаем не по средней скорости vср, а по скорости в начале каждого участка Vк Так как Vн>Vср ,
то мы компенсируем не учитываемые потери давления при делении потоков.
Расстояние между осями первого и последнего отверстия l=L/n=22/12=1,83м;
Расход воздуха в каждом отверстии: L0=L/(2*12)=10/24=0,416м3/с
где 2- количество воздуховодов, 12- количество отверстий. Сечение 0-0
Динамическое давление в конце воздуховода:
Скорость
воздуха в сечении: (6.3) Число Рейнольдса Re = wв dэ / ν (6.4)
Определяем
величину коэффициента трения на участке по формуле:
l = 0,11(k/dвн+64/Re)0,25 для Re
> 100000 (6.5)
l = 1/(1,82 lg Re-1.64)2 для Re < 100000
Падение давления на участке, вызванное трением:
DРтр = l (L / dэ) (wв2 r / 2), Па (6.6)
где L - длина данного участка воздуховода, м;
r = 1,18 кг/м3 - плотность воздуха.
Углы наклона струй: в первом ответвлении
tg=6/3,8=1,5789 =57 (6.7)
tg=6/3=2 =64 (6.8)
среднее
значение =60
Определяем
коэффициент расхода =0,591 [10] в зависимости от расхода воздуха и угла
ответвления.
Находим
статическое давление
кг/м2 (6.9)
где
принимаем 6м/с статическая скорость.
Находим площади отверстий: (6.10)
Требуемое давление в воздухораспределителе:
H=Hст+Hд=2,49+0,91=3,4кг/м2
с учётогм 25% H=
3.4*0.25+3.4=4.25кг/м2
Результаты расчётов сводим в таблицу 6.1.
Далее проведём расчёт местных потерь по давлению, для чего разбиваем
линию воздуховодов на участки
Падение давления на участке, вызванное местными сопротивлениями:
DРм = x (wв2 r / 2), Па (6.11)
где x - коэффициент
местного сопротивления участка, зависящий от наличия и типа местных
сопротивлений. (таб. 6.2)
Принимаем воздуховод сечением 800*600мм F=0,48м2; dэкв=600мм.
таблица 7.10 [4 стр 181]
Принимаем длину воздуховодов между первым и вторым участком 4,5м и между
участком 2 и кондиционером 6м.
Скорость в воздуховоде после кондиционера:
(6.12)
Местные
потери на участке 2 равны нолю, так как при наличии одинаковых сечений ветвей
это не вызовет невязки в них. Местные
потери на участке 1 и 3 (потери в колене и при внезапном расширении)
=10,415м/с
1,1*10,4152*1,18/2+0,8*10,4152*1,18/2=121Па=12,1кг/м2
т.к.
две линии =2*12,1=24,2кг/м2 (6.13)
Рассчитаем
воздуховод ведущий на рециркуляцию: Принимаем воздуховод сечением 800*600мм F=0,48м2;
dэкв=600мм. таблица 7.10 [4 стр 181] Вход в отверстие с
закруглёнными краями
Расход
воздуха в воздуховоде:
L=G/=9,44/1,18=8м/с (6.14)
Скорость в воздуховоде:
(6.15)
Потеря при входе в отверстие:
=0,12*16,72*1,18/2=19,75Па
(6.16)
Потери через 2 колена:
2*=1,1*16,72*1,18=181Па (6.17)
Рассчитаем
воздуховод наружного воздуха: Принимаем воздуховод сечением 800*600мм F=0,48м2;
dэкв=600мм. таблица 7.10 [4 стр 181] Вход в отверстие с
закруглёнными краями
Расход
воздуха в воздуховоде:
L=G/=2,36/1,18=2м/с (6.18)
Скорость в воздуховоде:
(6.19)
Потеря при входе в отверстие:
=0,12*4,172*1,18/2=1,23Па (6.20)
Потери через 2 колена:
