Проектирование кондиционирования воздуха

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

1. ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ

 

    

Город	Казань
Помещение	Зал ожидания вокзала
Параметры внутреннего  воздуха: - ТПГ - ХПГ	tВ = 250С,  φВ = 60% tВ = 190С,  φВ = 35%
Параметры наружного  воздуха: - ТПГ - ХПГ	tН = 27,20С,  IН = 54,8 кДж/кг tН = -320С,  IН = -31,5 кДж/кг
Размеры помещения	24×36×6 м
Число людей	480 чел.
Теплопоступления	QС.Р. =14,4 кВт QОСВ = 8,4 кВт QОБ = 2,7 кВт
Влаговыделения	нет
Схема СКВ	с первой рециркуляцией, с форсуночной камерой  орошения
Параметры теплоносителя - ТПГ - ХПГ	70/50 0С 110/70 0С

 

 

Расчетные значения параметров наружного воздуха принимаются  по параметрам Б [1]. В качестве теплоносителя  для воздухонагревательных установок  первой ступени принимается вода из системы централизованного теплоснабжения; для второй ступени и для теплого периода года –70/50 ⁰C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ  КОЛИЧЕСТВА ВЫДЕЛЯЮЩИХСЯ ВРЕДНЫХ  ВЕЩЕСТВ 

И РАСЧЕТ НЕОБХОДИМЫХ ВОЗДУХООБМЕНОВ

 

Количество воздуха, подаваемого  в помещение для обеспечения  требуемых условий воздушной среды в рабочей или обслуживаемой зоне (полезную производительность СКВ), определяем расчетом на основании количества  избыточной теплоты, влаги и вредных веществ, поступающих в помещение, отдельно для теплого и холодного периода года.

 

2.1.     Величина воздухообмена по избыткам явной теплоты:

 

где       – избыточный поток явной теплоты в помещение, кВт;

               – температура воздуха в рабочей зоне, ⁰С;

               – температура приточного воздуха, ⁰С;

             – удельная теплоемкость воздуха, с_В = 1 кДж/кг.

В курсовой работе условно  принято, что параметры удаляемого из помещения воздуха, равны параметрам воздуха в обслуживаемой зоне.

Температура приточного воздуха определяется как:

где Dt – температурный  перепад,   зависит   от назначения помещения, его геометрических размеров,  места   подачи и способа распределения приточного воздуха; для общественных зданий при подаче  воздуха на высоте 4 ÷ 7м принимаем .

 

Расчет теплоизбытков  производится для теплого и холодного  периодов.

Теплый период года:

где      – явные теплопоступления от людей, кВт

 – поток явной  теплоты,    выделяемого   одним   человеком,  кВт, принимается   в зависимости   от температуры воздуха в помещении  и категории работы по табл.2.1.[7]; при спокойной работе и  ;

             n   – число людей, одновременно находящихся в помещении;  n=480 чел.

Холодный период года:

где      – явные теплопоступления от людей, кВт

 –  при спокойной работе  и  ;

 

 

 

 

 

 

 

3

2.2.  Воздухообмен по ассимиляции выделяющейся влаги

 

где      –  влагосодержание   удаляемого      воздуха    (соответствующее      и      в точке В по I-d диаграмме), г/кг с.в.;

               

  –  влагосодержание   удаляемого      воздуха    (соответствующее    и    в точке П по I-d диаграмме), г/кг с.в.;

W   –   избыточные влаговыделения в помещении, г/ч:

g_W  –   влаговыделения одним человеком, г/ч, принимаются в зависимости от температуры и категории работы по табл.2.1. [7];

W_ОБ – влаговыделения от оборудования, кг/ч, приведены в задании W_ОБ=0.

