пособие по кондиционированию воздуха
advertisement
ПОСОБИЕ ПО КОНДИЦИОНИРОВАНИЮ ВОЗДУХА (к СНиП 2.08.02-89) УТВЕРЖДЕНО приказом Центрального научно-исследовательского и проектноэкспериментального института инженерного оборудования городов, жилых и общественных зданий (ЦНИИЭП инженерного оборудования) Госкомархитектуры от 21 декабря 1988 г. N 74 Рекомендовано к изданию решением секции отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха научно-технического совета ЦНИИЭП инженерного оборудования Госкомархитектуры. Приводятся технологические схемы круглогодичных энергосберегающих систем с управляемыми процессами понижения теплосодержания и адиабатной обработки воздуха, а также схемы их автоматического регулирования, расчетные формулы, номограммы и примеры расчета. Для специалистов, занимающихся проектированием, расчетом и эксплуатацией установок кондиционирования воздуха и вентиляции. ПРЕДИСЛОВИЕ Настоящее Пособие разработано в соответствии с планом важнейших научноисследовательских работ в области строительства. Цель работы - облегчить внедрение в практику проектирования и строительства новых и реконструируемых зданий энергосберегающих круглогодичных систем кондиционирования и вентиляции. Энергосберегающая технология в этих системах основана на осуществлении управляемых процессов тепловлажностной обработки воздуха в контактных аппаратах (управляемых процессов понижения теплосодержания: осушения, сухого охлаждения и увлажнения, а также управляемых адиабатных процессов). Применение новой энергосберегающей технологии позволяет до 50% сокращать расходы теплоты по сравнению с традиционными системами. Приводимые технологические схемы новых систем и функциональные схемы их автоматического регулирования базируются на выпускаемом в настоящее время оборудовании для типовых центральных кондиционеров КТЦ-3 и приборах автоматики. Применение энергосберегающих установок иллюстрируется примерами расчета, для облегчения которых проводятся методики расчета, рекомендации, расчетные формулы и номограммы. Рекомендуется для управляемых процессов обработки воздуха применять также и блоки БТМ-2 кондиционеров КТЦ-3, используемые как единые тепломассообменные аппараты с противоточной схемой движения воды и воздуха. Пособие разработано ЦНИИЭП инженерного оборудования (канд. техн. наук Л.М.Зусмановичем, инженерами 3.П.Добрыниной, М.И.Бруком). 1. УСТАНОВКИ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ С УПРАВЛЯЕМЫМИ ПРОЦЕССАМИ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА Общие положения Энергосберегающая технология в системах вентиляции и кондиционирования, основанная на применении управляемых процессов тепловлажностной обработки воздуха, не требует для своей реализации каких-либо новых теплообменных аппаратов, приборов автоматического регулирования и дополнительных площадей под машинные залы. Для ее осуществления используется серийное тепло- и массообменное оборудование с широкофакельными форсунками, а также новые функциональные схемы автоматического регулирования, собираемые из приборов также серийного изготовления. Управляемые процессы дают возможность получать в большинстве случаев непосредственно после смесительных контактных аппаратов (например, оросительных камер) воздух с параметрами, соответствующими приточному, подаваемому в помещения. При этом отпадает необходимость применять традиционные установки с теплообменниками первого и второго подогрева и оросительными камерами, регулируемыми по "точке росы". Управляемые процессы целесообразно использовать при проектировании или реконструкции установок кондиционирования воздуха в общественных и промышленных зданиях как в прямоточных системах и системах с рециркуляцией, так и в однозональных и многозональных системах. При этом для охлаждения и понижения энтальпии воздуха в теплый период года рекомендуется применять как оросительные камеры типа ОКФ, так и поверхностные воздухоохладители (блоки БТМ-2). Для увлажнения воздуха в холодный и переходный периоды года (а при необходимости и в теплый) рекомендуются те же оросительные камеры типа ОКФ или оросительные системы блоков тепло- и массообмена. В настоящее время Харьковским заводом "Кондиционер" ПО Союзкондиционер в составе типовых центральных кондиционеров КТЦ 2 (а с 1989 года в составе кондиционеров КТЦ 3) серийно выпускается оборудование, оснащенное форсунками ШФ 5/9 (а для КТЦ 3 с форсунками ЭШФ 7/10), которое позволяет осуществлять управляемые процессы тепловлажностной обработки воздуха как в теплый, так и в холодный и переходный периоды года. Данные для расчета указанных процессов на оборудовании с форсунками ШФ 5/9 приведены в [1]. Данные для расчета круглогодичных управляемых процессов на оборудовании, оснащенном эксцентриситетными широкофакельными форсунками ЭШФ, приведены в настоящих материалах. Применение управляемых процессов дает возможность выполнить весьма важное требование п.2.8 СНиП 2.04.05-86 в части обеспечения в обслуживаемых помещениях в холодный и переходный периоды минимальных значений температуры и относительной влажности, а в теплый период их максимальных значений. 2. СУЩНОСТЬ УПРАВЛЯЕМЫХ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА И ИХ ПРЕИМУЩЕСТВА 2.1. Управляемыми процессами тепловлажностной обработки воздуха (УП) названы процессы, осуществляемые при переменной поверхности теплообмена между воздухом и водой. Изменение поверхности теплообмена в смесительных контактных аппаратах (оросительных камерах, градирнях, аппаратах с кипящим слоем и пенных аппаратах) осуществляют при постоянной начальной температуре распыляемой воды tвн). Поверхность теплообмена F изменяют, как правило, переменой давления воды перед форсунками. В смесительных контактных аппаратах величину F можно изменять также, меняя число оборотов насоса периодическим включением форсунок (насоса) или изменением числа работающих стояков, форсунок и т.д. Управляемые процесса с понижением энтальпии воздуха дают возможность получать непосредственно после оросительных камер воздух с переменной температурой по сухому термометру, но при практически постоянном влагосодержании, рис.1 (точки c и d). Этот воздух в качестве приточного подают в обслуживаемые помещения. Средняя, прямолинейная часть кривой, см. рис.1, на которой располагаются конечные параметры воздуха после оросительной камеры, близка к вертикали, см. отрезок c-d. Это дает возможность, изменяя температуру притока, поддерживать в помещении требуемые (заданные) параметры воздушной среды. Управляемые процессы адиабатной обработки воздуха (УПА) также дают возможность получать непосредственно после смесительных аппаратов воздух с переменной температурой по сухому термометру, но с постоянной температурой по мокрому термометру, рис.2,а и б. Этот воздух также в качестве приточного подают в обслуживаемые помещения, см. т.3, на рис.2. 