2*=1,1*4,172*1,18=22,6Па (6.21)
Таблица
6.1
№ п/п
|
Hд
|
u, м/с
|
d м
|
Re
|
l
|
DHтр
кг/м2
|
L
|
0-0
|
0,551
|
3
|
0,42
|
8400
|
0,033
|
0.07635
|
0.416
|
1-1
|
0,62735
|
3,2
|
0,5755
|
39288
|
0,022
|
0.0425
|
0.832
|
2-2
|
0,66987
|
3,3
|
0,694
|
50384,4
|
0,021
|
0.03558
|
1.248
|
3-3
|
0,705
|
3,39
|
0,79
|
60525
|
0,02
|
0.0314
|
1.664
|
4-4
|
0,7364
|
3,47
|
0,874
|
70158,3
|
0,0194
|
0.02886
|
2.08
|
5-5
|
0,76526
|
3,53
|
0,9
|
74765,4
|
0,0191
|
0.0286
|
2.496
|
6-6
|
0,7939
|
3,6
|
1,03
|
89029
|
0,0184
|
0.025
|
2.912
|
7-7
|
0,819
|
3,66
|
1,076
|
96091
|
0,018
|
0.02436
|
3.328
|
8-8
|
0,843
|
3,7
|
1,13
|
103131
|
0,017,8
|
0.02335
|
3.744
|
9-9
|
0,8664
|
3,75
|
1,19
|
111562,5
|
0,0174
|
0.02169
|
4.16
|
10-10
|
0,869
|
3,765
|
1,24
|
117182
|
0,0173
|
0.02145
|
4.576
|
11-11
|
0,89
|
3,8
|
1,29
|
124184
|
0,017
|
0.0205
|
4.992
|
Таблица 6.2 Местные сопротивления в воздуховодах
Местное сопротивление
|
x
|
Тройник под углом 900
|
0
|
Прямое колено под углом 900
|
1,1
|
Внезапное расширение
|
0,8
|
Вход в отверстие с
закруглёнными краями
|
0,12
|
Аналогично рассчитываются сопротивления смесительных блоков и камер
обслуживания кондиционера.
·
смесительная
камера: 0,4 Па
·
одна камера
обслуживания: 0,4 Па
6.3 Подбор
вентилятора
Задача расчета.
Рассчитать основные параметры вентилятора и подобрать из существующих по
каталогам.
Исходные данные и условия расчета.
Количество подаваемого воздуха (см. п. 4), потери напора на участках
воздушной сети и кондиционера (см. п. 6.2, табл. 6.1).
Расчет: Суммарные потери напора в элементах кондиционера составят:
SDР = S(DРтр + DРм)
SDР = 748,4 Па
По необходимому напору и производительности подбираем вентиляторный
агрегат для кондиционера КТ40.
Техническая характеристика вентиляторной установки:
· Вентилятор Ц4-70 № 10
· Частота вращения 720 об/мин
· Производительность18000м3/ч
· Напор 785Па
· КПД 75%
7. Расчет
холодильной установки и подбор холодильного оборудования
Задача расчета.
Рассчитать и подобрать холодильную машину для охлаждения воды в камере
орошения в летний период.
Исходные данные и условия расчета.
Расчетная наружная летняя температура: tнл = 29,5°С
Тепловая нагрузка на камеру орошения: Qко = 161 кВт
Расход воды в камере орошения: W = 53621
кг/ч
Температура воды на выходе из камеры орошения: twк = 4 °С
Подогрев воды в камере орошения: Dtw = 2,6 °С
Температура воды на входе в камеру орошения: twн = 1,4°С
7.1 Расчет
цикла холодильной машины
Задаемся холодильным агентом: фреоном - R22, т. к. при возможной утечке в
испарителе аммиачной системы аммиак будет растворяться в воде, идущей в камеру
орошения и попадать в подаваемый в кондиционируемое помещение воздух, что
недопустимо.
Для принятия решения о количестве ступеней сжатия холодильной установки
необходимо рассчитать отношение давлений кипения и конденсации хладагента.
