Разработка и расчет системы кондиционирования воздуха учебной аудитории

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Системы кондиционирования воздуха (СКВ) представляют собой совокупность технических средств, служащих для приготовления, транспортирования и распределения воздуха. Комплекс СКВ в обязательном порядке включает средство автоматизации. Существует множество методов обработки воздуха, причем каждый из методов отличается уровнем энергопотребления и уровнем инвестиций на устройство кондиционера, следовательно, при проектировании СКВ необходимо рассматривать несколько вариантов обработки воздуха и выбирать тот вариант, который технически реализуем, имеет минимум энергозатрат, минимальные инвестиции.

1. Исходные данные

Проектирование производим для г. Орел.

Избыточное количество теплоты для зимы Qиз=33 кВт.

Избыточное количество теплоты для лета Qил=43,3 кВт.

Избыточное количество влаги Ми=14,9 кг/час.

Рабочая разность температур между температурой внутреннего воздуха и приточного воздуха равна t0=3,5С.

Таблица 1. Климатические параметры наружного воздуха

Период	Параметры А	Параметры Б
	температура воздуха, °С	удельная энтальпия, кДж/кг	скорость ветра, м/с	температура воздуха, °С	удельная энтальпия, кДж/кг	скорость ветра, м/с
Теплый	23,1	49,8	3,9	29,7	55,6	3,9
Холодный	-13	-10,5	5,2	-26	-25,3	5,0

2. Выбор расчётных параметров наружного и внутреннего воздуха

Выбор параметров осуществляется в соответствии с техническими условиями, выдаваемыми заказчиками.

Назначается класс зданий для систем кондиционирования воздуха.

Системы кондиционирования воздуха следует принимать:

· первого класса - для обеспечения метеорологических условий, требуемых для технологического процесса;

· второго класса - для обеспечения метеорологических условий в пределах оптимальных норм или требований технологического процесса;

· третьего класса - для обеспечения параметров микроклимата в пределах допустимых норм, если они не могут быть обеспечены вентиляцией в теплый период года без применения искусственного охлаждения воздуха, или оптимальных норм -- при экономическом обосновании или на основании задания на проектирование.

Параметры наружного воздуха для жилых общественных, административно бытовых и производственных помещений следует выбирать для систем кондиционирования воздуха 2 класса.

Расчётные параметры наружного воздуха для жилых, общественных, административных, бытовых и производственных помещений следует принимать:

· параметры А -- для систем вентиляции, воздушного душирования и кондиционирования воздуха третьего класса для теплого периода года;

· параметры Б -- для систем отопления, вентиляции, воздушного душирования и кондиционирования воздуха для холодного периода года и для систем кондиционирования воздуха первого класса для теплого периода года. Для систем кондиционирования воздуха второго класса следует принимать температуру наружного воздуха для теплого периода года на 2 °С и удельную энтальпию на 2,0 кДж/кг ниже установленных для параметров Б.

Проектируемый кондиционер будет обслуживать учебную аудиторию на 75 человек в соответствии с категорией (2 категория - помещения, в которых люди заняты умственным трудом, учебой) выбранного помещения, назначаем расчётные параметры внутреннего воздуха.

Значения расчетных параметров воздуха сведены в таблицу 2:

Таблица 2: Расчетные значения параметров наружного и внутреннего воздуха

Характер помещения, для которого проектируется СКВ	Расчетные параметры воздуха для СКВ
	Период года	наружного	внутреннего
		температура воздуха, °С	удельная энтальпия, кДж/кг	оптимальная температура воздуха, °С	оптимальная относительная влажность, %
Аудитория 75 чел.	холодный	-26	-25,3	19-21	45-30
	теплый	27,7	53,6	23-25	60-30

3. Расчет производительности СКВ для теплого и холодного периодов года

Производительность СКВ определяется на основании требований, предъявляемых к этим системам.

Приточный воздух должен ассимилировать уходящие из помещения вредности, например газы, теплоту, влажность и др.

Определение производительности СКВ для теплого периода года:

1. Наносим на I-d диаграмму оптимальные расчетные внутренние параметры воздуха. Температура рабочего воздуха определяется из этого диапазона, для теплого периода она будет равна максимальной температуре этого диапазона.