2.2. Принцип УПА качественно отличается от традиционных способов обработки воздуха. Несовершенство и неэкономичность традиционной технологии обусловлены нерешенной проблемой измерения, контроля и поддержания двух независимых друг от друга параметров воздуха - температуры и влагосодержания, которые изменяются по самостоятельным законам в процессе его тепловлажностной обработки. В настоящее время эти два параметра контролируют и измеряют одним терморегулятором, и для реализации этой идеи воздух в процессе орошения его водой вынуждены доводить до состояния насыщения. Только при этом условии температура воздуха однозначно определяет его влагосодержание и становится равной температуре по мокрому термометру и температуре "точки росы"(см. рис.2). Рис.1. Кривые значений конечных параметров воздуха после оросительных камер за счет изменения давления воды перед форсунками (управляемые процессы понижения энтальпии воздуха в теплый период года) А - при постоянном значении начальной температуры воды tвн В - при другом значении tвн tпр, tрз, tн - температуры приточного воздуха, в рабочей зоне и наружного Такая технология предопределяет несовершенство термодинамических циклов в традиционных системах как в летний, так и в зимний и переходный периоды. Требуемая температура насыщения ниже температуры воздуха, подаваемого в обслуживаемые помещения, и поэтому в традиционных системах летом, например, приходится переохлаждать воздух, затрачивая излишний холод, а затем подогревать его до температуры притока, затрачивая излишнюю теплоту. Так же неэкономично работают системы в зимний и переходный периоды сначала приходится переохлаждать воздух (при адиабатном процессе - без затрат холода), а затем подогревать его до температуры притока. Термодинамическая сущность новой энергосберегающей круглогодичной технологии заключается в проведении процессов тепловлажностной обработки воздуха при переменной поверхности теплообмена между воздухом и водой и при постоянной начальной температуре распыляемой воды, что позволяет управлять этими процессами, останавливать их и совершенствовать термодинамические циклы. Кондиционеры, в которых реализована новая технология, работают без теллообменников второго подогрева или байпасных воздуховодов у камер орошения. 2.3. Важным преимуществом применения управляемых процессов в системах вентиляции и кондиционирования воздуха является экономия тепловой энергии в холодный и переходный периоды года как в прямоточных установках, так и в системах, работающих с рециркуляцией [1]. Сокращение расходов теплоты в прямоточных установках с управляемыми процессами достигается за счет поддержания ими (в соответствии с требованиями п.2.8 СНиП 2.04.05-86) в помещениях требуемой температуры при минимально допустимой нормами относительной влажности = 30% и энтальпии (см. рис.2, а, т.4, процесс увлажнения 2-3 при tм = 7 °С и процесс в помещении 3-4). Традиционные прямоточные системы не могут обеспечить минимально допустимые параметры в т.4. В них параметры внутреннего воздуха соответствуют т.7 при t = 20 °С и = 45% (традиционный адиабатный процесс 2-5 и процесс 5-6 в теплообменнике второго подогрева К-2). Рис.2. Сопоставление процессов обработки воздуха в традиционной системе и в системе с управляемыми процессами а - прямоточные системы. Холодный и переходный периоды года; 1-2 (или 1-8) - процесс в теплообменнике первого подогрева; 2-3 - управляемый адиабатный процесс; 3 и 6 - параметры приточного воздуха; 4 и 7 - параметры воздуха в помещении; 5-6 - процесс в теплообменнике второго подогрева К-2; б - системы с рециркуляцией. Холодный и переходный периоды года; 1, 2 - соответственно расчетные параметры наружного и рециркуляционного воздуха; 3-4 - традиционный адиабатный процесс; 4 - параметры "точки росы"; 4-5 - подогрев воздуха в теплообменнике второго подогрева; 6 - параметры наружного воздуха; 7-8 и 11-5 - управляемые адиабатные процессы; 7-11 (равный 8-5) - подогрев воздуха в теплообменнике первого подогрева Для обеспечения требуемых параметров в т.4 традиционной системой с теплообменниками второго подогрева в связи с ее органическими недостатками, вызванными обработкой воздуха в контактных аппаратах до = 90 - 95%, см. на рис.2, а т.9, температуры рециркуляционной воды и по мокрому термометру должны быть меньше нуля градусов. Такие температуры неприемлемы из условий работоспособности систем. Поэтому их выбирают положительными, равными не менее 5-7 °С, что обусловливает получение параметров в т.7 и, как следствие, необходимость иметь постоянный излишний расход теплоты в теплообменнике К-2 (процесс 56). Разность теплосодержания в точках 4 и 7, определяющая экономию, составляет в данном случае 5,2 кДж/кг (1,25 ккал/кг). Как показали расчеты, она в зависимости от процесса в помещении колеблется в среднем от 3,35 до 5,4 кДж/кг (от 0,8 до 1,3 ккал/кг). Средняя продолжительность стояния наружных температур воздуха до +5 °С составляет, как правило, не менее 3200 ч. Экономия теплоты в прямоточных системах вентиляции и кондиционирования воздуха в холодный и переходный периоды составляет в среднем примерно 12500 кДж/кг (3000 ккал на 1 кг обрабатываемого воздуха). Как видно, расход теплоты при применении прямоточных систем с управляемыми процессами вместо традиционных сокращается более чем на 20%, что весьма существенно. Экономия теплоты в рециркуляционных системах при применении управляемых процессов достигается в период работы в диапазоне стояния наружных температур от энтальпии, при которой отключается теплообменник первого подогрева К-1 в традиционных системах (см. К 1 П рис.2,б, линия J тр ), до энтальпии, характеризующей параметры притока J тс в той же системе. Эта энтальпия равна энтальпии притока и в системе с УЛ. При обеспечении одинаковых параметров в помещении (т.7) экономия достигается за счет исключения в системах с УП расхода теплоты в теплообменнике второго подогрева и использования в течение всего указанного периода повышающегося термодинамического потенциала (энтальпии) наружного П воздуха для получения требуемой энтальпии притока J УП . На рис.2,б представлена схема процессов обработки воздуха в системе с рециркуляцией. При определенном проценте рециркуляции в расчетном режиме смесь наружного (см. рис.2,б, т.1) и рециркуляционного (т.2) воздуха характеризуется параметрами в т.3. Ей соответствует традиционный процесс 3-4 адиабатной обработки воздуха до состояния насыщения, т.4, в камере орошения. После увлажнения воздух подогревают в калорифере второго подогрева (процесс 4-5) до параметров притока в т.5. При повышении параметров наружного воздуха (например, до т.6) параметры смеси достигают более высокой температуры, т.7. Однако в традиционной системе это положительное обстоятельство не используется для сокращения расхода теплоты на подогрев смеси. В традиционной системе более высокие параметры смеси, т.7, вновь приводят к состоянию в т.3 (за счет увеличения количества наружного воздуха в смеси), а затем и к прежнему состоянию насыщения в т.4. Поэтому, несмотря на повышение температуры и энтальпии наружного воздуха, на подогрев смеси от состояния насыщения, т.4, до состояния притока, т.5, затрачивается количество теплоты (процесс 4-5), равное ее расходу в расчетный холодный период. B системе с управляемыми процессами, наоборот, повышающийся потенциал наружного воздуха используется для сокращения расхода теплоты. Смесь воздуха с параметрами в т.7 нагревают до параметров в т.11. Величина подогрева 7-11 меньше величины 4-5. Процесс нагрева 7-11 осуществляют в новых системах в теплообменнике первого подогрева. Затем воздух в состоянии в т.11 адиабатно (при меньшем давлении воды перед форсунками и, следовательно, меньшей поверхности контакта) увлажняется до состояния в т.5. Как показали расчеты, для климата средней полосы с применением управляемых процессов адиабатной обработки воздуха в системах с рециркуляцией годовой расход теплоты сокращается более чем на 50%, причем с увеличением количества рециркуляционного воздуха этот процент возрастает. Системы, имеющие байпас у камеры орошения, также перерасходуют тепловую энергию. При повышении относительной влажности и температуры наружного воздуха система с байпасом позволяет получать только такой приточный воздух, который требует дополнительного подогрева. Расход тепловой энергии при этой технологии выше, чем в системе с управляемыми процессами. Применение управляемых процессов в однозональных системах в теплый период года позволяет отказаться от теплоснабжения установок и исключить из состава центрального кондиционера теплообменник (калорифер) второго подогрева или байпасный воздуховод у камеры орошения с соответствующими камерами обслуживания. 