Расчет систем кондиционирования воздуха для жилых и общественных зданий (стр. 4 )

Рис. 2.1. Обработка воздуха в поверхностных воздухоохладителях кондиционеров

При известных параметрах воздуха на входе в воздухоохладитель (i1)и известной температуре поверхности воздухоохладителя байпас-фактор позволяет определить параметры воздуха на выходе из воздухоохладителя:

(2.4)

Тепловая нагрузка Q, кВт на оборудование системы кондиционирования как произведение массовой производительности М, кг/с вентилятора на разность энтальпий на входе и выходе из аппарата (i1,i2):

(2.5)

Количество подведенной или отведенной в аппарате влаги рассчитывается по формуле:

(2.6)

2.2 Выбор мощности кондиционера и параметров

внутреннего воздуха

Предварительно задаем параметры внутреннего воздуха tв, φв, исходя из диапазона требуемых (оптимальных ) значений. Наносим на i-d диаграмму точку В с указанными величинами.

Определяем положение точки Н (параметры наружного воздуха). Значение температуры и энтальпии наружного воздуха с [1].

Исходя из теплопоступлений, определенных в соответствии с разделом 1 настоящих методических указаний, определяем значение теплопоступлений в кондиционируемые помещения. Ориентируясь на полученную величину, выполняем предварительный выбор марки и мощности кондиционера [6]. Холодопроизводительность кондиционера должна превышать теплопоступления в помещения.

Для выбранного кондиционера по каталогу определяем следующие характеристики:

- холодопроизводительность (полная) Qк, кВт;

- расход воздуха Gк, кг/с;

- байпас-фактор BF.

Учитывая ранее определенное значение воздухообмена в помещениях Gпр, определяем параметры смеси наружного и внутреннего воздуха. Для этого определяем значение энтальпии смеси по следующей формуле:

iс =(Gв iв + Gн iн )/ Gк . (2.7)

На пересечении iс и отрезка между точками В и Н наносим точку С, параметры смеси воздуха. Воздух с этими параметрами будет поступать в кондиционер.

Уточняем мощность кондиционера с учетом параметров обрабатываемого воздуха. Для параметров смеси воздуха (точка С) определяем температуру мокрого термометра. По этому значению и характеристикам кондиционера, представленным в каталоге, определяем фактическую холодопроизводительность кондиционера. При необходимости используем интерполяцию.

По формуле (2.3) вычисляем значение i3 . В данной формуле i1 энтальпия смеси воздуха (точка С). На пересечении i3 и относительной влажности 100 % наносим точку 3, которая характеризует температуру поверхности теплообменника.

По формуле (2.4) определяем значение i2. На пересечении i2 и отрезка С3 наносим точку 2, которая будет характеризовать параметры воздуха на выходе воздуха из кондиционера, параметры приточного воздуха.

Для построения процесса изменения параметров воздуха внутри помещения определяем значение углового коэффициента луча процесса ε, кДж/кг, по формуле:

ε = Q / W, (2.8)

где Q - суммарный теплоприток, кВт;

W - суммарный влагоприток, кг/с.

При отсутствии данных о влаговыделениях внутри помещения возможно принимать ориентировочные значения ε.

Ориентировочные значения тепловлажностного отношения εп, кДж/кг, для различных помещений:

Квартиры, номера гостиниц÷ 17 000

Предприятия торговли и общественного питания 8 500 ÷ 10 000

Зрительные залы кинотеатров и театров 8 500 ÷ 10 000

Через точку 2, характеризующую параметры приточного воздуха, проводят луч процесса с выбранным значением углового коэффициента.

Для определения фактических параметров внутреннего воздуха вычисляем значение энтальпии воздуха:

iв1 =i2 – Q/Gк (2.9)

На пересечении Iв1 и луча процесса наносим точку В1.

Выполняем анализ полученных результатов.

Если точка В, принятая в качестве параметров внутреннего воздуха, совпала с точкой В1, то кондиционер выбран верно и он может обеспечить заданные параметры воздуха.