2. Определяем тепловлажностное отношение или луч процесса. Тепловлажностное отношение или луч процесса - отношение избытков теплоты к избыткам влаги.

, кДж/кг.

3. Наносим луч процесса.

4. Путем параллельного переноса луч процесса перемещается на расчетную точку (точка В).

5. От расчетной точки по лучу процесса откладывается значение Дt0 и таким образом получаем точку П, которая характеризует значения параметров приточного воздуха.

6. Определяем расчетную производительность СКВ по воздуху для теплого периода года:

, м3/ч.

Определение производительности СКВ для холодного периода года проводим таким же путем, как и для теплого периода года.

Температура рабочего воздуха для холодного периода будет равна минимальной температуре диапазона оптимальных параметров.

Тепловлажностное отношение или луч процесса для холодного периода года:

, кДж/кг.

Расчетную производительность СКВ по воздуху для холодного периода года:

, м3/ч.

4. Выбор режима работы СКВ

Для обеспечения постоянного аэродинамического режима сети, принимаем, что общая производительность кондиционера по воздуху летом и зимой будет одинакова.

Если мы не принимаем Lз= Lл, то придется делать сезону наладку.

СКВ должна обеспечить подачу санитарной нормы наружного воздуха, т.е. Lн должно быть равно или не меньше санитарной нормы подачи наружного воздуха в обслуживаемом помещении:

Lн?0,1L,

где L=Lл, м3/ч - производительность кондиционера;

Lн=Lуд•n, м3/ч,

где n=80 человек - количество людей в помещении; Lуд - норма подачи наружного воздуха на человека. Зависит от назначения помещения и характера деятельности человека в этом помещении. Lуд=30…60 м3/ч. Я принимаю Lуд=60 м3/ч.

Lн=60•75=4500 м3/ч,

4500?0,1•25980м3/ч - т.е. санитарные требования будут выполняться;

Lн назначается в соответствии с технологическими требованиями производства. В отдельных случаях рециркуляция полностью запрещается. Например, операционная, молодняк и т.д.

Исходя из выше вышеперечисленных требований, принимаем Lн=4500 м3/ч, тогда:

Gн=4500•1,2=5760кг/ч, (17%),

Gв=21480•1,2=25776кг/ч, (83%).

5. Построение процесса кондиционирования воздуха для теплого периода года

Вариант №1: обработка воздуха с помощью воздухоохладителя.

В данном случае можно провести процесс без конденсации и без применения калорифера. Наружный воздух с расчетными параметрами поступает в прямоточный кондиционер (точка Н). В кондиционере он обрабатывается в воздухоохладительной камере до точки 1. 1-П - подогрев воздуха в вентиляторе, который составляет примерно 10С. П-В - ассимиляция тепло- и влагоизбытков в помещении.

Находим нагрузку холодильной машины:

кДж/ч,

где с=1,2кг/м3.

Вариант №2: прямоточный кондиционер с рециркуляцией.

Луч процесса считается по аналогии и переносится в т.В, как в предыдущих вариантах получаем т. П и т. 1.

Определяем температуру уходящего воздуха:

На диаграмме на луче процесса находим точку с - это т. У.

Находим точку смеси (т. См), она лежит на отрезке, соединяющем т. Н и т. У и делит его обратно пропорционально массе смешиваемых потоков.

Требуемая эффективность в оросительной камере:

Вывод: рециркуляция позволяет значительно понизить расходы, связанные с потреблением энергии.

Вариант №3: прямоточный кондиционер с воздухоохладителем и калорифером.

Находим расход теплоты по холоду:

кДж/ч,

Затраты:

Вариант №4: прямоточный кондиционер с утилизатором холода.

Процессы обработки воздуха при использовании данной схемы будут иметь вид:

Н-Н' - охлаждение воздуха в утилизаторе холода;

Н'-1 - процесс охлаждения наружного воздуха;

1-П - подогрев в вентиляторе;

П-В - ассимиляция тепловлагоизбытков в помещении

Находим температуру приточного воздуха после утилизатора холода. Т. к. , значит температура :

Находим расход теплоты по холоду:

Затраты:

Вывод: использование утилизатора холода позволяет частично снизить затраты на охлаждение воздуха.