2.4. Широкофакельные форсунки для кондиционеров КТЦ 2А и КТЦ 3 устойчиво работают в широком диапазоне давления воды перед ними, в том числе и в области малых давлений (от 15 кПа или 0,15 ати). Благодаря этому они позволяют в зависимости от расхода распыляемой воды плавно изменять площадь поверхности контакта между воздухом и водой и обеспечивать проведение управляемых процессов тепло- и влагообмена. Эксцентриситетные щирокофакельные форсунки имеют диаметр выходного отверстия 10 мм (при диаметре входа 7 мм). Смещение сопла позволило улучшить качество распыливания и уменьшить коэффициент неравномерности распределения воды. С увеличением диаметра существенно снизилась засоряемость форсунок при их эксплуатации. Расходная характеристика эксцентриситетной широкофакельной форсунки ЭШФ 7/10 приведена на рис.3. Рис.3. Расходная характеристика эксцентриситетных широкофакельных форсунок ЭШФ 7/10 q K Рф , кг/ч (где К = 930 - расходный коэффициент, Рф - давление перед форсунками, ати) 2.5. В результате применения управляемых процессов достигается экономический эффект, оцениваемый на каждые 10 тыс.м3 /ч производительности системы по воздуху от 2,5 до 9 тыс. рублей. При этом экономия теплоты в зависимости от вида заменяемых систем колеблется от 25 до 90 Гкал/год (105-375 ГДж). 3. СХЕМЫ И ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ УСТАНОВОК С УПРАВЛЯЕМЫМИ ПРОЦЕССАМИ 3.1. Для осуществления управляемых процессов тепловлажностной обработки воздуха необходимы специальные схемы автоматического регулирования установок вентиляции и кондиционирования воздуха, в которых реализованы основные принципы, составляющие отличительные особенности и сущность этих процессов, а именно: 1) температура воздуха в обслуживаемом помещении поддерживается на требуемом уровне изменением поверхности теплообмена между воздухом и водой в смесительных контактных аппаратах, путем воздействия датчика температуры воздуха, устанавливаемого в помещении или в приточном воздуховоде, на привод регулирующего клапана, расположенного перед оросительной системой после насоса и меняющего давление воды перед форсунками. Изменение поверхности контакта воды с воздухом в зависимости от повышения (или падения) заданной температуры воздуха принято за основу для всех схем автоматического регулирования систем с управляемыми процессами тепловлажностной обработки воздуха; 2) управляемые процессы в смесительных контактных аппаратах проводятся при постоянной (начальной) температуре поверхности теплообмена, т.е. при постоянной начальной температуре распыляемой воды tвн. В теплый период года постоянная начальная температура поверхности теплообмена обеспечивается за счет того, что смесительные контактные аппараты, работающие на смеси холодной (от источников холодоснабжения) и рециркуляционной воды, оснащаются регуляторами начальной температуры воды (обычный терморегулятор). Этот регулятор устанавливается перед оросительной системой и воздействует на привод регулирующего клапана, который изменяет расход холодной воды перед циркуляционным насосом, рис.4. Рис.4. Принципиальная схема для круглогодичного регулирования управляемых процессов УП-1 (для систем, оснащенных оросительными камерами, работающими с понижением теплосодержания в теплый период года и с адиабатным увлажнением в холодный и переходный периоды) 1 - вытяжной вентилятор; 2 - обслуживаемое помещение; 3 - фильтр; 4 - воздушный клапан с приводом на рециркуляционном воздуховоде; 5 - калорифер первого подогрева; 6 - камера орошения; 7 - приточный вентилятор; 8 - воздушный клапан с приводом; 9 - клапан, регулирующий расход теплоносителя через калорифер первого подогрева; 10 - клапан, регулирующий расход воды через форсунки камеры орошения; 11 - датчик температуры мокрого термометра; 12 - датчик начальной температуры воды; 13 - датчик температуры в помещении; 14 - клапан, регулирующий расход холодной воды; 15 - обратный клапан; 16 - взаимообратный клапан, установка которого рекомендуется при большом избыточном давлении насоса, подающего воду от холодильной станции (при этом обратный клапан 15 исключается) В холодный и переходный периоды года постоянная температура поверхности теплообмена достигается за счет работы смесительных контактных аппаратов по адиабатному циклу на рециркуляционной воде. При этом рециркуляционная вода самопроизвольно приобретает температуру, близкую (теоретически равную) температуре обрабатываемого воздуха по мокрому термометру. Поддержание постоянной (заданной по расчету) температуры мокрого термометра осуществляется обычным терморегулятором, датчик которого устанавливается в поддоне оросительного пространства или непосредственно в оросительном пространстве. Термометр воздействует на привод регулирующего клапана, меняющего расход теплоносителя в теплообменнике первого подогрева, или на приводы воздушных клапанов, регулирующих расходы наружного и рециркуляционного воздуха, рис.5; Рис.5. Принципиальные схемы регулирования управляемых адиабатных процессов УПА-1 (прямоточная и рециркуляционная) 1 - вытяжной вентилятор; 2 - обслуживаемое помещение; 3 - фильтр; 4 - воздушный клапан с приводом на рециркуляционном воздуховоде; 5 - калорифер первого подогрева; 6 - камера орошения; 7 - приточный вентилятор; 8 - воздушный клапан с приводом; 9 - клапан, регулирующий расход теплоносителя через калорифер первого подогрева; 10 - клапан, регулирующий расход воды через форсунки камеры орошения; 11 - датчик температуры мокрого термометра; 12 - датчик температуры в помещении (Для применения в прямоточной системе - схема с индексом "П"- исключают связи 9-4 и 9-8) 3) схемы автоматического регулирования управляемых процессов обеспечивают требуемые параметры в обслуживаемых помещениях (или в зоне). При этом параметры воздуха после смесительных, контактных аппаратов (т.е. параметры притока) не поддерживаются постоянными, а изменяются в зависимости от возмущающих воздействий (параметров наружного воздуха, внутренних тепловыделений и т.д.). В схемах отсутствуют также приборы и средства для поддержания постоянных параметров воздуха после смесительных контактных аппаратов. В этом заключается принципиальное отличие от традиционных схем регулирования температуры по "точке росы"или по "оптимальным режимам", где смысл регулирования основан на поддержании постоянных параметров воздуха именно после смесительных контактных аппаратов, что достигается изменением начальной температуры распыляемой воды при постоянной поверхности теплообмена. 