Проектирование системы кондиционирования воздуха

Курсовая работа
Содержание скрыть

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 , подвижности 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 , , 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:

1. 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.

13 стр., 6491 слов

Определение степени загрязнения воздуха школьных помещений по ...

... средой для развития микроорганизмов, т.к. он не содержит питательных веществ для них. В связи с этим целью данной исследовательской работы стало определение степени загрязнения воздуха школьных помещений по микробиологическому показателю. ... их развития - свободный доступ кислорода и кислая реакция среды. Они могут развиваться и при влажности окружающей среды 10-15 %, рН 1,5-11, температуре до - 1ГС, ...

2. 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.

3. 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: ab …………..……………………………..….2418м

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

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;
  • вн = 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 i, м

Коэффициент теплопроводности i, 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

3.1 Расчет теплопритоков

3.1.1 Суммарный теплоприток

Q=Qогр+Qрад+Qоб+Qл+Qосв+Qинф+Qскр

где: Qогр — теплопритоки через ограждения, кВт;

  • Qрад — теплопритоки от солнечной радиации, кВт;
  • Qоб — теплопритоки от работающего оборудования, кВт;
  • Qл — теплопритоки от работающих людей, кВт;
  • Qосв — теплопритоки от освещения, кВт;
  • Qинф — теплопритоки от инфильтрации наружного воздуха, кВт;
  • Qскр — скрытые теплопритоки (с поступающим паром от других источников), кВт;

3.1.2 Теплопритоки через ограждения

Qогр=k·F·

где: k-коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м2°С);

  • F-площадь ограждения, м2;
  • t-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: н и в — наружный и внутренний коэффициенты теплоотдачи,

н=23,3 Вт/(м2°С), в=9 Вт/(м2°С),[6,табл.2.10];

  • /- 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; tс- избыточная разность температур от солнечной радиации,°С, принята по [6,табл. 7.2]. tс=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/м2

F- площадь 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

t, 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

Qоб=Nоб *Ки*Ко ,кВт

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

Qл=qчел*n ,кВт

где qчел- удельное тепловыделение одного человека, Вт/чел;

  • n- количество работающих, чел.

Исходя из характера работы и расчетных температур в помещении по [6,табл.10.2] теплоприток от людей составляет:

qчел=157Вт/чел,

Расчет теплопритока сведен в таблице 3.5.

3.1.6 Теплопритоки от освещения

Qосв=qосв*F ,кВт

где qосв- удельное освещение, qосв=4,5 Вт/м2 [6, стр. 66];

  • F- 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

3.2.1.Влагопритоки от людей

Количество влаги, выделяемой людьми, Wл (в кг/с) подсчитывают по формуле:

Wл=чел*n (3.10)

где чел—влаговыделение одного человека, кг/с,

n—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

л*10-6, кг/с

n, человек

Wл, кг/с

20,8

40

0,832*10-3

3.2.2 Влагопритоки от испарения воды со смоченной поверхности пола

Wсмоч= Fсмоч (Pп»-Pп’)101200/Pбар ; (3,11)

где — коэффициент влагообмена между воздухом и водой,

=(0,372+0,316·)*10-7 кГ/(м2Па·с) [2, стр.185],

где -скорость воздуха у поверхности воды, принята =0,5 м/с, отсюда

=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.

Fсмоч- площадь смоченной поверхности пола,

Расчет и его результаты сведены в таблицу 3.7.

Таблица 3.7 Расчет влагопритока от пола

Fсмоч, м2

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

Wдр=6 кг/ч =1,67*10-3г/с.

3.2.4 Определение суммарного влагопритока

Суммарный влагоприток определяется путем сложения всех полученных влагопритоков, по формуле

W=Wсмоч+Wл+Wдр, (3.12)

где: Wсмоч-влагопритоки от испарения воды со смоченной поверхности пола, кг/с;

  • Wл-влагопритоки от работающих людей, кг/с;
  • Wдр-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;
  • где W-суммарные влагопритоки в помещение, кг/с (см.

п.3.2.4);

  • iпом-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

По величине суммарных тепло- и влаговыделений определяем тепловлажностный коэффициент кДж/кг: =Q/W (3.14)

Таблица 3.11 Расчет тепловлажностного коэффициента

Сезон

Q, Вт

W, кг/с

, кДж/кг

Лето

58843,31

0,00254

23166,65748

Зима

-12516,973

0,00254

4927,942

По завершению расчета тепло

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

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/proektirovanie-sistem-konditsionirovaniya/

1,67*10-3

1,67*10-3

От инфильтрации

Итого

0,00254

0,00254

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

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 tр = 5°С [7, стр. 181]. Из точки В на диаграмме, с учетом тепловлажностного коэффициента е, строим процесс в помещении и находим точку П.

