Технико-экономическая оптимизация воздуховодов
Рассмотрение способов оптимизации воздуховодов круглого поперечного сечения для систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Ознакомление с конкретными примерами определения оптимальных в технико-экономическом отношении диаметров воздуховодов.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.02.2018 |
| Размер файла | 78,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Южный федеральный университет
Донской государственный технический университет
Технико-экономическая оптимизация воздуховодов
А.И. Василенко
А.А. Федосенко
Ростов-на-Дону
Аннотация
В статье рассматривается способ оптимизации воздуховодов круглого поперечного сечения для систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Приводятся универсальные зависимости для определения оптимальных в технико-экономическом отношении диаметров поперечных сечений воздуховодов и скоростей движения воздуха в них. Показано, что оптимальная скорость воздуха на участке вентиляционной сети не зависит от местоположения участка относительно вентилятора системы. Приведены конкретные примеры определения оптимальных в технико-экономическом отношении диаметров воздуховодов и скоростей воздуха в них с использованием полученных зависимостей.
Ключевые слова: воздуховод, аэродинамический расчет, система вентиляции, система кондиционирования воздуха, технико-экономическая оптимизация, оптимальный диаметр, оптимальная скорость воздуха, энергосбережение, энергоэффективность, аэродинамическая эффективность.
В России 40% топлива и до 10% производимой электроэнергии тратится на обеспечение работы систем отопления, охлаждения, горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха зданий [1]. В общем энергопотреблении системами инженерно-технического обеспечения зданий значительная доля приходится на системы кондиционирования воздуха и вентиляции (СКВиВ) [2]. Зарубежная практика показывает, что в современных зданиях СКВиВ потребляют более 40% от общей электрической мощности, потребной для жизнеобеспечения зданий [3-5]. В то же время с каждым годом увеличивается доля затрат на СКВиВ в общих затратах на строительство и эксплуатацию зданий, поэтому поиск решений, направленных на энергосбережение и оптимизацию СКВиВ приобретает в настоящее время важнейшее значение. Исследования по данной проблематике осуществляются в разных направлениях - повышение аэродинамической эффективности систем [6-8], совершенствованию алгоритмов управления СКВиВ [9], разработки эффективного и энергоэкономичного вентиляционного оборудования [10]. Одной из значимых задач в этой области является технико-экономическая оптимизация размеров поперечных сечений воздуховодов. Постановка задачи очевидна - с уменьшением размеров поперечных сечений воздуховодов уменьшается их стоимость, но увеличиваются потери давления воздуха и, следовательно, электропотребление вентилятором системы. Это дает основание предположить возможность поиска размеров поперечного сечения воздуховода, соответствующих технико-экономическому оптимуму затрат на устройство воздуховода и эксплуатационных расходов на электроэнергию, необходимую для транспортировки воздуха по данному воздуховоду. Основы исследований в этом направлении оптимизации вентиляционных систем были заложены Л.Д. Богуславским, разработавшим способ оптимизации поперечных сечений воздуховодов по методу приведенных затрат [11]. Однако алгоритм данного метода не позволял получить общее аналитическое решение задачи. Кроме того, этот метод был разработан в конце ХХ века, до коренного изменения экономических реалий в России, поэтому его использование для оптимизации воздуховодов в настоящее время невозможно без внесения необходимых корректив.
Выделим произвольный участок вентиляционной системы и рассмотрим влияние вариации диаметра воздуховода на затраты по его устройству и эксплуатации. Отнесем данные затраты к 1 году эксплуатации вентиляционной системы.
Затраты на устройство воздуховода с круглой формой поперечного сечения, длиной l, м, отнесенные к 1 году его эксплуатации, См, руб./год, пропорциональны диаметру воздуховода, D, м, и равны
(1)
где - коэффициент, учитывающий увеличение затрат на устройство воздуховода из-за наличия фасонных деталей на рассматриваемом участке вентиляционной системы; см, руб/м2•год - затраты на устройство воздуховода, отнесенные к 1 м2 его поверхности и к одному году эксплуатации,
Годовые затраты на электроэнергию, , кВт час/год, необходимую для транспортировки заданного объемного расхода воздуха, L, м3/с, по рассматриваемому участку воздуховода, равны
(2)
где Nэл - электрическая мощность, потребляемая электродвигателем вентилятора, кВт; ?Р - потери давления воздуха в воздуховоде, Па; n - число часов работы вентиляционной установки в год, час/год; сэл - стоимость электроэнергии, руб/кВт•час; bм.с. - коэффициент, учитывающий потери давления воздуха в местных сопротивлениях на участке; з - интегральный КПД вентилятора. воздуховод вентиляция кондиционирование
Зависимость (2) приводится к виду:
(3)
где с - плотность воздуха, кг/м3.