3.2. Установки кондиционирования воздуха и вентиляции с управляемыми процессами следует проектировать в соответствии с принципиальными схемами технологической обработки воздуха и схемами автоматического регулирования, табл.1. Таблица 1 Принципы регулирования в холодный и переходный периоды года Регулирование при выбранном значении tм по одному терморегулятору, установленному в поддоне аппарата Регулирование при последовательном использовании двух терморегуляторов tм в поддоне аппарата Принципы регулирования в теплый период года Схемы, работающие при двух значениях начальной температуры воды tвн < tм Схемы, Схемы с Схемы Схемы с Принципиальные работающие при переключением tвн переключения tвн адиабатным функциональные одном значении при максимальном при изменении (по увлажнением схемы для начальной расходе воды (от воздуха в теплый и холодного и датчику температуры концевого холодный периоды переходного относительной холодной воды, выключателя года периода года влажности в см. фиг.1 регулирующего помещении), см. клапана), см. фиг.2 фиг.3 Схемы с отключением УП-5п УП-5р УП-1п УП-2п УПА-1п фиг.7 камеры орошения УП-1р УП-2р УПА-1р tнар > tм, см. фиг.7 Схемы с отключением УП-6пк УП-6рк камеры орошения по контрольному датчику температуры в приточном воздуховоде, см. фиг.6 Схемы с УП-7п УП-7р переключением датчиков tм при максимальном расходе воды (от концевого выключателя клапана), см. фиг.5 Схемы с переключением датчиков tм при изменении (по датчику относительной влажности в УП-1пк УП-1рк УП-2пк УП-2рк УПА-1пк УПА-1рк фиг.6 УП-3п УП-3р - УПА-3п УПА-3р фиг.5 - УП-4п УП-4р УПА-4п УПА-4р фиг.4 помещении), см. фиг.4 Принципиальные функциональные схемы для теплого периода года фиг.1 фиг.2 фиг.3 В теплый период при отсутствии холодоснабжения применяются те же схемы, фиг.4, 5, 6, 7, что и для холодного и переходного периодов Примечание. Схема регулирования каждой круглогодичной системы (индекс которой указан в клетке таблицы) образуется путем совмещения принципов регулирования, приведенных на соответствующих эскизах для теплого и холодного периодов. Эти схемы рекомендуются и для многозональных систем. Необходимость установки обратного клапана перед насосом определяется в каждом индивидуальном случае. Условные обозначения: УП - управляемые процессы, УПА - управляемые адиабатные процессы, п - прямоточные схемы, р - схемы с рециркуляцией, к - с контрольным датчиком в приточном воздухе, ХВ - холодная вода. К табл.1 На схемы автоматического регулирования, см. табл.1, разработаны рабочие чертежи ЦНИИЭП инженерного оборудования. Кроме этого разработаны схемы автоматического регулирования управляемых процессов в многозональных системах и в системах, собираемых на базе блоков БТМ-2. В том числе и при их обвязке по противоточной схеме. 3.3. В теплый период года во многих круглогодичных схемах тепловлажностной обработки воздуха, см. табл.1 (схемы УП-1, УП-2, УП-3, УП-4), предусмотрена возможность работы при двух любых (выбираемых или задаваемых) значениях начальной температуры распыляемой воды. Низшее значение tвн определяется работой холодильной станции и может быть выбрано в пределах 6-14 °С. Второе более высокое значение начальной температуры определяется при расчете системы и обеспечивается терморегулятором начальной температуры воды, воздействующим на привод клапана, который регулирует расход холодной воды от источника холодоснабжения. Переключение системы на работу с минимальной температурой распыляемой воды tвн связано с возрастанием относительной влажности в обслуживаемых помещениях. В схемах УП-1 и УП-3 это переключение осуществляется при полностью открытом клапане, регулирующем расход воды в оросительной системе, т.е. от его концевого выключателя. Поддержание величины в требуемых пределах в этих схемах осуществляется опосредствованно (без датчиков ) за счет выбора соответствующих значений tвн, см. рис.1. Однако появление импульса на переключение связано с возрастанием теплоизбытков в обслуживаемых помещениях. В круглогодичных схемах УП-2 и УП-4 переключение системы на работу с минимальной температурой tвн осуществляется по командам датчика относительной влажности в помещении, в результате которых разрывается связь регулятора начальной температуры воды с приводом регулирующего клапана. При этом последний полностью открывается, обеспечивая подачу в оросительную сеть к форсункам наиболее холодной воды. 3.4. В холодный и переходный периоды года схемы, табл.1, предусматривают следующие варианты регулирования. При одном любом (выбранном или заданном) значении температуры мокрого термометра tм>4 °С после смесительных контактных аппаратов (при установке в поддоне или оросительном пространстве одного терморегулятора). Эти схемы (УП-1, УП-2, УП-5, УП-6, УПА-1) наиболее простые, но допускают колебания относительной влажности в пределах ±5-10% от средних значений. Однако они дают возможность поддерживать требуемую зону параметров воздуха в помещениях без применения дефицитных датчиков относительной влажности воздуха. При двух (выбранных или заданных) значениях температур мокрого термометра (при установке в поддоне или оросительном пространстве двух терморегуляторов). Эти схемы (УП-3, УП-4, УП-7, УПА-3) позволяют достичь наибольшей экономии в расходах тепла и дают возможность поддерживать величину в обслуживаемых помещениях в требуемых пределах. Схемы УП-3 и УПА-3 обеспечивают поддержание опосредствованно (без датчиков ) за счет выбора соответствующих значений tм. Переключение терморегуляторов, настроенных на различные значения температур tм, в этих схемах осуществляется при полностью открытом клапане, регулирующем расход воды в оросительной системе, т.е. от его концевого выключателя. В этих схемах уменьшение значениям в обслуживаемых помещениях и появление соответствующего импульса в системе автоматического регулирования связано с возрастанием теплоизбытков. Схемы УП-4, УПА-4 целесообразно применять при предъявлении жестких требований к поддержанию в обслуживаемых помещениях относительной влажности воздуха. 3.5. Схемы УП-1, УП-5 или УП-6 целесообразно применять в качестве базовых для многозональных систем. При этом в разнохарактерных помещениях следует устанавливать доводчики, в задачу которых входит доохлаждение (сухое) или догрев в теплое время года приточного воздуха или только его догрев в холодный или переходный периоды. Схемы УП-1, УП-2, УП-3 в УП-4 следует применять для установок, обслуживающих отдельные помещения или зоны в многозональных системах, имеющих одну холодильную станцию для всех зон. 3.6. Блоки тепломассообмена БТМ-2 следует также использовать в установках, обслуживающих многозональные системы или отдельные зоны. В холодный и переходный периоды оросительную часть блоков БТМ-2 используют по схемам УПА-1 (п или р), УПА-3 (п или р) или УПА-4 (п или р) для охлаждения и увлажнения приточного воздуха, а поверхностные теплообменники блоков БТМ-2 выполняют при этом функции калориферов первого подогрева. При этом в теплый период года поверхностные теплообменники БТМ-2 служат для охлаждения приточного воздуха. 3.7. В блоках БТМ-2 следует осуществлять противоточную схему движения хладоносителя относительно потока воздуха. В этом случае воздухообрабатывающие элементы блока (оросительная часть и поверхностный теплообменник) образуют единый теплообменный аппарат. Применение противоточной схемы [2] позволяет либо резко сократить количество циркуляционной воды (уменьшить расход электроэнергии, мощность насосов, диаметры трубопроводов), либо уменьшить поверхность охлаждения теплообменников. В теплый период года вода от холодильной станции вначале подается в оросительную часть блока, в затем насосом из поддона направляется в поверхностный теплообменник, в котором происходит, как правило, предварительное сухое охлаждение воздуха. В холодный период года оросительная часть блоков используется для адиабатного охлаждения и увлажнения по одной из схем с управляемыми процессами. Для первого подогрева применяют либо самостоятельные теплообменники, либо используют теплообменники блоков БТМ-2, отключая их от хладоносителя. Противоточную схему соединений элементов блока следует применять и при артезианском холодоснабжении, направляя отепленную воду после поверхностных теплообменников в конденсаторы холодильных машин. 