Если температура точки В1 оказалась выше заданной температуры внутри помещения, то холодопроизводительность кондиционера занижена и требуется кондиционер более высокой мощности.

Если температура точки В1 оказалась ниже заданной температуры внутри помещения, то холодопроизводительность кондиционера выбрана с запасом и кондиционер может работать в неполную мощность.

При несовпадении относительной влажности воздуха точек В и В1 требуется изменить положение точки, характеризующей параметры внутреннего воздуха, и выполнить повторный расчет.

3. Обработка воздуха в кондиционерах.

3.1 Методика расчета автономных, местных систем кондиционирования воздуха, с обработкой только внутреннего воздуха

Процессы обработки воздуха

Выбор и расчет систем кондиционирования воздуха в жилых и общественных помещениях имеют свои специфичные особенности. Они во многом определяются тепловым и воздушным балансом. К основным составляющим тепловых поступлений относятся: энергия солнечных лучей, проникающая в помещения непосредственно через световые проемы, и внутренние теплопоступления от людей, бытового и офисного оборудования. Выделения влаги (водяных паров), как правило, незначительное и в основном происходит за счет дыхания людей. В связи с этим угловой коэффициент луча процесса составляет достаточно большую величину, которая может превышать 10000 кДж/кг. На i-d диаграмме линия изменения состояния воздуха в помещении стремится к вертикали.

К особенностям жилых и общественных помещений можно также отнести и небольшое количество приточного воздуха. Его количество определяется исходя из санитарно - гигиенических требований. В этом случае количество воздуха на одного человека составляет всего м3 /ч.

Перечисленные особенности температурного и воздушного режима помещения требуют использования определенных типов кондиционеров воздуха, работающих на полной рециркуляции с подачей приточного воздуха минуя системы кондиционирования. К этим типам относятся бытовые кондиционеры (оконные и сплит-системы), а также некоторые модели фанкойлов.

Уникальность схемы обработки воздуха в бытовых кондиционерах заключается в том, что параметры внутреннего воздуха являются результирующими величинами двух процессов, происходящих непосредственно в помещении. Изменения параметров приточного воздуха происходит под воздействием теплоты и влагоизбытков при одновременном подмешивании наружного приточного воздуха. В этих системах кондиционирования воздуха отсутствуют специальные устройства для смешивания внутреннего и наружного воздуха.

Происходящие в помещениях процессы можно отобразить на i-d диаграмме (рис. 3.1). На ней представлены следующие обозначения:

*  точка Н – параметры наружного воздуха;

*  точка П – приточного воздуха;

*  точка В – внутреннего воздуха;

*  точка К – параметры воздуха, выходящего из кондиционера;

*  точка О – параметры воздуха в месте соприкосновения его с поверхностью испарителя.

Линия П – В характеризует изменение воздуха внутри помещения, причем параметры приточного воздуха являются результатом смеси наружного воздуха и воздуха, обработанного кондиционером.

Линия В – К характеризует изменение параметров воздуха при обработке его внутри кондиционера. При этом мощность кондиционера расходуется на изменение теплосодержания воздуха от значения, характеризующего внутренний воздух iв, до значения, характеризующего приточный воздух iк.

Рис. 3.1. Схема обработки воздуха в бытовых кондиционерах

Для определения мощности кондиционера Qк возможно использовать данные о тепловыделениях в помещении Qп и количестве приточного, наружного воздуха Lн :

Qк = Qп +1,2 Lн (iн - iв )/3,6 (3.1)

Точка, характеризующая параметры воздуха, выходящего из кондиционера, будет всегда находиться на отрезке прямой, соединяющей точки В и О, так как эти параметры будут являться смесью внутреннего воздуха, поступающего в кондиционер, и насыщенного воздуха, имеющего температуру поверхности испарителя. Параметры точки К могут быть определены исходя из перепада теплосодержания в кондиционере:

iв - iк = . (3.2)

Наряду с изменением теплосодержания при обработке воздуха в кондиционере уменьшается и влагосодержание от значения dв до dк. Уменьшение влагосодержания сопровождается выпадением конденсата. Объем влаги, выпавшей в виде конденсата, можно определить по следующей формуле

