Расчет процессов кондиционирования воздуха

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5

При расчете процессов кондиционирования воздуха изменение его состояния изображается в h-d диаграмме рис (9.30

Рис. 9.3 Процессы изменения состояния воздуха при обработке его в системах кондиционирования

При контакте воздуха с водой изменение его параметров происходит в результате сложных процессов тепломассообмена Это чрезвычайно сложные процессы и учет их в полной мере при решении инженерных задач неоправдан. Наиболее простыми для расчета являются процессы смешения и нагрева воздуха. Нагрев воздуха осуществляется без изменения влагосодержания, т.е. по линии d = const(процесс 1-2)

Практически наибольшее применение получили два основных метода увлажнения воздуха: изотермическое и адиабатическое

Изотермическое увлажнение происходит при постоянной температуре (T = 0), (процесс 5-6) В воздух непосредственно поступает насыщенный пар. Фазовый переход воды из жидкого в парообразное состояние осуществляется за счет внешних источников тепла, например, выделяемого при прохождении электрического тока через воду, содержащую определенное количество растворенных минеральных солей. Энтальпия образуемой при этом водо-воздушной смеси растет путем увеличения скрытой составляющей тепла. Вместе с тем, при увеличении абсолютного влагосодержания, а, соответственно, и относительной влажности воздуха его температура, характеризуемая явной составляющей тепла, остается неизменной.
Адиабатическое увлажнение происходит при постоянной энтальпии (Q = 0) ( процесс 3-4).Фазовый переход из жидкого в парообразное состояние осуществляется путем свободного испарения воды. При этом имеет место внутренний переход части явного тепла в скрытое тепло. При увеличении абсолютного влагосодержания температура воздуха понижается, в результате чего одновременно с увлажнением происходит ассимиляция теплоизбытков без использования искусственного холода.
Изотермическое увлажнение проще реализуется аппаратно, но обладает большим энергопотреблением, что связано с необходимостью компенсации скрытой теплоты испарения воды в ходе парообразования за счет внешних источников энергии. Генерация 10 кг влаги требует 7, 5 кВт•ч потребляемой энергии. Адиабатическое увлажнение является более экономичным, как минимум, на 1–2 порядка, поскольку процесс парообразования в этом случае происходит за счет внутреннего перераспределения энергии, а внешнее энергопотребление связано с реализацией различного рода механизмов значительно менее затратных. В наиболее совершенных системах увлажнения адиабатического типа генерация 10 кг влаги требует всего 0, 04 кВт•ч потребляемой энергии. В связи с этим изотермическое увлажнение чаще используется для создания комфортных условий в быту и на объектах коммунального назначения, где дефицит влаги, как правило, не превышает 100–130 кг/ч. Основные ограничения связаны с потребной величиной установленной мощности, которая в указанных целях практически не может превышать 75–100 кВт. В силу указанных обстоятельств на крупных промышленных объектах, где дефицит влаги может достигать 1000 кг/ч и более, используются исключительно адиабатические способы увлажнения.

При смешении воздуха с параметрами 7и 8 точка смеси (См) находится на линии, соединяющей точки 7и 8и делит отрезок 7-8в соотношении обратно пропорциональном массам смешиваемых объемов воздуха. Например, в приводимом на рис. 9.3 варианте воздух с параметрами 7в смеси составляет три массовые части, а воздух с параметрами 8- одну массовую часть.

9.3.1 Классификация и краткая характеристика адиабатических
увлажнителей воздуха
Учитывая актуальные запросы отечественной промышленности, остановимся более подробно на вопросах сравнительного анализа адиабатических способов увлажнения воздуха, среди которых наиболее употребительными являются следующие:
испарительного типа;
распылительного типа (воздушно-водяной);
распылительного типа (водяной).
В увлажнителях испарительного типа воздух прокачивается через панели, заполненные смачиваемой водой насадкой, в результате чего за счет пленочного испарения происходит насыщение воздуха парами воды.
Известны два варианта конструктивного исполнения увлажнителей данного типа:
- с рециркуляцией воды, что характеризуется опасностью размножения бактерий и последующего распространения инфекционных заболеваний различного типа;
- без рециркуляции, что характеризуется большим расходом воды, которая только в количестве 15–30% используется по прямому назначению, т.е. испаряется и увлажняет обрабатываемый воздух.
Недостатком увлажнителей испарительного типа является также отсутствие возможности регулирования количества испаряемой влаги с приемлемой точностью.
Увлажнители распылительного типа (воздушно-водяные) осуществляют распыление воды через форсунки, к которым подводятся по отдельным трубопроводам вода и сжатый воздух. Характерным представителем увлажнителей данного типа является атомайзер серии MC производства фирмы CAREL. Благодаря специальной конструкции форсунок вода распыляется в виде мельчайших капель (аэрозоля) диаметром 6–8 микрон, легко абсорбируемых воздухом.