Общие, отнесенные к 1 году, затраты на устройство и эксплуатацию воздуховода на участке, С, руб/год, c учетом (1) и (3) равны:
(4)
Из анализа таблиц аэродинамического расчета воздуховодов нами установлено, что вариация диаметров воздуховодов не приводит к значимым изменениям коэффициента трения при условии L =const и диапазоне изменения скоростей воздуха в воздуховоде от 3,0 до 12,0 м/с. Это позволяет при вариации диаметра воздуховода рассматривать последнюю зависимость как функцию одной переменной .
С учетом этого минимум функции (4) соответствует оптимальному в технико-экономическом отношении диаметру воздуховода, , м, который определяется двумя условиями:
;
.
Из последней зависимости:
(5)
Проверка вида экстремума:
Следовательно, Dопт., определенный по формуле (5), соответствует минимуму выражения (4)
Оптимальная скорость движения воздуха в воздуховоде, wопт, м/с, соответствующая его оптимальному диаметру, равна:
(6)
Комплекс А в формуле (6) объединяет аэродинамические и технико-экономические характеристики прямолинейного воздуховода и местных сопротивлений на участке вентиляционной сети. Функция wопт = f(А) в графическом виде представлена на рис. 1.
Необходимо отметить, что в зависимость (6) не входит объемный расход воздуха на участке, поэтому данная зависимость носит универсальный характер и применима для любого участка, независимо от его местоположения в вентиляционной системе.
Вид зависимостей (5) и (6) позволяет включить их в компьютерные программы аэродинамического расчета воздуховодов.
Конкретизируем полученные результаты на практическом примере.
Определим значения Dопт и wопт для воздуховода вентиляционной системы при следующих исходных параметрах: L = 3600 м3/час; =0,017; =5,0 руб/кВтчас; = 0,75; см = 200 руб/м2год; bм.с.= 1,5; = 1,3; с = 1,2 кг/м3.
Рассмотрим два варианта эксплуатационного режима системы:
а) при круглосуточной работе вентиляционной системы:
n =8760 час/ год, Dопт=0,455 м, А=0,145; и wопт = 6,2 м/с.
б) при работе вентиляционной системы 12 часов в сутки:
n = 4380 час/год, Dопт=0,400 м; А =0,290; wопт = 7,8 м/с.
Рис. 1. - График зависимости wопт = f(А)
Выводы
Технико-экономические характеристики вентиляционной системы и режим ее эксплуатации оказывают существенное влияние на величину оптимальной скорости воздуха в воздуховодах. Повышение затрат на устройство воздуховодов, уменьшение часов работы вентиляционной системы в сутки, снижение доли затрат на фасонные части воздуховодов, уменьшение стоимости электроэнергии приводят к увеличению wопт. и, соответственно, к уменьшению Dопт.
Литература
1. Кокорин О.Я. Энергосбережение в системах отопления, вентиляции, кондиционирования. М.: Издательство АСВ, 2013. 256 с.
2. Абрамян С.Г., Матвийчук Т.А. К вопросу энергетической эффективности зданий и сооружений // Инженерный вестник Дона, 2017, №1 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2017/3993/.
3. K. F. Fong, V. I. Hanby, and T. T. Chow, - HVAC system optimization forenergy management by evolutionary programming//Energy Build., vol. 38, no.3, pp. 220 -231, 2006.
4. E. Mathews, C. Botha, D. Arndt, and A. Malan, - HVAC control strategies to enhance comfort and minimise energy usage // Energy Build., vol. 33, no. 8.
5. Wong Kwok Wai Johnny. Development o f Selection Evaluation and System Intelligence Analytic Models for the Intelligent Building Control Systems, Hong Kong Polytechnic University, 2007. - 414 p.
6.Караджи В.Г., Московко Ю.Г. Способы увеличения аэродинамической эффективности вентиляционных систем //АВОК, 2009, №5. С. 28.