W = Gк(dв - dк)/1000 , (3.3)

Температура в точке О соответствует среднему значению температуры поверхности воздухоохладителя. Положение точки можно определить используя понятие байпас-фактора, который может выражаться следующим образом:

BF = (iк - iо )/ (iв - iо ) (3.4)

При известных параметрах воздуха на входе iв и выходе iк из в воздухоохладителя теплосодержание воздуха на поверхности воздухоохладителя можно определить следующим образом:

iо = iв – (iв - iк)/(1- BF) = iв – Qк/Gк(1 - BF

Параметры приточного воздуха будут формироваться в результате смешения воздуха, поступающего из кондиционера, и наружного воздуха. Определение теплосодержания приточного воздуха Iпр может быть произведено на основании рассмотрения теплового баланса:

iс = iп = ( Lк iк + Lн iн)/(Lк + Lн ) (3.6)

Выбор исходных данных для расчетов

Параметры наружного воздуха выбираются в соответствии с климатическим районом строительства. Однако на значение этих параметров может существенное влияние оказывать и уровень комфорта жилого помещения. Косвенным образом это учитывается при выборе коэффициента обеспеченности поддержания внутренних параметров. В свою очередь коэффициент обеспеченности соизмеряют с градациями климата, которые представлены в строительных нормах и правилах [3].

При выборе параметра Б [5] температура наружного воздуха не должна превышать указанное значение более чем на 220 часов в год. С учетом тепловой инерции ограждающих конструкций этого оказывается достаточным для обеспечения высокого уровня требований.

При среднем уровне требований расчетную температуру наружного воздуха возможно снизить на 2 оС по сравнению с параметром Б.

Использование параметра А допускается только при низком уровне требований, если это оговорено в задании на проектирование системы кондиционирования.

Действующие нормативы не регламентируют зависимость выбора наружных параметров воздуха от требуемого уровня комфортности, поэтому расчетные параметры внутреннего воздуха должны уточняться на стадии выдачи задания.

При выборе параметров внутреннего воздуха следует руководствоваться требованиями ГОСТ [2]. При расчетных наружных температурах до 30 оС возможно принимать температуру внутреннего воздуха в диапазоне оптимальных параметров. При расчетной температуре выше tн >30 оС необходимо ориентироваться на разность температур внутреннего и наружного воздуха, которая не должна превышать 8 оС. При более высокой разнице температур у человека возникают ощущения дискомфорта при входе в кондиционируемое помещение и при выходе из него [2].

Количество наружного приточного воздуха необходимо выбирать из обеспечения необходимой санитарной нормы на одного человека. В зависимости от интенсивности работы и наличия курения (общественные здания) воздухообмен на одного человека может составлять от 25 до 60 м 3/ч.

Последовательность выполнения расчетов

Целью расчетов является определение параметров внутреннего и приточного воздуха и выбора мощности кондиционера для конкретного помещения с учетом выделений теплоты и влаги. Вычисления выполняются в следующей последовательности:

1.   Полные избыточные поступления теплоты в помещение:

(3.7)

где - тепловыделения от солнечной радиации, Вт;

- полные тепловыделения внутри помещения, Вт.

При вычислении полных тепловыделений внутри помещения необходимо учитывать затраты тепловой энергии на испарение влаги.

2.   Влаговыделения в помещении Wпом определяют как сумму выделений влаги от людей Wл. и от оборудования Wоб:

Wпом=Wл.+Wоб. (3.8)

Влаговыделения от людей вычисляется по формуле

Wл = n ∙ w (3.9)

где n - количество людей в помещении;

w - влаговыделения от одного человека, г/ч.

Влаговыделения от людей необходимо определять с учетом температуры внутреннего воздуха.

3.   Численное значение луча процесса может быть определено как отношение полных тепловыделений к влаговыделениям:

. (3.10)

4.   Определяем количество приточного (наружного) воздуха Gприт, кг/ч, из расчета санитарной нормы на одного человека и расчетного количества людей n в данном помещении

Gприт = 1,2 n g, (3.11)

где g - норма воздуха на одного человека, м3/ч.