Примем температуру кипения из условия не замерзания воды в трубках испарителя
to = 0 °C.
Для определения температуры конденсации предварительно примем тип
конденсатора. Выбираем конденсатор с воздушным охлаждением как более простой,
легкий, удобный в монтаже, эксплуатации и обслуживании и соответствующий
современным требованиям экологической безопасности. Температура конденсации: tк
= tнл + 10,5 °С = 40 °С.
Температура кипения to = 0 °C
Температура конденсации tк = 40 °C
Давление кипения Po = 0,5 МПа
Давление конденсации Pк = 1,5 МПа
Отношение давлений Pк/Po = 3
Принимается схема холодильной установки с одноступенчатым сжатием (p < 8).
Принципиальная схема холодильной машины и теоретический цикл работы
холодильной машины приводятся на рис. 7.1.
Для постройки теоретического цикла работы холодильной машины в тепловой
диаграмме принимаем температуру перегрева пара на всасывании в компрессор tпер=20°С.
Определим параметры состояния рабочего тела в узловых точках цикла. При
этом точка 4 находится из теплового баланса РТО: I4 = i3 - (i1 - i1'), кДж/кг,
(7.1)
Параметры состояния хладагента в узловых точках цикла приводятся в
таблице 7.1.
Таблица 7.1
Параметр
|
Узловые точки цикла
|
|
1¢
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
P, Мпа
|
0,5
|
0,5
|
1,5
|
1,5
|
1,5
|
0,5
|
0
|
20
|
80
|
40
|
30
|
0
|
i, кДж/кг
|
605
|
620
|
652
|
450
|
438
|
438
|
n, м3/кг
|
0,05
|
0,055
|
0,022
|
|
|
|
Удельная массовую холодопроизводительность
= i1 - i5=620-438=182 ,кДж/кг (7.2)
Удельная объемную холодопроизводительность
qv = qo /n
1=182/0,055=3309 ,кДж/м3 (7.3)
Работа сжатия цикла l = i2 - i1¢ =652-620=32,кДж/кг (7.4) Холодильный коэффициент e = qo / l=182/32=5,7 (7.5)
7.2 Расчет
и подбор оборудования холодильной установки
7.2.1
Расчет и подбор компрессоров
Тепловой расчет компрессора В процессе расчета определяем: G - массовый расход хладагента, кг/с; Vд - действительный объем пара,
всасываемый компрессором, м3/с; l - коэффициент подачи; Vh - объем, описываемый поршнями компрессора м3/с; Nа - адиабатную мощность компрессора,
кВт; hi -
индикаторный к.п.д. компрессора. Массовый расход хладагента
G = Qко / q0=161/182=0,885 ,кг/с (7.6)
где Qко - тепловая нагрузка на камеру
орошения, кВт
Действительный объем пара, всасываемый компрессором
=0,885*0,055=0,049,
м3/ с (7.7) Коэффициент подачи
(7.8)
где lпл = 0,97 - коэффициент, учитывающий неплотности; с = 4 % -
относительная величина мертвого пространства; DPo = 0,005
МПа - депрессия во всасывающих клапанах; DPк = 0,01 МПа -
депрессия в нагнетательных клапанах.
l = 0,77 Объем,
описываемый поршнями компрессора
=0,049/0,77=0,064,
м3/с (7.9)
По
получению значению Vh подбираются серийно выпускаемый поршневой компрессора
марки А110-7-0 с двигателем на 1470 об/мин и Vhк = 0,0836
м3/с.
Разница теоретической и реальной подач:
n = (Vhк - Vh) / Vhк
100 % = 100(0,0836-0,064)/0,0836=23,4% (7.10)
Действительный массовый расход агента
G = Vhк l / v1 =0,0836*0,77/0,55=1,17кг/с (7.11)
Холодопроизводительность компрессора:
Qo = G qo =1,17*182=213 кВт (7.12)
Адиабатная мощность:
Na = G l =1,17*32=37,44 кВт (7.13)
Техническая характеристика компрессора А110-7-0 приводится в таблице 7.2.