Таблица 1. Затраты на обработку воздуха в различных схемах кондиционеров

№	Описание схемы	Q1, тыс кДж/ч	Q2, тыс кДж/ч	?Q, тыс кДж/ч	Nэ, кВт/ч	?С, бел. руб
Теплый период
1	Прямоточный кондиционер без рециркуляции	236,94	-	236,94	-	4075
2	Прямоточный кондиционер с рециркуляцией	187,06	-	187,06	-	3217
3	Прямоточный кондиционер с воздухоохладителем и калорифером	236,94	-	236,94	-	4075
4	Прямоточный кондиционер с утилизатором холода	210,44	-	210,44	-	3620

Проанализировав данные таблицы 1 можно сделать вывод о том, что вариант №2, для теплого периода, являются технически реализуемыми и имеют минимальные энергетические затраты.

6. Компоновочная схема кондиционера для теплого периода года

Для обработки наружного воздуха в теплый период года кондиционер должен быть оборудован следующими секциями: камерой смешения, воздухоохладителем.

7. Построение процесса кондиционирования воздуха для холодного периода года

Вариант №1: прямоточный кондиционер.

В прямоточном кондиционере применяется калорифер первого подогрева, оросительная камера, калорифер второго подогрева, т.е. происходит нагрев наружного воздуха, увлажнение и подогрев.

Строим данные процессы на I-d диаграмме и находим энергозатраты:

Н-3 - подогрев воздуха в калорифере 1-го подогрева;

3-2 - тепловлажностная обработка воздуха в оросительной камере. В зимнее время камера применяется в адиабатическом режиме, водоснабжение оросительной камеры реализуется с полной рециркуляцией, т. е. вода не проходит какую-либо тепловую обработку. На выходе из оросительной камеры влажность воздуха составляет 95%. Точка 2 характеризует состояние воздуха на выходе из оросительной камеры;

W - температура мокрого термометра ;

2-1 - подогрев воздуха в камере 2-го подогрева;

1-П - подогрев воздуха в вентиляторе. Подогрев воздуха осуществляется без изменения влагосодержания на 1-1,5 0С;

П-В - изменение параметров воздуха внутри помещения (ассимиляция тепло- и влагоизбытков в приточных струях).

Находим расход теплоты в секции первого подогрева:

кДж/ч,

с=1,2кг/м3.

Находим расход теплоты в секции второго подогрева:

кДж/ч,

Требуемая эффективность в оросительной камере:

,

Для обслуживания оросительной камеры необходима постоянная подпитка системы водоснабжения с помощью насоса.

Вариант №2: обработка воздуха при наличии рециркуляции.

Н-См- смешивание наружного и рециркуляционного воздуха. Точка См делит отрезок Н-См обратно пропорционально массам смешивающихся потоков;

См-1 - подогрев в калорифере ;

1-П- подогрев в вентиляторе;

П-В- ассимиляция тепло- и влагоизбытков в помещении;

В-У- изменение параметров воздуха при перемещении его от рабочей зоны к вытяжному отверстию Температура уходящего воздуха определяется по формуле:

,0С,

где gradt?0,5С - градиент температур по высоте для данного помещения; Н=2 м - высота воздухозаборной решетки в системе удаления воздуха;

Находим расход теплоты в секции первого подогрева:

кДж/ч,

Вывод: рециркуляция позволяет значительно понизить расходы, связанные с потреблением энергии.

Вариант №3: обработка воздуха с применением утилизации теплоты.

Наибольшее применение сейчас имеют пластинчатые утилизации с перекрестноточной схемой движения теплоносителя. Они представляют собой теплообменные аппараты , в которых осуществляется теплообмен через перегородку между уходящим и приточным воздухом. Для пластинчатых перекрестноточных рекуператоров коэффициент эффективности еt ?0,5.

Температура точки 5 находится из выражения:

,

=еt(tу-tн)+tн=0,5(20+26)+(-26)=-30С.

Температуру точки 6 найдем из условия, что утилизированная теплота от уходящего воздуха пойдет на нагрев наружного воздуха:

Из выражения получится:

Tу=10С - эта температура слишком мала, существует вероятность зарастания каналов снеговой шубой. Для того, чтобы расширить диапазон работы делают обводную линию. Если есть конденсация, то необходимы поддон и каплеуловитель. Но можно задаться более высокой температурой 6: t'у=30С.