3.8. В блоках БТМ-2 с противоточной схемой следует реализовывать те же основные принципы регулирования, которые изложены в п.3.1 настоящего Пособия. В примере 3 Пособия помещен расчет блока, как единого аппарата, там же приведена принципиальная схема соединения элементов по хладоносителю и схема регулирования. Методика расчета и данные для расчета приведены в разделе 4. 4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА УПРАВЛЯЕМЫХ ПРОЦЕССОВ. РАСЧЕТ УПРАВЛЯЕМЫХ ПРОЦЕССОВ АДИАБАТНОГО УВЛАЖНЕНИЯ ВОЗДУХА 4.1. Управляемые процессы адиабатного увлажнения воздуха, в том числе и процессы, заканчивающиеся при высокой относительной влажности = 8595%, протекают в оросительных камерах при рециркуляции распыляемой воды (tвн), которая при этом самопроизвольно приобретает температуру воздуха, близкую к температуре по мокрому термометру tм1, т.е. tвн tм1 (рис.6). Рис.6. Управляемый адиабатный процесс и обозначения параметров воздуха на J, d - диаграмме 4.2. Расчет управляемых процессов адиабатного увлажнения и охлаждения воздуха в различных смесительных контактных аппаратах (оросительных камерах) следует производить по аналитическим зависимостям [3] Z a 1 exp AB m R 1 k , Za (1) t p 2 t p1 (2) t м1 t p1 или 1 W ln1 Z a m (3) B , G AR 1 k где Za - величина (параметр), характеризующая изменения температуры точки росы воздуха в процессе орошения его водой; tp1, tp2, tм1 - соответственно температуры точек росы воздуха до и после орошения и по мокрому термометру воздуха до орошения, °С; B - коэффициент орошения; W - количество распыляемой воды, кг/ч; A; m; k - эмпирические коэффициенты; G - количество обрабатываемого воздуха, кг/ч; R - критерий, учитывающий влияние влагообмена на теплообмен. Критерий R определяется как 0,00136 v p (4) R 1 p t p0 1 2,34 p t p0 , где p t p0 p pвн п - производная Лангранжа; рп, рвн - парциональное давление водяного t р1 t в н - отношение коэффициентов р тепло- и влагообмена, для обычных условий работы оросительных камер и градирен, равное 139,6 кДж кПа/кг·°С (0,34 ккал атм/кг·°С); v - скрытая теплота парообразования, для средних условий равная 2450 кДж/кг (585 ккал/кг). При определении критерия R можно также использовать приближенную формулу для pt p0 пара в состоянии насыщения, мм рт.ст/°С при tp1 и tвн = tм1; 2 p t p0 0,339 0,01233 t p1 t вн 0,00019 t 2р1 t р1 t вн t вн . (5) Для облегчения расчетов при определении R следует использовать диаграмму, приведенную на рис.7. 4.3. Формулы для расчета управляемых процессов адиабатного увлажнения воздуха, а также традиционных процессов в камерах производительностью 10+250 тыс.м 3/ч приведены в табл.2. Для расчета этих процессов следует использовать номограммы, рис.8 и 9, которые составлены по формулам (6), (8) и (10). Конструктивные характеристики камер орошения и увлажнительных систем кондиционеров КТЦ 3 приведены в приложении. Рис.7. Диаграмма для определения критерия R и пример расчета: tp = 5 °С; tвн = 20 °С; tp – tвн = -15 °С; R = 2,7 Таблица 2 Тип камер орошения и блоков тепломассообмена Двухрядные камеры орошения ОКФ (исполнение 2) Расчетные уравнения для определения Za B 0 ,667 1 , 5 1,24 B ln1 Z a (6) Z a 1 exp B 0 ,35 0 ,35 R 1 1,24 R 1 0 ,714 Однорядные противоточные 1,8B1,4 ln1 Z a (8) Z 1 exp камеры ОКФ (исполнение 2), a B 0 ,35 0 ,35 R 1 ОКС; блоки тепломассообмена 1,8R 1 БТМ-2 0 ,714 Однорядные противоточные 2,3B1,4 ln1 Z a (10) Z a 1 exp камеры ОКФ (исполнение 1) B 0 ,35 0 ,35 R 1 2,3R 1 (7) (9) (11) Примечания к табл.2: 1. Камеры орошения и блоки БТМ-2 кондиционеров КТЦ 3 оснащены эксцентриситетными широкофакельными форсунками (ЭШФ 7/10) с диаметром входного отверстия 7 мм, выходного - 10 мм. 2. Коэффициент орошения в однорядных камерах 0,15-0,7; в двухрядных - 0,5-2. 3. Двухрядные камеры ОКФ (исполнение 1) следует рассчитывать по формулам (6) и (7), увеличивая коэффициент 1,24 на 3-4% с учетом повышения их теплотехнической эффективности по сравнению с камерами исполнения 2. 4. Аэродинамическое сопротивление камер орошения составляет при номинальной производительности 120 Па (12 мм вод. ст). При установке камер орошения в кондиционерах КТЦ 3 с максимальной производительностью по воздуху их аэродинамическое сопротивление составляет не более 210 Па (20 мм вод. ст). Рис.8. Номограмма для расчета адиабатного процесса увлажнения воздуха в двухрядных камерах OКФ (исп. 2) с форсунками ЭШФ 7/10 Рис.9. Номограмма для расчета адиабатного процесса увлажнения воздуха в однорядных противоточных камерах ОКФ 1 и 2 исполнения с форсунками ЭШФ 7/10 4.4. При применении оросительных камер для адиабатного увлажнения воздуха в холодный и переходный периоды не следует использовать технические решения, при которых получают воздух после камер орошения с большой относительной влажностью (более 90%), что приводит к существенному перерасходу анергии. Кроме того, увеличение конечной относительной влажности воздуха после орошения (например, до 90-95%) требует также неоправданно высоких коэффициентов орошения. 4.5. При реальных расчетах величина Za не должна превышать 0,97, а относительная влажность воздуха после орошения - 90%. 4.6. Для надежной работы оросительных камер в холодный и переходный периоды года температуру мокрого термометра после орошения так же, как и настройку датчиков температур в поддоне оросительных камер, выбирают, как правило, в диапазоне 5-15 °С. Минимальное давление воды перед форсунками в оросительных камерах рекомендуется поддерживать не менее 15 кПа (0,15 ати), максимальное не должно превышать 295 кПа (3 ати). 4.7. В качестве установки кондиционирования воздуха, работающей круглогодично с управляемыми процессами, в настоящее время может быть рекомендована схема с камерами ОКФ или схема на основе БТМ-2. В последней охлаждение и осушение воздуха осуществляют в теплый период года в поверхностных теплообменниках или в оросительной системе блоков или одновременно в указанных аппаратах. В холодный период в теплообменниках осуществляют подогрев воздуха, а его увлажнение по схеме УПА в оросительной системе БТМ-2. При этом отпадает необходимость в установке теплообменника второго подогрева. 4.8. Методика расчета прямых задач заключается в следующем. При известных tc1; tp1; tм1; tc2; tp2 вначале вычисляет значение Za. По диаграмме (см. рис.7) определяют критерий R при значениях разности (tp1 - tвн) и tвн, принимая для процессов адиабатного увлажнения tвн = tм1. По формулам (7), (9), (11), см. табл.2, или по номограммам, см. рис.8 и 9, вычисляют расчетный коэффициент орошения В. 4.9. Последовательность расчета обратных задач такова: При известных tp1, tм1 = tвн и значениях разности (tp1 - tвн) и tвн по диаграмме (см. рис.7) определяют критерий R. По формулам (6), (8), (10) (см. табл.2) или по номограммам, см. рис.8 и 9, при заданном коэффициенте орошения B вычисляют значения t p 2 t p1 . Za t м1 t p1 Определяют температуру точки росы tp2 воздуха после орошения tp2 = tp1 + Za(tм1 – tp1). По J, d - диаграмме находят температуру tc2 воздуха после орошения при значениях tp2 на линии постоянного теплосодержания воздуха J1. РАСЧЕТ УПРАВЛЯЕМЫХ ПОЛИТРОПИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА С ПОНИЖЕНИЕМ ЕГО ТЕПЛОСОДЕРЖАНИЯ 4.10. Управляемые политропические процессы обработки воздуха с понижением его теплосодержания, в том числе и процессы, заканчивающиеся при высокой относительной влажности (85-95%), протекают в оросительных камерах при подаче охлажденной воды в систему орошения. 