7. Галкина Н.И. КПД систем вентиляции // Инженерный вестник Дона, 2017, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2017/4106.
8. Василенко А.И. Исследование параметров работы вентилятора в термически нестационарной вентиляционной системе // Инженерный вестник Дона, 2017, № 4: URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2017/4397.
9. Нгуен Суан Мань. Алгоритм управления подсистемой отопления, вентиляции и кондиционирования в составе интеллектуального управления зданием// Инженерный вестник Дона, 2015, №3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3178.
10. Гвоздков А.Н., Суслова О.Ю., Авдонин А.В., Викстрем А.А. Разработка современных энергоэффективных воздухоприготовительных центров систем кондиционирования воздуха и вентиляции // Инженерный вестник Дона, 2017, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2017/4195.
11. Богуславский Л.Д. Экономика теплоснабжения и вентиляции. М.: Стройиздат, 1988. - 351 с.
References
1. Kokorin O.Ja. Jenergosberezhenie v sistemah otoplenija, ventiljacii, kondicionirovanija [Energy saving in heating, ventilation, air conditioning systems]. M.: Izdatel'stvo ASV, 2013. 319 р.
2. Abramjan S.G., Matvijchuk T.A. Inћenernyj vestnik Dona (Rus). 2017. №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2017/3993/.
3. K. F. Fong, V. I. Hanby, and T. T. Chow, Energy Build., vol. 38, no.3, pp. 220 -231, 2006.
4. E. Mathews, C. Botha, D. Energy Build., vol. 33, no. 8, pp. 853 - 863, 2001.
5. Wong Kwok Wai Johnny. Development o f Selection Evaluation and System Intelligence Analytic Models for the Intelligent Building Control Systems, Hong Kong Polytechnic University, 2007. 414 p.
6. Karadzhi V.G., Moskovko Ju.G. Sposoby uvelichenija ajerodinamicheskoj effektivnos ti ventiljacionnyh system [Ways to increase aerodynamic effectiveness of ven tilation systems]. AVOK. 2009, № 5. р. 28.
7. Galkina N.I. Inћenernyj vestnik Dona (Rus). 2017. №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine /archive/N2y2017/4106/.
8. Vasilenko A.I. Inћenernyj vestnik Dona (Rus). 2017. №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine /archive/N4y2017/4397/.
9. Nguyen Xuan Manh. Inћenernyj vestnik Dona (Rus). 2015. №3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3178.
10. Gvozdkov A.N. Suslova O.Y. Avdonin A.V. Vikstrem A.A. Inћenernyj vestnik Dona (Rus), 2017, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2017/4195.
11. Boguslavskyi L.D. Ekonomika teglosnabjenija i ventiljacii [The economy of heat supply and ventilation]. M.: Stroiizdat, 1988. 351 p.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Описание очистных сооружений. Расчет воздуховодов для несжатого воздуха. Определение потерь напора на трение и местные сопротивления по наиболее протяженной ветви. Давление на выходе из воздуходувной станции. Плотность сжатого воздуха на участке.
курсовая работа [433,9 K], добавлен 14.03.2015Установка в вентиляционную систему вихревой трубы с целью улучшения качества кондиционирования машинного отделения на судне. Основные технические характеристики судна. Принцип действия систем вентиляции. Расчет себестоимости изготовления воздуховодов.
курсовая работа [849,1 K], добавлен 16.10.2013Определение значения производственных вентиляционных установок, их технические и гигиенические задачи. Расчет технических параметров вентиляционной сети: давление, сопротивление и скорость движения воздуха. Схема расположения воздуховодов и вентиляторов.
курсовая работа [139,5 K], добавлен 17.10.2013Возможность выработки обрезных и пиломатериалов заданного сечения из пиловочного сырья различных диаметров. Расчет зависимости площади поперечного сечения бруса, процентного выхода пиломатериала от диаметра бревна. Диапазон основных диаметров бревен.
лабораторная работа [1,2 M], добавлен 25.09.2014Характеристика основных типов кондиционеров: бытовые, полупромышленные и системы промышленного кондиционирования и вентиляции. Расчет необходимой мощности кондиционера. Эксплуатация кондиционера и монтаж. Центральные системы кондиционирования воздуха.