Для построения схемы  обработки воздуха в кондиционере необходимо найти величину углового коэффициента луча процесса  e, кДж/кг:

                                           

где     – избыточный поток скрытой тепловой энергии, кВт:

  – поток   скрытой   теплоты,   выделяемой   одним   человеком, кВт, принимаются в зависимости от температуры и категории работы по табл.2.1. [ 7 ];

 

Теплый период года:

 – при спокойной работе и ;

g_W  –   при спокойной работе и ;

, соответствующее      и      в точке В по I-d диаграмме ТПГ;

, полученное на луче  проведенном из точки В в точке пересечения П с изотермой по I-d диаграмме ТПГ;

 

Холодный период:

 – при спокойной работе и ;

g_W  –   при спокойной работе и ;

, соответствующее      и      в точке В по I-d диаграмме ХПГ;

Для определения  параметров приточного воздуха находим  его ассимилирующую способность  по влаге:

и вычисляем  влагосодержание приточного воздуха:

 

4

 

2.3.  Воздухообмен по борьбе с выделяющимися в помещение вредными парами и газами

 

Величина воздухообмена G₃ определяется из условия борьбы выделенным людьми углекислым газом СО₂, колличество которого заввисит от категории тяжести работ и принимается по табл. 2.1 [7].

где     r_В  – плотность воздуха, r_В = 1,2 кг/м³;

z_В   – предельно    допустимая    концентрация вредных веществ в воздухе, удаляемом из помещения; ПДК СО₂ в удаляемом воздухе для помещений с кратковременным пребыванием людей z_В = 3,2 г/м³;

z_П   –   концентрация    вредных   веществ   в    приточном    воздухе; для больших городов z_П = 0,8 г/м³;

         Z     –   количество вредных веществ, поступающих в воздух помещения

z     – количество вредных веществ, поступающих в воздух помещения от одного человека , при спокойной работе .

 

 

2.4.  Расчетный воздухообмен

 

За расчетный воздухообмен G принимаем максимальное значение из вычисленных G₁, G₂, G₃ для теплого периода года. 

Таблица 1

Воздухообмен	ТПГ	ХПГ
1. По избыткам явной  теплоты, G1, кг/ч	24003	40133
2. По ассимиляции выделяющейся  влаги, G2 кг/ч	15272	24369
3. По борьбе с вредными  выделениями, G3, кг/ч	10600	10600

 

Принимаем за расчетный  воздухообмен по избыткам явной теплоты  для ТПГ:

 

 

2.5. Количество рециркуляционного воздуха

 

где   G    –   расчетный воздухообмен, кг/ч;

 G_Н  – количество наружного воздуха, кг/ч. Для нахождения G_Н определяется минимальное количество нужного воздуха, подаваемое в помещение:

где   l – количество наружного воздуха на 1 человека , м³/ч; для общественных зданий с кратковременным (до 2 часов)  пребыванием людей l=20 м³/ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

3. ПОСТРОЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА НА  I-D  ДИАГРАММЕ.

 

       

3.1. Построение на I-d диаграмме процессов обработки воздуха

в кондиционере с первой рециркуляцией для теплого  периода года.

 

1. т.Н – параметры наружного воздуха ( ), находим .
2. т.В – параметры внутреннего воздуха ( )
3. т.П – параметры приточного воздуха (через т.В проводим луч процесса (п.п. 2.2) до пересечения с изотермой температуры приточного воздуха ).
4. т.О – параметры обрабатываемого воздуха на выходе из поверхностного воздухоохладителя (из т.П проводим линию до пересечения с кривой )
5. Отрезок П’П –  подогрев воздуха на 1°С в вентиляторе и приточных воздуховодах.
6. Отрезок ОП^’ характеризует процесс нагревания воздуха в  воздухонагревателе второго подогрева.
7. Отрезок ВВ^’ – процесс нагревания воздуха, удаляемого из помещения рециркуляционной системой, в вентиляторе и воздуховодах (из т.В вверх по линии ).
8. Отрезок В^’Н  характеризует процесс смешения наружного и рециркуляционного воздуха.
9. Влагосодержание смеси находится из выражения:

10. т.С – параметры воздуха перед поверхностным воздухоохладителем (пересечение линии В^’Н и ).