Определяется необходимое количество подаваемого (приточного) воздуха.

а) Расчет по разности энтальпий:

G мас = УQобщ / (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:

G мас = Qявн / (Св tр) = 58773,46/5000=11,8 кг/с, (4.2)

где Св = 1 кДж/(кг °С) — теплоемкость воздуха.

в) Расчет по разности влагосодержания:

G мас = УWобщ / (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:

G н = 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 = 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;

G общ=(Gpl+Gн)= 11,8 кг/с;

Тогда:

G p=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

, %

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:

Q о 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:

Q к 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 tр = 5 °С [7, стр. 181]. Из точки В на диаграмме с учетом тепловлажностного коэффициента е, 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:

G мас = Qявн / (Св tр) = -12586,8/5000=2,52кг/с, (4.12)

где Св = 1 кДж/(кг °С) — теплоемкость воздуха.

в) Расчет по разности влагосодержания:

G мас = 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 = 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

, %

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:

Q о 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:

Q к зим = 1,1Gобщ (iп — iм) =1,1*6,3*(30,1-19)=63 кВт. (4.18)

Основные технические данные:

  • подача воздуха 40 тыс. м3/час;
  • размеры секции 31451739 мм;
  • площадь фронтальная fф = 5,47 м2.

5.1 Расчет камеры орошения

кондиционирование воздух холодильный теплоприток

Задача расчета.

Рассчитать основные параметры камеры орошения и

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 = 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:

w в = =м/с (5.2)

Теоретический коэффициент орошения:

т = 2,95()-0,563 (Lg 1/(1-Е))1,17 = 1,545 кг/кг (5.3)

Коэффициент орошения:

= т x y = 1,262 кг/кг (5.4)

где x = 0,86 y = 0,95 — поправочные коэффициенты.

Расход воды в камере орошения:

W = (Gн + Gр) = 1,262*11,8*3600=53621 кг/ч (5.5)

Температура воды на выходе из камеры орошения:

twк=tk-1=5-1=4°С

Подогрев воды в камере орошения:

t = 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:

tw н = twк — t = 4-2,6=1,4°С (5.7)

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 = 100 % (т.К’).

Определяем температуру точки К — tк = 5.40C.

Коэффициент эффективности камеры орошения:

Е = ==0,8 (5.11)

Число рядов форсунок,

Z = 1; F = 5,47 м2; n’ = 18 шт/м2; n = 99 шт.

Массовую скорость воздуха в камере орошения определяем как:

w в = =м/с (5.12)

Теоретический коэффициент орошения:

т = 2,95(

Коэффициент орошения:

= т x y = 1,262 кг/кг (5.14)

где x = 0,86 y = 0,95 — поправочные коэффициенты.

Расход воды в камере орошения:

W = (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, По каталогам подбираем наиболее близкую из существующих камер орошения: камера марки 0

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

165

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:

w = Qвп / (в 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. в = 971,8 кг/м3 — плотность воды;

  • fтр — площадь живого сечения трубок калорифера для прохода воды.

Массовая скорость движения воздуха:

в = Gв / fвозд = 11,8/1,44=8,194 кг/(м2 с) (5.19)

Коэффициент теплопередачи ВП по [6, табл. 14.5

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

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

6.1 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 l = 0,25 м/с (по условиям комфортного кондиционирования).

Объемный расход воздуха: L = 36000 м3/ч=10 м3/с;

  • Размеры помещения: 18245 м;
  • Параметры воздуха в помещении: 12 °С;
  • Рабочая разность температур: Дt = 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 = в dэ / н (6.4)

Определяем величину коэффициента трения на участке по формуле:

= 0,11( k/dвн+64/Re)0,25 для Re > 100000 (6.5)

= 1/(1,82 lg Re-1.64)2 для Re < 100000

Падение давления на участке, вызванное трением:

Ртр = (L / dэ) (wв2 / 2), Па (6.6)

где L — длина данного участка воздуховода, м;

  • = 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:

Рм = (wв2 / 2), Па (6.11)

где — 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

, м/с

d м

Re

Hтр 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

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:

Р = (Ртр + Рм) Р = 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%

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