Следовательно:

t'у=16 кДж/кг,

tн'=-7,4 0С.

еt=0,4

Находим расход теплоты в калорифере:

кДж/ч.

кДж/ч,

Этот процесс сложно осуществить, так как для его проведения требуется оросительная камера.

Вариант №4: прямоточный кондиционер с применением пароувлажнения.

В этом кондиционере процесс обработки воздуха существенно упрощается. В этом случае для обеспечения требуемых параметров в обслуживаемом помещении требуются только калорифер и пароувлажнитель.

Н-4 - родогрев воздуха в калорифере;

4-1 - изменение состояния воздуха при введении в него пара. Точка 4 находится исходя из выражений:

Qп=Mc(100-20); c(пар)=2 кДж/кг Qп=160 Дж (М=1г)

Qп= Qв=св*1кг*?t ?t=0,16С.

?d=dн-d1=4,8-0,3=4,5 г/кгсв

?T=0,16*4,5=0,72 0С. Следовательно: t4=13,3С.

1-П - подогрев воздуха в вентиляторе;

П-В - поглощение тепло- и влагоизбытков.

Находим расход теплоты в секции первого подогрева:

кДж/ч.

Расход воды, преобразованной в пар:

M=L?с?Дd=25980•1,2•4,5=140292 г/ч.

Расход электроэнергии по выработке пара. Для этого сначала найдем количество энергии, затраченной на регенерацию воды в пар:

кДж/ч,

Количество электрической энергии, необходимой для регенерации воды в пар:

,кВт*ч,

где з=0,9 - коэффициент полезного действия парогенератора.

1кВт*ч=301 руб. Сэлектр=29498 руб.

Вывод: использование пара увеличивает расходы, связанные с потреблением энергии, однако применение парового увлажнителя позволяет отказаться от использования в кондиционере двух функциональных блоков, т.е. оросительной камеры и калорифера второго подогрева.

8. Технико-экономическая оценка вариантов обработки воздуха для холодного периода года

Для обработки воздуха в зимний период могут использоваться калориферы первого и второго подогревов, оросительная камера, утилизатор теплоты, Камера смешения.

Стоимость теплоты:

1 Дж теплоты стоит 0,0086 белорусских рублей.

Стоимость электроэнергии:

1 кВт•ч электроэнергии стоит 301 белорусских рублей.

Затраты на воду можно не учитывать, так как они малы по сравнению с затратами на холод, теплоту, электроэнергию.

Таблица 2. Технико-экономическая оценка вариантов обработки воздуха для холодного периода года

№ пр-са	Содержание процесса	Затраты на теплоту	Затраты на электороэнергию	УС, б.руб
		QI, 10і кДж/ч	QII, 10і кДж/ч	Сm, б.руб/ч	N, кВт•ч	Сэ, б.руб
1	Н-К1-ОК-К2	1225,22	342,94	13486	-	-	13486
2	Н-Р-К1-К2	77,940		670,3	-	-	670,3
3	Н-У-К1-ОК-К2	623,52	342,94	8312	-	-	8312
4	Н-К1-П	1231,343	-	10590	353	29498	40088

На основании данных таблицы 5 можно сделать вывод о том, что вариант 2 для зимнего периода являются технически реализуемыми и имеют минимальные энергетические затраты.

9. Компоновочная схема кондиционера для холодного периода года

Для обработки наружного воздуха в холодный период года кондиционер должен быть оборудован следующими секциями: камерой смешения, калорифером.

10. Выбор кондиционера в соответствии с принятой компоновочной схемой

В окончательную схему кондиционера должны войти секции для обработки воздуха в теплый и холодный периоды года. Подбор кондиционера производится по электронным каталогам продукции фирмы «VTS».

Список использованных источников

кондиционирование холодильный оросительный

1. СНБ 4.02.01-03. Отопление, вентиляция и кондиционирование. - Мн.: Минстройархитектуры, 2004.

2. ГОСТ 30464-96. Здания жилые и общественные параметры микроклимата в помещениях. - Госстрой России, 1999.

3. Теплоснабжение и вентиляция. Курсовое и дипломное проектирование. Под. ред. проф. Б.П. Хрусталёва, Мн. Стройиздат, 1997 - 384с.

Размещено на Allbest.ru

...