4.11. Расчет управляемых политропических процессов с понижением теплосодержания воздуха следует производить по аналитическим зависимостям* ~ J J2 J 1 1 R k exp AB , (12) J 1 J вн Zt t c 2 t вн 1 exp A1 B m Pt nJ 0 , t c1 t вк (13) ~ где J и Z(t) - параметры, характеризующие соответственно изменения теплосодержания и температуры воздуха в процессе теплообмена; R - критерий, учитывающий влияние влагообмена на теплообмен (см. п.4.2 настоящего Пособия); J 1 J вн P( t )J 0 - коэффициент пропорциональности; J1; J2 - теплосодержание воздуха 0,24 t c1 t вн до и после орошения, кДж/кг (ккал/кг); Jвн - то же, в состоянии насыщения при начальной температуре воды, кДж/кг (ккал/кг); tвн; tвк - начальная и конечная температура распыляемой воды, град.; A; A1; k, m, n - эмпирические коэффициенты. __________________ J J2 J ~ 1 * Известно, что J [4]. 1 M 1R J1 J в н 4.12. Формулы для расчета процессов обработки воздуха с понижением его теплосодержания в аппаратах производительностью по воздуху приведены в табл.3. По этим формулам составлены номограммы рис.10, 11. Таблица 3 Тип камеры орошения, блоков БТМ-2 кондиционеров КТЦ-3 Двухрядные камеры орошения ОКФ (исполнение 2) Однорядные противоточные камеры ОКФ (исполнение 2), блоки тепломассообмена БТМ-2 Расчетные уравнения для процессов с понижением теплосодержания воздуха (осушение, охлаждение без изменения влагосодержания, охлаждение и увлажнение) ~ (14) J 1 R 0,3 exp 0,77B Z t 1 exp 0,8B 1,6 Pt 0J,065 1 J~ B 1,3 ln 0 ,3 R ~ 0,3 J 1 R exp 0,96B Z t 1 exp 0,5B 1,65 Pt 0J,08 1 J~ B 1,04 ln 0 ,3 R (15) (16) (17) (18) (19) Примечания к табл.3: 1. При расчете по формулам (14)-(16) двухрядных камер ОКФ (исполнения 1) следует учитывать повышение их теплотехнической эффективности в среднем на 2-4%. 2. Пределы: 0,6 < B < 2 0,4 < B < 1,3 1,8 < R < 4 - для двухрядных камер, - для однорядных камер, 0,5 < Pt J < 2,2 0 см. также примечания к табл.2, п.п.1, 4. Рис.10. Номограмма для расчета политропических процессов с понижением энтальпии воздуха в двухрядных оросительных камерах ОКФ (исп.2) с форсунками ЭШФ 7/10 Рис.11. Номограмма для расчета политропических процессов с понижением энтальпии воздуха в однорядных оросительных камерах ОКФ (исп.2) с форсунками ЭШФ 7/10 4.13. Методика расчета управляемых, а также и традиционных процессов обработки воздуха с понижением его теплосодержания при решении прямых задач сводится к следующему: ~ а) при заданных J1, J2, Jвн вычисляют значения J ; б) по разности (tp1 - tвн) при tвн по диаграмме на рис.7 определяет критерий R; в) затем по формулам (16) или (19), см. табл.3, или по номограммам, см. рис.10, 11, вычисляют значения коэффициента орошения B; г) из уравнения теплового баланса находят значения температуры конечной воды tвк = tвн + (J1 – J2) / B · CW; д) по известным параметрам воздуха и воды J1, Jвн, tc1 и tвн вычисляют величину P( t )J 0 ; е) подставив в формулы (15) или (18), см. табл.3, значения величин P( t )J 0 и B, или с помощью номограмм, см. рис.10 или 11, получают значения величины Zt; ж) зная Zt, определяют температуру воздуха после его обработки tc2 = tвн Zt(tc1 - tвк). (20) РАСЧЕТ УПРАВЛЯЕМЫХ ПРОЦЕССОВ ПОНИЖЕНИЯ ТЕПЛОСОДЕРЖАНИЯ ВОЗДУХА В БЛОКАХ БТМ-2 С ПРОТИВОТОЧНОЙ СХЕМОЙ ДВИЖЕНИЯ ХЛАДОНОСИТЕЛЯ 4.14. Расчет блоков БТМ-2 как единых тепломассообменных аппаратов, в которых применена противоточная схема движения хдадоносителя относительно потока воздуха, следует производить по уравнениям (21) и (22) 0 ,35 F ~ B R 0 ,3 R M 0 ,18 , (21) J 1 exp 0,196 f ж 0 ,5 F 0 ,5 Z t 1 1 exp 0 ,16 B 1,65 Pt J 0 , f ж (22) где M t c1 t p1 t вн t p1 - температурный критерий, учитывающий начальные параметры воздуха и хладоносителя; J 1 J вн - коэффициент пропорциональности; Pt J 0 0,24 t с1 t вн F - критерий глубины теплообменника; fж F - поверхность теплообменника, м2; fж - живое сечение теплообменника для прохода воздуха, м2. Остальные условные обозначения раскрыты в п.4.2 и п.4.11 настоящего Пособия. 4.15. Формулы (21) и (22) действительны для расчета в блоках БТМ-2, кондиционеров КТЦ 3, производительностью по воздуху от 10 до 250 тыс.м 3/ч, управляемых процессов понижения теплосодержания. Пределы изменения величин в этих формулах должны быть в следующих пределах. 0,4 < B < 1,0; 15 < tc1 < 40 °С; 2 < tвн < 16 °С; F 80 < < 250. fж 4.16. Порядок расчета блока с противоточной схемой соединения элементов при решении прямых задач сводится к следующему: а) при заданных J1, J2, Jвн вычисляют величину ~ J J2 J 1 ; J 1 J вн б) по разности (tp1 - tвн) при tвн по диаграмме pис.7, определяют критерий R; в) определяют значения величин M и (R - M); F г) вычисляют критерий глубины ; fж д) по формуле для полного теплообменника (21) вычисляют коэффициент орошения B; е) из уравнения теплового баланса находят значение температуры конечной воды tвк = tвн + (J1 – J2) / B · cW; ж) по известным параметрам воздуха и воды вычисляют величину Pt J 0 ; з) по формуле (22) находят величину Zt и определяют температуру воздуха после его обработки в оросительной части блока tc2 = tвн + Zt (tc1 - tвк). 4.17. При решении обратных задач, когда требуется определить температуру и теплосодержание воздуха при известных начальных параметрах воздуха и воды, значениях коэффициента орошения B, глубине теплообменника последовательность действий такова: ~ а) значение J находят по уравнению (21); б) значение Zt определяют по уравнению (22); в) определяют теплосодержание воздуха после блока J2 ~ J 2 J1 J J1 J вн ; г) определяют конечную температуру воды tвк = tвн + (J1 – J2) / B · cW; д) определяют температуру воздуха после его обработки tc2 = tвн + Zt (tc1 - tвк). 4.18. Расчет различных управляемых процессов понижения теплосодержания воздуха в блоках БТМ-2 с противоточной схемой движения хладоносителя (прямые и обратные задачи, подбор оборудования, построение процессов на J, d - диаграмме) выполняется, также на ЭВМ по программе, имеющейся в лаборатории кондиционирования воздуха ЦНИИЭП инженерного оборудования. 5. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ПРИМЕР 1. Прямоточная система кондиционирования воздуха для помещения с постоянными тепловлаговыделениями. (Расчет управляемых адиабатных процессов в холодный период года). Исходные данные Расчетные параметры наружного воздуха Б для холодного периода (г.Москва): tн = -25 °С, Jн=-24,4 кДж/кг (-5,8 ккал/кг); барометрическое давление 990 гПа (745 мм рт.ст.); производительность системы по воздуху - 30000 м3/ч. Угловой коэффициент луча процесса в помещении = 10920 кДж/кг влаги (2600 ккал/кг); ассимиляционная способность приточного воздуха 1 г/кг; перепад температур между приточным воздухом и воздухом в помещении - 7 °С. Теплопотери помещения компенсируются работой системы отопления. Параметры воздуха в помещении должны поддерживаться в пределах комфортной зоны: tc = 20-22 °C; = 30-45% и согласно п.2.8 СНиП 2.04.05-86 выбираться минимальными из оптимальных норм, т.