Таблица 7.2 Техническая характеристика компрессора А110-7-0
Параметр
|
Размерность
|
Величина
|
Примечание
|
Хладагент
|
|
R22
|
|
Количество цилиндров
|
Шт.
|
4
|
|
Диаметр цилиндра
|
Мм
|
115
|
|
Ход поршня
|
Мм
|
82
|
|
Частота вращения
|
Об/мин
|
1470
|
|
Объем, описанный поршнями
|
м3/ч
|
0,0836
|
|
7.2.2
Определение мощности электродвигателя
Индикаторный к.п.д. компрессора:
(7.14)
hi = 0,88
где b = 0,001 - коэффициент, определяемый типом компрессора; lW = To /Tm - коэффициент подогрева.
Индикаторная мощность компрессора в расчетном режиме
=37,44/0,88=42,55
, кВт (7.15)
Мощность трения:
Nтр = Vh Piтр =0,0836*40=3,344, кВт (7.16)
где: Рiтр = 40 кПа - среднее индикаторное давление трения для R22.
Эффективная мощность в расчетном режиме
=42,55+3,344=45,9,
кВт (7.17)
Механический
КПД компрессора:
=42,55/45,9=0,93
(7.18)
Мощность
электродвигателя:
=45,9 кВт
(7.19)
где hп = 1 - КПД передаточного устройства (для эластичной муфты).
Принимается
трехфазный асинхронный короткозамкнутый двигатель серии АОП2-82-4 (синхронная
частота вращения n = 24,5 об/с, мощность N = 55 кВт).
Техническая характеристика электродвигателя АОП2-82-4приводится в таблице
7.3.
Таблица 7.3
Техническая характеристика электродвигателя АОП2-82-4
Параметр
|
Размерность
|
Величина
|
Примечание
|
Синхронная частота вращения
|
об/мин
|
1470
|
|
Мощность
|
кВт
|
55
|
|
Рабочая частота тока в сети
|
Гц
|
50
|
|
7.2.3
Расчет и подбор конденсатора
Тепловая нагрузка на КД:
Qкд = G q =0,885*(652-450)=178,77кВт (7.20)
где q кДж/кг - удельная тепловая нагрузка
на конденсатор.
Температура воздуха на входе: tв1 = 29,5 °С
Подогрев воздуха (принимается): Dtв = 10 °С
Температура воздуха на выходе:
tв2 = tв1 + Dtв = 39,5 °С (7.21)
Средняя температура воздуха:
tвср =
(tв1 + tв2) / 2= (29,5+39,5)/2=34,5 °С (7.22)
Среднеарифметическая разность температур:
Dtср = tк - tвср = 40-34,5=5,5°С (7.23)
Коэффициент теплопередачи КД:
k = 35
Вт/(м2 °С)
Удельный тепловой поток:
qкд = k Dtср =35*5,5=192,5 Вт/м2 (7.24)
Площадь теплопередающей поверхности:
F = Qкд / qкд =178,77/192,5=928,7 м2 (7.25)
Необходимая подача воздуха:
Vp = Qкд / (rв Di) =178,77/(1,18*(75-61,1))=10,9 м3/с,
(7.26)
где rв = 1,18 кг/м3
- плотность воздуха на выходе из КД;
Di кДж/кг - разность энтальпий входящего и выходящего воздуха (находим по
I-d диаграмме влажного воздуха).
По необходимой площади теплопередающей поверхности подбираем 1 воздушный
конденсатор фирмы «Fincoil» марки 08М
площадью 1130 м2.
Проверяем по подаче воздуха: подача вентиляторов конденсатора 22,6 м3/с. Техническая
характеристика воздушного конденсатора приводится в таблице 7.4.