контрольная работа [26,5 K], добавлен 08.12.2010Определение необходимой производительности аспирационной установки, обслуживающей систему аспирационных укрытий мест загрузки конвейеров, выбор системы воздуховодов, пылеуловителя и вентилятора. Гидравлическое сопротивление и эффективность циклонов.
методичка [354,4 K], добавлен 05.03.2011Классификация систем кондиционирования воздуха, принципиальная схема прямоточной системы. Тепловой баланс производственного помещения. Расчёт процессов обработки воздуха в системе кондиционирования. Разработка схемы воздухораспределения в помещении.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 04.06.2011Описание технологии производства комбикормов. Характеристика сырья и выпускаемой продукции. Этапы проектирования аспирационной установки. Выявление оборудования, подлежащего аспирации, расстановка пылеуловителей и вентиляторов, трасса воздуховодов.
курсовая работа [69,8 K], добавлен 01.05.2010Определение размеров деталей или внешних нагрузок, при которых исключается возможность появления недопустимых с точки зрения нормальной работы конструкции деформаций. Напряжения в точках поперечного сечения при изгибе с кручением. Расчет на прочность.
курсовая работа [1017,9 K], добавлен 29.11.2013Расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха. Определение углового коэффициента луча процесса в помещении. Выбор схем воздухораспределения. Определение допустимой, рабочей разности температур. Построение схемы процессов кондиционирования воздуха.
курсовая работа [39,6 K], добавлен 06.05.2009Понятие кондиционера, история его появления и развития, классификация и разновидности исполнения. Основные узлы и принцип работы, этапы цикла охлаждения, контроль влажности воздуха. Характеристика современных систем кондиционирования для ресторанов.
контрольная работа [461,0 K], добавлен 18.02.2011Площадь поперечного сечения стержня. Изменение статических моментов площади сечения при параллельном переносе осей координат. Определение положения центра тяжести сечения, полукруга. Моменты инерции сечения. Свойства прямоугольного поперечного сечения.
презентация [1,7 M], добавлен 10.12.2013Ввод в технологический процесс операции снятия фасок на прутках круглого сечения. Общая компоновка и основные узлы специального станка для снятия фасок на прутках. Экономическая эффективность предлагаемых нововведений, экологичность конструкций.
дипломная работа [2,6 M], добавлен 17.10.2010Изучение истории кондиционирования. У.Х. Кэрриер – отец кондиционирования, который открыл рациональную психометрическую формулу, стоящую в основе всех основных расчетов в отрасли кондиционирования воздуха. История компании Carrier и типы оборудования.
реферат [501,6 K], добавлен 16.11.2010Анализ основных требований к системам кондиционирования воздуха. Основное оборудование для приготовления и перемещения воздуха. Сведения о центральных кондиционерах и их классификация. Конструкция и принцип работы их основных секций и отдельных агрегатов.
дипломная работа [12,3 M], добавлен 01.09.2010Система нормирования отклонений формы поперечного сечения тел вращения. Технические характеристики и принципы работы кругломеров. Круглограмма с записью отклонений от круглости поперечного сечения вала. Средства измерений отклонений от круглости.
лабораторная работа [7,9 M], добавлен 21.01.2011Характеристика классификации систем кондиционирования и вентиляции. Особенности протекания переходных газодинамических процессов в воздушных потоках вентиляционных шахт. Численное моделирование проветривания тоннельного тупика в двухмерной постановке.
магистерская работа [1,7 M], добавлен 10.07.2017Порядок расчета технико-экономической эффективности для каждой организационной структуры ГПС, техническая и социально-экономическая эффективность их внедрения в производство. Сравнение и оценка экономической эффективности различных форм автоматизации.
реферат [365,6 K], добавлен 23.05.2010Составление теплового баланса помещения. Теплопоступления через массивные ограждающие конструкции. Определение количества приточного воздуха, необходимого для удаления избытка теплоты. Расчет прямоточной системы кондиционирования воздуха с рециркуляциями.
курсовая работа [4,7 M], добавлен 23.04.2017Определение геометрических характеристик, проверка прочности и жесткости плиты покрытия и ее элементов. Конструкция балки, проверка принятого сечения и расчет опорного узла. Определение технико-экономических показателей и долговечности конструкций.
курсовая работа [527,4 K], добавлен 16.05.2012