е. tc = 20 °С и = 30%. Требуется: 1) выбрать технологическую схему системы, обеспечивающую в обслуживаемом помещении оптимальные условия в холодный и переходный периоды года при минимальном расходе теплоты: 2) построить процессы обработки воздуха на J, d - диаграмме, 3) рассчитать оросительную камеру. Решение 1. Для поддержания в обслуживаемом помещении в холодный и переходный периоды оптимальных параметров воздуха принимаем прямоточную однозональную установку кондиционирования воздуха с теплообменником первого подогрева и оросительной камерой, обеспечивающей проведение адиабатного управляемого процесса увлажнения обрабатываемого воздуха. Теплообменник второго подогрева (см. рис.5) не устанавливаем. В результате построений на J, d - диаграмме, рис.12, определяем: параметры воздуха перед оросительной камерой (т. B) tc1 = 19,8 °С, tм1 = 6 °С, J1 = 20,9 кДж/кг (5 ккал/кг), tp1 = -28 °С; параметры воздуха после оросительной камеры (т. C) tc2 = 12 °С, tp2 = -1,4 °С; температуру циркулирующей в оросительной камере воды (т. E) tвн = tм1 = 6 °С. Для определения минимального расхода теплоты на обработку (подогрев и увлажнение) наружного воздуха вначале строим изоэнтальцу J = 20,9 кДж/кг (5 ккал/кг) при tм1 = 6 °С через т. Е; Затем через т. Д, соответствующую внутренним параметрам воздуха в помещении, при минимальной температуре, относительной влажности и энтальпии проводим луч процесса с угловым коэффициентом и находим точки C’ и C. 2. С учетом производительности системы принимаем оросительную камеру ОКФ-30 с эксцентриситетными широкофакельными форсунками (см. приложение). В связи с незначительной величиной увлажнения приточного воздуха в холодный и переходный периоды (d) между точками C и B) принимаем однорядную противоточную камеру. Первый ряд форсунок по ходу воздуха в двухрядной камере ОКФ в холодный и переходный периоды должен быть отключен. Для увеличения диапазона регулирования коэффициента орошения выбираем камеру ОКФ с большей плотностью установленных форсунок - исполнение 2. Общее число форсунок в противоточном ряду составляет 36. Определяем величину относительного изменения температуры точки росы обрабатываемого воздуха Za по формуле (2). При tp1 = -28 °С, tм1 = 6 °С и tp2 = -1,4 °С 1,4 28 Za 0,78 . 6 28 Затем определяем значения критерия R. При tм1 = tвн = 6 °С, tp1 = -28 °С и (tp1 - tвн) = -34 °С по диаграмме (см. рис.7) R = 1,45. Рис.12. Управляемые адиабатные процессы обработки воздуха на J, d- диаграмме (к примеру 1) Коэффициент орошения (B) рассчитываем по формуле (9), см. табл.2 ln1 0,78 B 0,7 . 0 ,35 1,81,45 1 Аналогичный результат получается и при определении коэффициента орошения B по номограмме, см. рис.9. Находим расход распыляемой воды W = B · G = 0,7 · 36000 = 25000 кг/ч. Определяем давление воды перед форсунками Рф. W 25000 По графику (см. рис.3) при производительности одной форсунки q 690 кг/ч i 36 оно составит 55 кПа (0,56 ати). 0 ,714 Учитывая малую величину расчетного коэффициента орошения, регулирующий клапан для изменения расхода воды, распыляемой в оросительной камере, устанавливают на нагнетательном трубопроводе после насоса. 3. При выборе циркуляционного насоса определяем его напор с учетом потерь давления в циркуляционной сети, в форсунках и регулирующем клапане. Условно принимаем Нсети = 98 кПа (10 м вод.ст.). Определяем потери напора в регулирующем клапане (при коэффициенте потерь на клапане К = 0,3 от суммы Рф и Нсети). Нкл = (Рф + Нсети)К = (55 + 98) · 0,3 = 46 кПа (0,47 ати). Напор, развиваемый циркуляционным насосом, должен составлять Н = Нкл + Рф + Нсети = 46 + 55 + 98 = 199 кПа (2 ати). При известном расходе циркуляционной воды, равном 25000 кг/ч, и напоре 20 м по каталогу подбираем насос: К 20/30 (D =148 мм). При КПД = 0,68 фактический напор составит 216 кПа (22 м вод. ст.) Потребляемая мощность будет равна W H 25000 22 N потр 2,2 кВт. 102 3600 КПД 102 3600 0,68 С учетом коэффициента запаса 1,3 выбираем электродвигатель с установочной мощностью 3 кВт. Принимаем схему автоматического регулирования УПА-1п, см. табл.1, рис.5. ПРИМЕР 2. Прямоточная система кондиционирования воздуха для производственных помещений в теплый период года (Расчет управляемых процессов охлаждения и осушения). Исходные данные Расчетные параметры наружного воздуха Б для теплого периода (г. Москва) tн = 28,5 °С; Jн=54 кДж/кг (12,9 ккал/кг); барометрическое давление 990 гПа (745 мм рт. ст.). Производительность системы по воздуху - 30000 м3/ч. Угловой коэффициент луча процесса в помещении = 10050 кДж/кг влаги (2400 ккал/кг). Перепад температур между приточным воздухом и воздухом в помещении 7 °С. По технологическим требованиям параметры воздуха в помещении должны поддерживаться в пределах зоны: tc = 22-25 °С; = 40-50%. Согласно требованиям п.2.8 СНиП 2.04.05-86 параметры должны выбираться максимальными, т.е. tc = 25 °С и = 50%. Требуется: 1) выбрать технологическую схему системы, обеспечивающую поддержание в обслуживаемом помещении требуемых условий;.2) произвести построение процессов обработки воздуха на J, d - диаграмме для теплого периода года; 3) рассчитать оросительную камеру. Решение 1. Принимаем прямоточную однозональную установку кондиционирования воздуха с оросительной камерой, обеспечивающей процессы адиабатного увлажнения в холодный и переходный периоды года и осушение и охлаждение обрабатываемого воздуха в теплый период. Теплообменник второго подогрева не устанавливаем, см. рис.4. Установка комплектуется типовыми секциями центральных кондиционеров КТЦ 3-31,5. 2. В результате построений на J, d - диаграмме (рис.13) определяем: параметры воздуха до оросительной камеры: tc1 = 28,5 °С; tp1 = 13,7 °С; J1 = 54 кДж/кг (12,9 ккал/кг); после оросительной камеры: tc2 = 17 °С; J2 = 39,8 кДж/кг (9,5 ккал/кг). Температуру воды, подаваемой в оросительную камеру, принимаем tвн = 6 °С. Теплосодержание насыщенного воздуха Jвн при этой температуре составляет 25,1 кДж/кг (5 ккал/кг). 3. Принимаем двухрядную оросительную камеру ОКФ, исполнение 2, с эксцентриситетными широкофакельными форсунками ЭШФ 7/10 (см. приложение). Рис.13. Управляемые процессы обработки воздуха с понижением теплосодержания на J, d - диаграмме (к примеру 2). ~ 4. Определяем величину J относительного изменения теплосодержания воздуха, см. уравнение (12). По значениям J1, J2 и Jвн вычисляем ~ J J 2 12 ,9 9,5 J 1 0,43 . J 1 J вн 12 ,9 5 Определяем значение критерия R. При tp1 = 13,7 °С и (tp1 – tвн) = 7,7 °С по диаграмме (см. рис.7) находим R = 2,45. Рассчитываем коэффициент орошения по формуле (16), приведенной в табл.3: 1 0,43 1,08 . B 1,3 ln 0 ,3 2,45 Определяем конечную температуру воды по уравнению теплового баланса (J1 – J2) = B (tвк - tвн ) · cW; J J2 12 ,9 9,5 t вк t вн 1 6 9,1 °С. B cW 1,08 Вычисляем значение величины Pt J 0 J 1 J вн 12 ,9 5 1,46 . 0,24 t с1 t вн 0,24 28 ,5 6 Величину Zt определяем по формуле (15), приведенной в табл.3, подставляя в нее значения коэффициента орошения B = 1,08 и Pt J 0 1,46 Pt J 0 Zt = 1 – exp(-0,8 · 1,08-1,6 · 1,460,65) = 0,58. По значению величины Zt находим температуру воздуха после камеры орошения tc2 tc2 = tвн + Zt(tc1 - tвк) = 6 + 0,58(28,5 – 9,1) = 17,2 °С. Температура воздуха после камеры орошения, заданная в начале расчета, равна 17 °С. При значительном отличии (более 0,5 °С) расчетного значения tc2 от заданного следует принять новую температуру воды и расчет повторить. Аналогичный результат получается и при определении коэффициента орошения B и Zt по номограмме, см. рис.10. 5. Схему автоматического регулирования выбирают в соответствии с рекомендациями разд.3 и данными табл.1 настоящего Пособия. ПРИМЕР 3. Прямоточная система кондиционирования воздуха (расчет управляемых процессов охлаждения и осушения воздуха в блоке БТМ-2 с противоточной схемой движения воды и воздуха). Исходные данные Противоточная схема соединения оросительной части и поверхностного теплообменника в блоке БТМ-2, а также рекомендуемая схема автоматического регулирования управляемых политропных процессов приведена на рис.14. Расчетные параметры наружного воздуха "Б" для теплого периода (г. Москва): tн = 28,5 °С, Jн=54 кДж/кг, (12,9 ккал/кг), барометрическое давление 990 гПа (745 мм рт. ст.). Производительность системы по воздуху - 30000 м3/ч. Система кондиционирования обеспечивает поддержание параметров воздуха в рабочей зоне: tc = 25 °С; = 50%. Перепад температур между приточным воздухом и воздухом в помещении 7,5 °С. Угловой коэффициент процесса = 10050 кДж/кг влаги (2400 ккал/кг). Требуется рассчитать блок как единый тепломассообменный аппарат, определить поверхность охлаждения теплообменника блока БТМ-2 и расход холодной воды, необходимые для осушения и охлаждения наружного воздуха до параметров притока. Решение 1. Принимаем прямоточную установку кондиционирования воздуха с блоком тепломассообмена БТМ-2, см. рис.14, обеспечивающим осушение и охлаждение приточного воздуха в теплый период года и адиабатное увлажнение в холодный и переходный периоды. Теплообменник второго подогрева не устанавливается, так как в блоке БТМ-2 реализуются управляемые процессы обработки наружного воздуха до параметров притока. Установка комплектуется из типовых секций центральных кондиционеров КТЦ-3 - 31,5. 