5.   Выбираем значение параметров наружного воздуха (tн iн, dн) исходя из климатического района строительства и необходимого уровня обеспеченности внутренних параметров [3]. Наносим на i-d диаграмму точку Н, характеризующую параметры наружного воздуха.

6.   Выбираем значение относительной влажности и температуры внутреннего воздуха tв в пределах оптимальных или допустимых значений в зависимости от уровня комфорта помещения и температуры наружного воздуха. Наносим точку В на i-d диаграмму. Уточняем значение влагосодержания dв, г/кг, и теплосодержания iв, кДж/кг, внутреннего воздуха.

7.   Определяем количество тепла, поступающего с наружным воздухом в помещение, по следующей формуле:

Qн = Gприт (iн - iв) (3.12)

8.   Производим предварительный выбор марки кондиционера исходя из теплопоступлений в помещение с учетом теплоты, поступающего с приточным воздухом:

Qк = Qизбп + Qприт. (3.13)

9.   По формуле (2.2) определяем теплосодержание воздуха на выходе из кондиционера. Наносим на диаграмму положение точки О, характеризующее среднею температуру поверхности теплообменника кондиционера. Для этого по формуле (2.5) вычисляем значение iо и на пересечении с φ = 100 % наносим точку О.

На пересечении линии iк и линии В - О наносим точку К. Уточняем значение параметров воздуха в этой точке (tк, dк).

10.   Определяем количество влаги, сконденсированной при охлаждении в кондиционере

Wк = Gк (dв - dк). (3.14)

11.   Определяем количество влаги, поступающей в помещение :

Wпом = Wп + Gн (dн - dв) (3.15)

12.   При равенстве значений Wк и Wпом производим дальнейшие вычисления. В случае, если Wпом > Wк, то это означает, что принятое значение относительной влажности внутреннего воздуха меньше фактического значения, обеспечиваемого данным кондиционером. Увеличивая относительную влажность внутреннего воздуха, повторяем вычисления начиная с пункта 6.

Если Wпом < Wк, то это свидетельствует о том, что принятое значение относительной влажности внутреннего воздуха выше фактического значения обеспечиваемого данным кондиционером. Уменьшаем относительную влажность внутреннего воздуха и повторяем вычисления начиная с пункта 6.

13.   Вычисляем значение теплосодержания приточного воздуха iп по формуле (2.6). Соединяем отрезком прямой точку Н и К На пересечении этого отрезка с теплосодержанием приточного воздуха iп наносим точку П. Уточняем параметры приточного воздуха (tп, dп).

14.   В качестве проверки определяем значение теплосодержания приточного воздуха, исходя из выделений теплоты в помещении по следующей формуле:

(3.16)

Если значения теплосодержания полученные по формуле (2.14) и в соответствии с пунктом 13, совпадают, то вычисления выполнены правильно. Если разница этих значений превышает точность вычислений, необходимо проверить все ранее произведенные вычисления.

3.2 Методика расчета систем кондиционирования воздуха с постоянной подачей наружного воздуха

Процессы обработки воздуха

В отличие от жилых помещений, где присутствие людей носит временный и кратковременный характер, в ряде общественных помещений время пребывания людей может составлять весь рабочий день. К таким помещениям относятся магазины, кафе, рестораны, выставочные залы, конференц-залы и т. д. В них необходимо поддерживать продолжительное время достаточно высокий воздухообмен, т. е. организация воздухообмена должна предусматривать механическую подачу свежего, наружного воздуха.

Для этих целей наиболее рационально использовать кондиционеры воздуха типа “Сплит-система с приточной вентиляцией”, состоящих из двух блоков - компрессорно-конденсаторного (внешнего) и испарительного (внутреннего). К особенностям конструкции можно отнести наличие двух устройств для забора воздуха (рециркуляционного из помещения и наружного воздуха). Соотношение свежего и рециркуляционного воздуха регулируется смесительной камерой в соответствии с санитарно-техническими требованиями. Для изменения подачи наружного воздуха может устанавливаться регулируемая решетка.