Таблица 7.4
Техническая характеристика конденсатора 08М
Параметр
|
Усл. обозн.
|
Ед. изм.
|
|
Тип
|
|
|
Воздушного охлаждения
|
Теплопередающая поверхность
|
F
|
м2
|
1130
|
Тип вентилятора
|
|
|
Осевой
|
Количество вентиляторов
|
z
|
шт
|
5
|
Суммарная мощность
двигателей вентиляторов
|
N
|
кВт
|
2,5
|
Частота вращения
вентиляторов
|
n
|
об/с
|
450
|
Расход воздуха
|
G
|
м3 / ч
|
81360
|
7.2.4
Расчет и подбор испарителя
Принимается горизонтальный кожухотрубный испаритель с внутритрубным
кипением хладона типа ИТВР.
Исходные данные.
Расход воды в камере орошения: W = 53621
кг/ч
Температура воды на выходе из камеры орошения: twк = 4 °С
Подогрев воды в камере орошения: Dtw = 2,6 °С
Температура воды на входе в камеру орошения: twн =
1,4°С
Тепловая нагрузка в испарителе: Qи = Qо
=195,39кВт
Начальная температура воды (на входе в испаритель): tw1 = 4 °С
Конечная температура воды (на выходе из испарителя): tw2 = 1,4 °С
Расчет.
Средняя температура воды:
twср =
(tw1 + tw2)/2 =(4+1,4)/2=2,7 °С (7.27)
Среднеарифметическая разность температур в испарителе:
Dtср = twср- t0 = 2,7 °С (7.28)
Принимается коэффициент теплопередачи испарителя: k = 700 Вт/(м2 °С)
Удельный тепловой поток:
и = k Dtср
=700*2,7=1890 Вт/м2 (7.29)
Площадь теплопередающей поверхности:
F = Qи / qи =195,39/1890=103,4 м2 (7.30)
По необходимой площади теплопередающей поверхности подбираем 2 испарителя
марки ИТВР-50,0. Техническая характеристика воздушного конденсатора приводится
в таблице 7.6.
Таблица 7.6
Техническая характеристика испарителя ИТВР-50,0
Параметр
|
Усл. обозн.
|
Ед. изм.
|
|
Тип
|
|
|
Горизонтальный
кожухотрубный
|
Теплопередающая поверхность
|
F
|
м2
|
50
|
Число труб
|
n
|
шт.
|
282
|
Длина труб
|
l
|
мм
|
2000
|
Количество ходов
|
z
|
|
12
|
Емкость по хладагенту
|
V
|
м3
|
|
Диаметр обечайки
|
D
|
мм
|
530
|
Габаритные размеры
|
|
мм
|
2500´530
|
Емкость по хладагенту
|
|
м3
|
0,0412
|
Масса
|
|
кг
|
1800
|
7.2.5 Расчет и подбор регенеративного теплообменника
Тепловой поток в РТО:
рто = G qрто =0,885*(450-438)=10,62 кВт (7.31)
Температура входящего жидкого агента: tаж1 = 40 °С
Температура выходящего жидкого агента: tаж2 = 30 °С
Средняя температура жидкого агента: tаж ср = (tаж1 +
tаж2)/2 = (40+30)/2=35 °С (7.32)
Температура входящего газообразного агента: tаг1 = 0 °С
Температура выходящего газообразного агента: tаг2 = 20 °С
Средняя температура газообразного агента:
tаг ср
= (tаг1 + tаг2)/ 2 =(0+20)/2=10 °С (7.33)
Средняя разность температур в РТО:
Dtср = tаж ср - tаг ср =35-10=25°С (7.34)
Коэффициент теплопередачи РТО: k = 250 Вт/(м2 °С)
Удельный тепловой поток:
qвн = k Dtср =250*25=6250 Вт/м2 (7.35)
Площадь теплопередающей поверхности:
F = Qкд / qвн =10,62/6250=1,699 м2 (7.36)
По необходимой площади теплопередающей поверхности подбираем
регенеративный теплообменник марки МТВФ22-125.
Техническая характеристика регенеративного теплообменника МТВФ22-125
приводится в таблице 7.7.