2. В результате построений на J, d - диаграмме (рис.15) определяем параметры воздуха: до блока БТМ-2 tc1 = 28,5 °С; tp1 = 13,7 °С; J1 = 54 кДж/кг (12,9 ккaл/кг); после обработки воздуха в блоке БТМ-2, из условий t = 7,5 °С и = 10050 кДж/кг влаги (2400 ккал/кг), tc2 = 16,5 °С; J2 = 39,8 кДж/кг (9,5 ккал/кг). Температуру воды, подаваемой в оросительную часть блока, принимаем tвн = 6 °С. Теплосодержание насыщенного воздуха при этой температуре составляет Jвн = 25,1 кДж/кг (5 ккал/кг). 3. Принимаем к установке в блоке БТМ-2 двухрядный теплообменник со следующими конструктивными характеристиками: поверхность охлаждения F = 120,8 м2; живое сечение теплообменника блока по воздуху fж = 1,44 м2; живое сечение для прохода воды = 0,00296 м2; критерий глубины F 120 ,8 83 ,9 . f 1,44 Рис.14. Противоточная схема соединения оросительной части и поверхностного теплообменника блока БТМ-2 1 - блок тепломассообмена БТМ-2; 2 - поверхностный теплообменник блока; 3 - испаритель холодильной машины; 4 - насос; 5 и 8 - регулирующие клапаны; 6 - датчик температуры воздуха; 7 - датчик температуры воды; НВ и ПВ - наружный и приточный воздух ~ 4. Определяем величину J относительного изменения теплосодержания воздуха, см. уравнение (12) ~ J J 2 12 ,9 9,5 J 1 0,43 . J 1 J вн 12 ,9 5 5. Находим величину критерия R. При tp1 = 13,7 °С и значении разницы (tp1 - tвн) = 7,7 °С, по диаграмме, см. рис.7, находим R=2,45. 6. Определяем значение критерия M. t c1 t p1 28 ,5 13 ,7 M 1,922 . t вн t p1 6 13 ,7 7. Рассчитываем коэффициент орошения по формуле 21, решая ее относительно B. ~ ln 1 J R M 0 ,18 R 0 ,3 . B 0 ,35 F 0,196 fж B ln 1 0,43 2,45 1,922 0,18 2,45 0 ,3 0,6 0,196 83 ,9 8. Находим значение конечной температуры воды по уравнению теплового баланса J J2 12 ,9 9,5 t вк t вн 1 6 11,7 °С. B cW 0,6 1 9. Вычисляем значение величины J 1 J вн 12 ,9 5 Pt J 0 1,46 . 0,24 t с1 t вн 0,24 28 ,5 6 10. Определяем величину параметра Zt по формуле (22). Zt = 1 – [1 – exp(-0,16 · 0,61,65 · 83,90,5)] · 1,46-0,5 = 0,613. 11. По значению величины Zt находим температуру воздуха после его обработки в блоке БТМ-2. 0 ,35 tc2 = tвн + Zt(tc1 - tвк) = 6 + 0,613 (28,5 – 11,7) = 16,3 °С. Совпадение расчетной величины tc2 = 16,3 °C с предварительно заданной 16,5 °С вполне приемлемое. При значительном отличии рассчитанного значения tc2 от заданной величины (более 0,5 °С) расчет следует повторить при другой температуре воды. 12. Приведенный метод расчета позволяет рассчитывать процессы охлаждения и осушения воздуха в блоке БТМ-2, рассматривая его как единый тепломассообменный аппарат, и получить сразу суммарный процесс обработки воздуха, см. процесс 1-2 и т.2 на рис.15 Рис.15. Управляемые процессы охлаждения воздуха в блоке БТМ-2 с противоточным движением воды и воздуха 1-2 - суммарный процесс охлаждения и осушения воздуха в блоке БТМ-2 1-3 - процесс охлаждения в поверхностном теплообменнике блока БТМ-2 2-3 - процесс охлаждения и осушения в оросительной части блока БТМ-2 Расчет блока может быть выполнен и по элементам. При этом отдельно рассчитываются теплообменник блока [5] и оросительная часть его. Расчет блока по элементам выполняется методом последовательного приближения. Такой расчет позволяет определять температуру воды, поступающей в теплообменник блока после оросительной части tвнт, и параметры воздуха после теплообменника tc3; J3, см. точку 3 на рис.15. Для данного примера в теплообменнике блока наружный воздух охлаждается при постоянном влагосодержании водой, имеющей начальную температуру на входе tвнт = 8,7 °С, до параметров J3 = 47,35 кДж/кг (11,3 ккал/кг) и tc3 = 22 °С (т.3), а затем охлаждается и осушается в оросительной части блока до параметров притока, т.2; J2 = 39,8 кДж/кг (9,5 ккал/кг) и tc2 = 16,3 °С водой с начальной температурой 6 °С. Сравнение результатов расчета примеров 2 и 3 показывает, что использование блоков БТМ-2 с противоточной схемой движения воды и воздуха позволяет в 1,8 раза сократить требуемый коэффициент орошения для осуществления практически одинаковых управляемых процессов охлаждения и осушения воздуха. (Для примера 2 коэффициент орошения был равен 1,08, а для примера 3 он составил 0,6. Это позволяет уменьшить количество циркуляционной воды, мощность циркуляционного насоса, сократить расходы электроэнергии и т.д.). Отметим, что, как указывалось в п.4.18, расчет блока БТМ-2 как единого аппарата, а также его отдельных элементов выполняется по программе для ЭВМ, имеющейся в лаборатории кондиционирования воздуха ЦНИИЭП инженерного оборудования. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Зусманович Л.М., Брук М.И., Добрынина З.П. Рекомендации по расчету установок кондиционирования воздуха и вентиляции с управляемыми процессами адиабатной обработки воздуха. - М.: Стройиздат, 1985. 2. А.с. N 348828. Установка для тепловлажностной обработки воздуха. / Кронфельд Я.Г., Зусманович Л.И., Добрынина З.П. / Бюлл. изобретения. - 1972. - N 25. 3. Зусманович Л.М. Влагообмен при псевдоадиабатных и изотермических процессах увлажнения воздуха.// Водоснабжение и санитарная техника. - 1985, - N 8. 4. Зусманович Л.М. Полный теплообмен в смесительных контактных аппаратах при понижении энтальпии воздуха. / ЦНИИЭП инженерного оборудования. "Системы вентиляции, отопления в теплоснабжения". - 1983. 5. Рекомендации по расчету поверхностных воздухоохладителей для систем кондиционирования воздуха и вентиляции. B3-15. - М.: Сантехпроект. - 1969. ПРИЛОЖЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКА ОРОСИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ В КАМЕРАХ ОРОШЕНИЯ ОКФ-3 И БЛОКАХ ТЕПЛОМАССООБМЕНА БТМ-2 КОНДИЦИОНЕРОВ КТЦ-3 Таблица 1 Количество стояков, шт. Количество форсунок, шт. Марка Исполнение первый второй всего на первый на второй всего кондиционера ОКФ ряд ряд одном ряд одном ряд стояке стояке (первый (второй ряд) ряд) 1 2 1 3 6 12 6 6 18 КТЦ 3-10 2 2 2 4 6 12 6 12 24 1 4 3 7 6 24 6 18 42 КТЦ 3-20 2 4 4 8 6 24 6 24 48 1 4 3 7 9 36 9 27 63 КТЦ 3-31,5 2 4 4 8 9 36 9 36 72 1 4 3 7 12 48 12 36 84 KТЦ 3-40 2 4 4 8 12 48 12 48 96 1 9 7 16 9 81 9 63 144 КТЦ 3-63 2 9 9 18 9 81 9 81 162 1 9 7 16 12 108 12 84 192 КТЦ 3-80 2 9 9 18 12 108 12 108 216 1 18 14 32 9 162 9 126 288 КТЦ 3-125 2 18 18 36 9 162 9 162 324 1 18 14 32 12 216 12 168 384 2 1 18 26 18 20 36 46 12 9 216 234 12 9 216 180 432 414 1 1 26 26 26 20 52 46 9 12 234 312 9 12 234 240 468 552 2 26 26 52 12 312 12 312 624 КТЦ 3-160 КТЦ 3-200 КТЦ 3-250 Таблица 2 приложения Марка кондиционеров Марка насоса КТЦ 3-10 КТЦ 3-20 КТЦ 3-31,5 КТЦ 3-40 КТЦ 3-63 КТЦ 3-80 КТЦ 3-125 КТЦ 3-160 КТЦ 3-200 КТЦ 3-250 К 20/30 К 45/30 К 80-50-200 К 80-50-200 К 90/35 К 90/35 К 160/30 K 160/30 К 290/30 К 290/30 Количество форсунок, шт. 12 24 36 48 81 108 162 216 234 312 Электродвигатель мощность, частота вращения, кВт об/мин. 4 3000 7,5 3000 15 3000 15 3000 15 3000 15 3000 30 1500 30 1500 40 1500 40 1500