Влагосодержание смеси приточного и рециркуляционного воздуха больше влагосодержания приточного воздуха , следовательно, смесь должна охлаждаться и осушаться.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

Рис. 3.1.  I-d диаграмма процессов обработки воздуха в кондиционере

 с рециркуляцией воздуха для ТПГ

7

 

3.2.  Построение на I-d диаграмме процессов обработки воздуха

в кондиционере с первой рециркуляцией для холодного  периода года.

 

 

1. т.Н – параметры наружного воздуха ( ) .
2. т.В – параметры внутреннего воздуха ( )
3.   (п.п. 2.2)
4. т.П – параметры приточного воздуха при условии сохранения в холодный период года расчётного воздухообмена . (пересечение изотермы t_П = 14°С (п.п.2.1) с линией )
5. т.О –  соответствует параметрам воздуха на выходе из форсуночной камеры орошения (пересечение линий с кривой ).
6. Отрезок ОП характеризует процесс в воздухонагревателе второго подогрева.
7. Влагосодержание смеси находится из выражения:

8. т.С – параметры воздуха перед входом в камеру орошения (пересечение линии  через т.В и ). Т.к. точка смеси, находящаяся на линии ВН находится ниже кривой , то наружный воздух перед смешением его с рециркуляционным предварительно нагреваем его в воздухонагревателе первого подогрева.
9. НК – процесс подогрева воздуха в подогревателе первой ступени.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

Рис. 3.2.  I-d диаграмма процессов обработки воздуха в кондиционере

 с рециркуляцией  воздуха для  ХПГ

9

 

4. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 

УСТАНОВКИ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ  ВОЗДУХА 

И ПОДБОР ОБОРУДОВАНИЯ

 

4.1 Типоразмер кондиционера

 

     К установке принимаем центральный кондиционер КЦКП-20 с номинальной производительностью по воздуху  20000 м³/ч.

Таблица 4.1

Габаритные  размеры функциональных блоков кондиционера КЦКП-20:

 

Ширина, мм		1900
Высота, мм		2000
Длина, мм	Блок вентилятора	2050
	Смесительный  блок с 2 клапанами	665
	Фильтр  карманный	590
	Блок воздухонагревателя	320
	Блок воздухоохладителя	700
	Блок –камера  орошения	1600
	Промежуточная  камера	665

 

4.2 Смесительный блок

 

Служит для  организации поступления наружного  воздуха и его смешения с рециркуляционным воздухом в приточном агрегате. Оснащается воздушными клапанами с электропроприводом. В смесительной секции к панелям корпуса блока крепятся два клапана. Вертикальный на торцевой стенке используется для прохода наружного воздуха; верхний горизонтальный – для подачи рециркуляционного воздуха.

Аэродинамическое сопротивление  смесительного блока:

,

где     b    – коэффициент, принимаемый для смесительной секции  b=3,1;

          – площадь фронтального сечения, м² (приложение 2 [7].

 

 

4.3 Блок с фильтром

 

При проектировании системы СКВ  предусматриваем очистку наружного  воздуха от механических примесей. Кондиционер комплектуем фильтром карманного типа грубой очистки  G4. Фильтр размещаем за смесительной секцией.

 

Таблица 4.2

Эффективность очистки и сопротивление  фильтра

 

Класс очистки	Эффективность очистки повесу, %	Начальное сопротивление, Па	Рекомендуемое конечное сопротивление, Па	Скорость фильтрации, м/с
G4	92	42	250	1,5

 

 

 

 

10

 

4.4 Блок воздухонагревателя

 

Предназначен для нагревания воздуха  в секциях первого и второго  подогрева и представляет собой  многорядный пучок медных труб, оребрённых гофрированными пластинами из алюминиевой  фольги и заключённых в каркас из оцинкованной стали. Рассматриваем водяной воздухонагреватель без обводного канала. Подвод теплоносителя (воды) осуществляется к нижнему патрубку теплообменника.