Таблица 7.7 Техническая характеристика регенеративного теплообменника
МТВФ22-125
ПараметрУсл. обозн.Ед. изм.
|
|
|
|
Тип
|
|
|
Вертикальный
|
Теплопередающая поверхность
|
F
|
м2
|
2
|
Габаритные размеры
|
|
мм
|
280´330´1120
|
Масса
|
|
кг
|
50
|
Заключение
Целью данного курсового проекта была задача - спроектировать систему
кондиционирования воздуха для заданного помещения. Исходя из поставленных
условий было принято кондиционируемое помещение - цех предприятия по выпуску
колбас.
По климатологическим справочникам были взяты параметры наружного воздуха
для города в котором находится предприятие, а из рекомендаций по комфортному
кондиционированию были выбраны параметры внутреннего воздуха, исходя из
санитарных норм. Были произведены расчеты теплопритоков и влагопритоков через
ограждение в помещение. На основе этих расчетов было определено
тепловлажностное отношение для летнего и зимнего периодов времени года. Исходя
из полученных результатов были произведены расчеты процессов обработки воздуха
и подобрано следующее оборудование системы кондиционирования воздуха:
·
калорифер
2-го подогрева
·
камера
орошения
·
фильтр
·
вентиляторная
установка
Далее производился расчет воздухораспределения в помещении и
воздуховодов.
Для охлаждения воды циркулирующей в камере орошения в летний период было
подобрана холодильная установка и расчитаны холодильные машины входящие в нее:
·
поршневой
компрессор
·
воздушный
конденсатор
·
испаритель
·
регенеративный
теплообменник
- водяной насос.
Марки и технические характеристики приведены выше.
В ходе данной работы была спроектирована система кондиционирования
воздуха и приобретены навыки в проектировании СКВ, а также закреплены знания
ранее полученные в ходе изучения дисциплины”Системы вентиляции и
кондиционирования воздуха’’.
Список использованной литературы
1.
Бражников А.М.,
Малова Н.Д. Расчеты систем кондиционирования воздуха на предприятиях мясной и
молочной промышленности. -М.: Агропромиздат, 1985. - 231 с.
2.
Захаров Ю.В.
Судовые установки кондиционирования воздуха и холодильные машины. - Л.:
Судостроение, 1979. - 584 с.
3.
Захаров Ю.В.,
Андреев Л.М. Оборудование судовых систем кондиционирования. -Л.: 1971. -319 с.
4.
Меклер В.Я.,
Овчиников П.А., Агафонов Е.П. Вентиляция и кондиционирование воздуха на
машиностроительных заводах: Справочник -М.: Машиностроение, 1980. - 336 с.
5.
Петров Ю.С.
Вентиляция и кондиционирование воздуха: Учебник. - Л.: Судостроение, 1984. -
160 с.
6.
Свердлов Г.З.,
Явнель Б.К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем
кондиционирования воздуха: Учеб. пособие. - 2-е изд., перераб. -М.: Пищевая
промышленность, 1978. - 264 с.
7.
Явнель Б.К.
Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем
кондиционирования воздуха: Учебное пособие. 3-е изд., перераб. и доп.- М.:
Агропромиздат, 1989. - 223 с.
8.
Свердлов Г.З.,
Явнель Б.К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных уста новок и систем
кондиционирования воздуха.: Учеб.пособие. - М.: Пищевая промышленность, 1972. -
384 с.
9.
Меклер В.Я.,
Овчинников П.Я. Промышленная вентиляция и кондиционирование воздуха.: Учебник.
- М.: Стройиздат, 1978. - 312 с.
10.
Пеклов А.А.,
Степанова Т.А. Кондиционирование воздуха.: Учебное пособие. - К.: Вища школа,
1978. - 328 с.
11.
Тарабарин И.В.
Судовые установки кондиционирования воздуха.: Учебное пособие. - М.: Транспорт,
1964, - 164 с.
12. Балыкова Л. И.,Фирюлин А. М. Вентиляция и
кондиционирование воздуха : Методи ческие указания.-П.К. КГТУ, 1999. - 27с.