В испарительном блоке происходит обработка всего воздуха после его смешения. При обработке воздух очищается, охлаждается, а при необходимости нагревается.

В соответствии с существующей классификацией сплит-системы с приточной вентиляцией можно отнести к кондиционерам с первой рециркуляцией, т. е. когда смешение наружного и рециркуляционного воздуха осуществляется до его обработки. Схему обработки воздуха можно выразить в графическом виде на i-d диаграмме рисунок 3.2. На ней представлены следующие обозначения:

*  точка Н – параметры наружного воздуха;

*  точка П – приточного воздуха;

*  точка В – внутреннего воздуха;

*  точка С – смеси приточного и наружного воздуха;

*  точка О – параметры воздуха в месте соприкосновения его с поверхностью испарителя.

Линия П – В характеризует изменение воздуха внутри помещения, причем параметры приточного воздуха являются результатом смеси наружного воздуха и воздуха после кондиционера.

Линия С – К характеризует изменение параметров воздуха при обработке его внутри кондиционера. При этом мощность кондиционера расходуется на изменение теплосодержания воздуха от значения параметров смеси воздуха iс до значения, характеризующего приточный воздух iп.

Для определения мощности кондиционера Qк возможно использовать данные о тепловыделениях в помещении Qп и количестве приточного, наружного воздуха Lн по формуле (3.1).

Точка, характеризующая параметры воздуха, выходящего из кондиционера, будет всегда находиться на отрезке прямой, соединяющей точки С и О, так как эти параметры будут являться смесью внутреннего воздуха, поступающего в кондиционер, и воздуха, имеющего температуру испарителя кондиционера и 100 % влажность.

При известных параметрах воздуха на входе iс и выходе iп из воздухоохладителя теплосодержание воздуха на поверхности воздухоохладителя можно определить следующим образом:

iо = iс – (iс - iп)/(1- BF) = iс – Qк/Gк(1 - BF) (3.17)

Рис. 3.2. Схема обработки воздуха в Сплит-системах с приточной вентиляцией.

Параметры точки П могут быть определены исходя из перепада теплосодержания в кондиционере:

iв - iп = . (3.18)

Наряду с изменением теплосодержания при обработке воздуха в кондиционере уменьшается и влагосодержание от значения dс до dп. Уменьшение влагосодержания сопровождается выпадением конденсата. Объем влаги выпавшей в виде конденсата можно определить по следующей формуле (3.3)

Параметры точки С будут формироваться в результате смешения воздуха поступающего в количестве Lр из помещения и наружного воздуха в количестве Lн. Положение точки С всегда будет находиться на отрезке прямой, соединяющей точки В и Н. Определение теплосодержания воздуха iс может быть произведено на основании рассмотрения теплового баланса:

iс = ( Lр iв + Lн iн)/Lк (3.19)

,

Выбор исходных данных для расчетов

Выбор исходных данных производится в соответствии с требованиями, изложенными в параграфе 3.1 настоящих МУ. При использовании сплит - систем с приточной вентиляцией для конкретных помещений необходимо учитывать нормируемые параметры для данных помещений.

Последовательность выполнения расчетов

Целью расчетов является определение параметров внутреннего и приточного воздуха и выбора мощности кондиционера для конкретного помещения с учетом выделений тепла и влаги. Вычисления выполняются в следующей последовательности:

1.   Полные избыточные поступления тепла в помещение:

(3.20)

где - тепловыделения от солнечной радиации, Вт;

- полные тепловыделения внутри помещения, Вт.

При вычислении полных тепловыделений внутри помещения необходимо учитывать затраты тепловой энергии на испарение влаги.

2.   Влаговыделения в помещении определяют как сумму выделений влаги от людей и от оборудования:

Wпом=Wл.+Wоб. (3.21)

Влаговыделения от людей вычисляется по формуле (3.9)

Влаговыделения от людей необходимо определять с учетом температуры внутреннего воздуха.