Исследования показывают, что параметры воздуха после орошения форсунками в серийных оросительных камерах находятся на линии φ =90-98%.

Всякое изменение параметров воздуха можно характеризовать соотношением ε = ∆ h/∆ d, называемым угловым коэффициентом изменения состояния или тепловлажностным отношением. Величина этого коэффициента для рассматриваемых процессов определяется на диаграмме с помощью транспортира (рис.9.3).

Изменяется температура воздуха и при прохождении его через вентилятор. Аэродинамические потери давления в проточных частях вентилятора трансформируются в тепловую энергию, расходуемую в том числе и на нагрев воздуха. Степень подогрева воздуха в вентиляторе определяется развиваемым давлением и к.п.д. вентилятора. Оценить степень нагрева воздуха можно по приближенной зависимости

∆ t = 0, 001 Р, ( 9.1)

где Р - развиваемое вентилятором давление, Па.

Таким образом, температура воздуха при прохождении через вентилятор кондиционера повышается. В соответствии с параметрами применяемых вентиляторов и развиваемого ими давления нагрев воздуха в вентиляторе составляет 1-1, 5 градуса.

Исходные данные на проектирование систем кондиционирования воздуха

К исходным данным на проектирование систем кондиционирования воздуха мотносятся:

- избыточные количества полной или явной теплоты Qи влаги Wдля теплого и холодного периодов года соответственно

- диапазон оптимальных и допустимых значений параметров воздуха в рабочей или обслуживаемой СКВ зоне помещения (t_вн^н…t_вн^в, φ _вн^н…φ _вн^в); выбирается по таблицам 1.4, 1.5.

- сведения, позволяющие найти возможный и допустимый уровень рециркуляции (n) внутреннего воздуха;

- рабочая разность температур системы воздухораспределения (∆ t₀ = t_в – t_n), т.е. разность между температурой внутреннего воздуха t_в и температурой воздуха на выходе из воздухораспределителя (воздухораспределителей), называемой приточной температурой t_n;

- градиент температуры по высоте помещения (grad t), для которого проектируется СКВ и высота расположения приемника уходящего воздуха (Н).

Последние данные позволяют определить температуру уходящего воздуха

t_у =t_в+ grad t(H-2) ( 9.2)

9.5 Построение на I-d диаграмме основных процессов обработки воздуха в теплый и холодный периоды года

Решение конкретной задачи кондиционирования воздуха заключается в построении на h-dдиаграмме процессов, протекающих в кондиционируемом помещении и в кондиционере. На этом основании полученных данных далее осуществляется компоновка кондиционера и расчет (подбор) его основного оборудования.

На рисунках 9.4, 9.6 9.8 представлены схемы возможной комплектации кондиционера, в частном случае некоторые элементы этой схемы могут отсутствовать. Предусматривается установка теплообменников I-ой и II-ой ступени, оросительной камеры, возможны варианты рециркуляции воздуха Устройства для очистки воздуха от механических примесей и шумоглушители условно не показаны. Теплообменники условно могут выполнять функции охлаждения и нагрева воздуха.

Построим несколько вариантов процесса обработки воздуха в кондиционере для летнего периода времени.

Зону оптимальных параметров внутреннего воздуха. Как правило выбирают по верхнему пределу.

Как указано выше, наиболее частым процессом обработка воздуха в производственных помещениях является процесс адиабатного испарения для снижения температуры приточного воздуха.

Физическая сущность указанного способа заключается в следующем. Наружный воздух, обрабатываемый в камере орошения кондиционера, вступает в контакт с капельками разбрызгиваемой воды, которая имеет температуру мокрого термометра (t_воды = t_M). В результате воздух принимает состояние, близкое к состоянию насыщения (практически φ = 90-95%), за счет происходящего в этом случае испарения влаги. Источником теплоты в процессе испарения для системы «вода — воздух» является воздух, а потенциалом переноса теплоты — разность температур между воздухом и водой, которая при t_воды ⁼ t_м равна психрометрической разности температур (t_c-t_M).