В качестве исходных данных для расчета  принимаем:

G_В = 24003 кг/ч = 6,67 кг/с;

КЦКП – 20

Температура обрабатываемого воздуха:

• для ХПГ:      ВН I ст.   –   t_Н = -32⁰С;    t_К = -9⁰C

 ВН II ст.  –   t_Н = 1⁰С;       t_К = 14⁰C

• для ТПГ:       ВН II ст.  –   t_Н = 13⁰С;     t_К = 17⁰C

Расчетные параметры  теплоносителя (вода):

• для ХПГ:      ВН Iст.    –   110/70 °С

                                  ВН IIст.  –    70/50 °С

• для ТПГ        ВН IIст.  –    70/50 °С.

 

Расчёт I ступени подогревателя.

1. Определяем действительную массовую скорость воздуха:

2. Находим тепловую мощность воздухонагревателя:

3. Вычисляем массовый расход теплоносителя:

где – температуры теплоносителя на входе и на выходе из воздухонагревателя, ;

         – массовая теплоёмкость воды, .

4. Зададимся скоростью движения теплоносителя в трубках w = 0,5 м/с, а также числом рядов трубок  1  и шагом   пластин    2,5мм.   По таблице 4.3 [7]  определяем   коэффициент А = 21,68, учитывающий конструктивные характеристики теплообменника. По заданным величинам находим коэффициент теплопередачи:

5. Вычисляем необходимую площадь поверхности теплообмена:

где     - средняя температура теплоносителя,

6. По приложению 3 [7] принимаем воздухонагреватель с ближайшей большей поверхностью теплообмена .

• Количество рядов – 2
• Шаг между пластинами – 4 мм
• Коэффициент А – 21,68
• Коэффициент Б – 3,035
• Степень т – 1,72

7. Находим величину избыточного теплового потока:

 

11

8. Определяем аэродинамическое сопротивление воздухонагревателя:

9. Находим гидравлическое сопротивление воздухонагревателя.

 

 

Расчёт II ступени подогревателя для ХПГ.

1. Определяем действительную массовую скорость воздуха:

2. Находим тепловую мощность воздухонагревателя:

3. Вычисляем массовый расход теплоносителя:

4. Зададимся скоростью движения теплоносителя в трубках w = 0,7 м/с, а также числом рядов трубок  1  и шагом   пластин    1,8 мм.   По таблице 4.3 [7]  определяем   коэффициент А = 20,94, учитывающий конструктивные характеристики теплообменника. По заданным величинам находим коэффициент теплопередачи:

5. Вычисляем необходимую площадь поверхности теплообмена:

где     - средняя температура теплоносителя,

6. По приложению 3 [7] принимаем воздухонагреватель с ближайшей большей поверхностью теплообмена  .

• Количество рядов – 1
• Шаг между пластинами – 1,8 мм
• Коэффициент А – 20,94
• Коэффициент Б – 2,104
• Степень т – 1,64

7. Находим величину избыточного теплового потока:

8. Определяем аэродинамическое сопротивление воздухонагревателя:

9. Находим гидравлическое сопротивление воздухонагревателя.

 

Расчёт II ступени подогревателя для ТПГ.

1. Определяем действительную массовую скорость воздуха:

2. Находим тепловую мощность воздухонагревателя:

3. Вычисляем массовый расход теплоносителя:

4. Для ХПГ принят воздухонагреватель с поверхностью теплообмена  .