3.   Численное значение луча процесса может быть определено как отношение полных тепловыделений к влаговыделениям по формуле (3.10).

4.   Определяем количество приточного (наружного) воздуха из расчета санитарной нормы на одного человека и расчетного количества людей n в данном помещении по формуле (3.11).

5.   Выбираем значение параметров наружного воздуха (tн iн, dн) исходя из климатического района строительства и необходимого уровня обеспеченности внутренних параметров. Наносим на i-d диаграмму точку Н характеризующую параметры наружного воздуха.

6.   Выбираем значение относительной влажности и температуры внутреннего воздуха tв в пределах оптимальных или допустимых значений в зависимости от уровня комфорта помещения и температуры наружного воздуха. Наносим точку В на i-d диаграмму. Уточняем значение влагосодержание dв и теплосодержания iв внутреннего воздуха.

7.   Определяем количество тепла поступающего с наружным воздухом в помещение по следующей формуле (3.12)

8.   Производим предварительный выбор марки кондиционера, исходя из потребной мощности кондиционера, которая вычисляется с учетом теплопоступлений в помещение и количеством тепла поступающего с приточным воздухом по формуле (3.13).

9.   По формуле (3.19) определяем теплосодержание iс смеси рециркуляционного и наружного воздуха. На пересечении линии iс и линии В - Н наносим точку С. Уточняем значение параметров воздуха в этой точке (tс, dс).

10.   По формуле (3.17) определяем теплосодержание воздуха при его контакте с теплообменником. На пересечении линии iп и линии В - t наносим точку П. Уточняем значение параметров воздуха в этой точке (tп, dп).

11.   Определяем количество влаги сконденсированной при охлаждении в кондиционере по формуле (3.3).

12.   Определяем количество влаги, поступающей в помещение c учетом влаги с приточным воздухом по формуле (3.15).

13.   При равенстве значений Wк = Wпом производим дальнейшие вычисления. В случае, если Wпом > Wк, то это свидетельствует о том, что принятое значение относительной влажности внутреннего воздуха меньше фактического значения, обеспечиваемого данным кондиционером. Увеличиваем относительную влажность внутреннего воздуха и повторяем вычисления начиная с пункта 6.

Если Wпом < Wк, то это свидетельствует о том, что принятое значение относительной влажности внутреннего воздуха выше фактического значения обеспечиваемого данным кондиционером. Уменьшаем относительную влажность внутреннего воздуха и повторяем вычисления начиная с пункта 6.

14.   Вычисляем значение теплосодержания приточного воздуха iп по формуле (3.16). Соединяем отрезком прямой точку Н и К На пересечении этого отрезка с теплосодержанием приточного воздуха iк наносим точку П. Уточняем параметры приточного воздуха (tп, dп).

15.   В качестве проверки определяем значение теплосодержания приточного воздуха, исходя из выделений тепла в помещении по формуле (3.16).

Если значение теплосодержания, полученное по формуле (2.13), и в соответствии с пунктом 10 совпадают, то вычисления выполнены правильно. Если разница этих значений превышает точность вычислений, необходимо проверить все ранее произведенные вычисления.

ЛИТЕРАТУРА

1.  , Балуева вентиляции и кондиционирования. Теория и практика. М.:Евроклимат, 200с.

2.  ГОСТ 30494. Здания жилые и общественные, Параметры микроклимата в помещениях. –М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 1999.-9с.

3.  СНиП . Строительная климатология и геофизика. –М.: Госстрой России, 2004.

4.  СНиП . Тепловая защита зданий. –М.: Госстрой России, 2004.

5.  СНиП . Отопление, вентиляция и кондиционирование / Госстрой России. – М.: , 200с.

6.  Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Ч.3.Кн.1 – М.:Стройиздат, 1992.

Редактор

Темплан 2010г., поз. 224

Подписано в печать 16.03.10.Формат 60 x 84/16.

Бумага писчая. Ризограф.

Уч.–изд. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ

Редакционно-издательский центр

Ростовского государственного строительного университета

Ростов-на-Дону, 22, Социалистическая, 162