Приточный воздух, отдавая явную теплоту в процессе теплообмена, снижает свою температуру. Теоретически при достижении полного насыщения конечная температура воздуха должна быть равна температуре мокрого термометра. Практически достичь такого состояния воздуха в камере орошения не удается.

При адиабатном способе обработки приточного воздуха из всех основных элементов кондиционера функционирует только оросительная камера.

Вода в камере орошения принимает температуру мокрого термометра. Для поддержания этой температуры не требуется специальных охлаждающих устройств. Расход воды на испарение составляет 3-5%. Остальная вода выпадает в поддон, откуда насосом подается к форсункам. Подпитка камеры орошения водой осуществляется автоматически.

Изменение температуры разбрызгиваемой воды за счет добавляемой воды практически не наблюдается за счет незначительного количества подпитки. Для расчетов с достаточной степенью точности можно принимать температуру разбрызгиваемой воды равной температуре мокрого термометра, а конечное состояние обрабатываемого воздуха определять точкой пересечения линии h=const, проведенной через точку заданного состояния наружного воздуха, с кривой j =90%.

Рассмотрим основные схемы обработки воздуха и построение процессов на h -d-диаграмме для летнего периода.

Исходными данными для построения процессов являются расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха, а также количество теплоты и влаги, выделяющееся в обслуживаемых помещениях.

На рис. 9.4 показана принципиальная прямоточная схема обработки при использовании адиабатного (изоэнтальпийного) процесса. Ее связывают с построением процесса на h -d-диаграмме (рис. 9. 5), на которой этими же буквами обозначено состояние воздуха в соответствующих отдельных участках схемы.

При обработке воздуха по принятой схеме нельзя обеспечить строго заданного значения относительной влажности воздуха в обслуживаемом помещении, поэтому значение j задается в определенных допустимых пределах (например, от а до b).

Принимаем следующие обозначения:

параметры наружного воздуха — t_H и h_H,

расчетные параметры внутреннего воздуха — t_B.

На рис. 9.4 представлена принципиальная схема кондиционирования воздуха в летнее время при использовании адиабатного процесса для снижения температуры воздуха:

Рис. 9.4 Принципиальная схема кондиционирования воздуха в летнее время при использовании адиабатного процесса для снижения температуры воздуха: 1 - кондиционер; 2 - кондиционируемое помещение; 3 - вытяжная система; 4 - вентилятор; 5 - калорифер второго

подогрева; 6 - оросительная камера; 7 - калорифер первого подогрева.

Построение процесса на h -d-диаграмме выполняется в следующей последовательности. Наносится точка Н, характеризующая состояние наружного воздуха (рис. 9.5 ). Наружный воздух с состоянием, соответствующим точке Н, поступает в оросительную камеру, где вступает в контакт с мелкораспыленной водой, имеющей температуру мокрого термометра. Процесс изменения состояния протекает адиабатически (изоэнтальпийно) по лучу НО ( e = 0) и завершается в точке пересечения луча с кривой j =90% (точка О). Изотерма точки О соответствует минимальной температуре (t₀), которой можно достичь при использовании адиабатного процесса. В результате такой обработки температура воздуха снижается на величину ∆ t=t_H-t₀. Энтальпия воздуха при этом сохраняется примерно постоянной.

Использование адиабатного процесса для снижения температуры приточного воздуха целесообразно только при сравнительно низких значениях относительной влажности воздуха.

После камеры орошения воздух, имеющий параметры точки О, забирается вентилятором и по воздуховодам направляется в обслуживаемое помещение. По пути до приточного отверстия температура воздуха повышается в результате подогрева его в вентиляторе (вследствие трения), а также в воздуховодах (в результате теплопоступлений через стенки). Повышение температуры на указанном участке обычно принимают t равным 1-1, 5 °С.

В результате этого повышения температуры воздух принимает состояние, характеризуемое точкой П. Точка П соответствует параметрам воздуха, с которыми он поступает в обслуживаемое помещение.

Далее по известным количествам тепло- и влаговыделений в помещении определяется величина тепловлажностного (углового) e коэффициента луча процесса в помещении Затем через точку П проводится луч ПВ процесса в помещении до пересечения с изотермой, соответствующей заданному значению внутренней температуры. Полученная в результате построения точка В определит параметры внутреннего воздуха. Построение можно считать законченным, если относительная влажность воздуха в точке В удовлетворяет заданным пределам.

⇐ Предыдущая 1 2 3 45