• Скорость движения теплоносителя в трубках w = 0,7 м/с
• Количество рядов – 1
• Шаг между пластинами – 1,8 мм                                                                                    12
• Коэффициент А – 20,94
• Коэффициент Б – 2,104
• Степень т – 1,64
• Коэффициент теплопередачи К = 30,95 Вт/(м²·°С)

5. Вычисляем необходимую площадь поверхности теплообмена:

6. Находим величину избыточного теплового потока:

7. Определяем аэродинамическое сопротивление воздухонагревателя:

8. Находим гидравлическое сопротивление воздухонагревателя.

 

 

4.5  Блок воздухоохладителя

 

Предназначен для охлаждения (осушения) воздуха в пластинчатых медно-алюминиевых  теплообменниках, конструкция которых  аналогична воздухонагревателям. Оснащаются поддоном, сепаратором-каплеуловителем и сифоном.

В качестве исходных данных для расчета  принимаем:

G_В = 24003 кг/ч = 6,67 кг/с;

КЦКП – 20

Температуры  и энтальпии обрабатываемого  воздуха для ТПГ:

•    t_Н = 26,5⁰С;    I_H = 56 кДж/кг;
•    t_К = 13⁰C;       I_K = 35 кДж/кг.

 

1. На I-d  диаграмме строим процесс обработки воздуха в ПВО. Находим точки Н и К, соответствующие начальному и конечному состоянию воздуха, и через них проводим прямую НК до пересечения с кривой в точке f, которая характеризует среднюю температуру наружной поверхности теплообменника . Полученное значение должно не менее чем на 3-6 больше температуры источника холода .
2. Далее в I-d  диаграмме строим эквивалентный по расходу холода условно сухой режим охлаждения. На линии в месте пересечения с линиями и находим значения начальной и конечной температуры воздуха для условно сухого режима охлаждения Н’К’.
3. Определяем массовую скорость воздуха во фронтальном сечении ПВО:

4. Зададимся скоростью движения холодоносителя в трубках хода  . а также числом рядов трубок  4  и шагом   пластин    2,5мм.   По таблице 4.3 [7]  определяем   коэффициент А = 20,94. По заданным величинам находим коэффициент теплопередачи:

5. Определяем показатель теплотехнической эффективности процесса охлаждения.

где       – температура холодоносителя (воды) на входе в ПВО, . Стандартной считается температура

6. Вычисляем массовый расход холодоносителя через теплообменник:

где    – разность температур холодоносителя в ПВО. Принимается равной

13

Рис. 4.1.  I-d диаграмма процесса сухого охлаждения

в поверхностном  вохдухоохладителе

14

7. Определяем значение показателя отношения теплоёмкости потоков воздуха и охлаждающей воды:

8. Из графика (рис. 4.3 [7])  по известным    находим значение показателя числа единиц переноса тепла
9. Вычисляем требуемую поверхность теплообмена ПВО:

9. По Приложению 3  [7] принимаем воздухоохладитель с ближайшей большей поверхностью теплообмена  .

• Количество рядов – 6
• Шаг между пластинами – 2 мм
• Коэффициент А – 20,94
• Коэффициент Б – 7,962
• Степень т – 1,59

Запас поверхности нагрева составляет:

10. Для принятого ПВО вычисляем аэродинамическое сопротивление:

где       – шаг между пластинами, мм;

  – число рядов трубок.

11. Находим гидравлическое сопротивление при прохождении воды по трубкам ПВО:

                                                            

 

 

4.6 Блок камера форсуночного орашения

 

Предназначена для испарительного охлаждения и увлажнения воздуха  в изоэнтальпийном режиме. Комплектуется  пластиковыми форсунками, пластинами воздухораспределения и каплеуловителем.

В качестве исходных данных для расчета принимаем:

G_В = 24003 кг/ч = 6,67 кг/с;

КЦКП – 20

• для ХПГ:       t_Н = 4⁰С;      t_К = 1⁰C
• для ТПГ увлажнение воздуха не требуется, т.к. влагосодержание смеси приточного и рециркуляционного воздуха больше влагосодержания приточного воздуха (п.п. 3.1).

                 

Расчет для ХПГ;