СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Н. Г. Измайлова, Е. В. Кузнецов

СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия для студентов направления подготовки 16.04.03 «Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения» очной формы обучения

Красноярск 2015 1

УДК 697.94 ББК 38.762.3 И37 Рецензенты:

доктор технических наук, профессор А. В. БОБКОВ (Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет); кандидат технических наук, доцент Д. А. ЖУЙКОВ (Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева)

Измайлова, Н. Г. И37

Системы кондиционирования воздуха : учеб. пособие / Н. Г. Измайлова, Е. В. Кузнецов ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. – Красноярск, 2015. – 80 с. Изложены сведения о различных типах систем кондиционирования воздуха и областях их использования. Наибольшее внимание уделено центральным системам кондиционирования воздуха. Дана классификация систем кондиционирования по различным признакам, перечислены основные требования, достоинства и недостатки центральных и местных систем. Приводится необходимый справочный материал и расчетные формулы. Рассмотрены несколько схем обработки воздуха (прямоточная схема, с рециркуляцией) для проведения самостоятельного выбора и обоснования предложенного решения. Даны общие представления о системах вентиляции. Пособие предназначено для студентов направления магистерской подготовки 16.04.03 «Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения» УДК 697.94 ББК 38.762.3

© Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, 2015 © Измайлова Н. Г., Кузнецов Е. В., 2015

2

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................ 5 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА .......................................... 6 1.1. Тепловые комфортные условия ............................................. 1.2. Классификация систем кондиционирования ........................ 1.3. Центральные кондиционеры .................................................. Контрольные вопросы и задания .........................................................

6 8 12 13

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ........................................ 14 2.1. Графоаналитические расчеты при проектировании систем кондиционирования воздуха с использованием I, d-диаграммы влажного воздуха ......... 14 2.2. Особенности тепловлажностной обработки воздуха в летний и зимний периоды .................................................. 18 2.3. Последовательность выполнения проекта и выбор расчетных параметров ............................................ 20 2.4. Расчетные параметры внутреннего и наружного воздуха ... 21 2.5. Расчет тепло- и влагопритоков и определение количества подаваемого воздуха ........................................... 23 2.5.1. Расчет теплопритоков ........................................................ 24 2.5.2. Определение влагопритоков ........................................ 32 2.6. Выбор параметров и количества воздуха, подаваемого в помещение .................................................. 33 2.6.1. Определение параметров приточного воздуха ........... 33 2.6.2. Определение производительности СКВ .......................... 34 2.7. Составление схемы обработки воздуха .................................... 36 2.7.1. Прямоточная схема СКВ для теплого периода ................. 36 2.7.2. Прямоточная схема СКВ для холодного периода ........... 38 2.7.3. Построение процессов обработки воздуха в СКВ с рециркуляцией ................................................ 39 2.7.4. Проектирование СКВ для предприятий мясной и молочной промышленности ......................... 43 Контрольные вопросы и задания .......................................................... 47 3. РАСЧЕТ И ПОДБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЦЕНТРАЛЬНЫХ СКВ .................................................................. 47 3

3.1. Конструкция и режимы работы центрального кондиционера .......................................................................... 47 3.2. Воздухонагреватели .................................................................. 54 3.3. Поверхностные воздухоохладители .......................................... 57 3.4. Оросительные камеры ............................................................... 57 Контрольные вопросы и задания ............................................................. 60 4. ИСТОЧНИКИ ХОЛОДА И ХОЛОДОСНАБЖЕНИЕ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ........................... 60 4.1. Применение льда ....................................................................... 61 4.2. Применение артезианской и грунтовой вод ............................. 61 4.3. Применение холодильных машин ............................................. 62 Контрольные вопросы и задания .............................................................. 63 5. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ ВЕНТИЛЯЦИИ ............ 63 5.1. Классификация систем вентиляции ........................................... 5.2. Воздуховоды ................................................................................. 5.3. Основы аэродинамического расчета воздуховодов ................. 5.4. Классификация вентиляторов .................................................... Контрольные вопросы и задания ..............................................................

63 67 68 70 71

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................... 72 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .................................................. 73 ПРИЛОЖЕНИЯ ..................................................................................... 74

4

ВВЕДЕНИЕ Жизнь и деятельность человека нашего времени протекает в самых разнообразных условиях. В космических аппаратах, в подводных лодках, в глубоких шахтах, на фабриках и заводах, наконец, дома человек должен находиться в определенных условиях окружающей среды. Здоровье, работоспособность, да и просто самочувствие человека в значительной степени определяются условиями микроклимата и воздушной среды в жилых и общественных помещениях, где он проводит значительную часть своего времени. По мере насыщения зданий современными отопительно-вентиляционными системами, осветительной техникой и разнообразным электробытовым оборудованием все более очевидным становится выражение: «Дом – это машина для жилья». Если говорить о физиологическом воздействии на человека окружающего воздуха, то следует знать, что человек в сутки потребляет около 3 кг пищи и 15 кг воздуха. Что это за воздух, какова его свежесть и чистота, душно, жарко или холодно человеку в помещении, во многом зависит от инженерных систем, специально предназначенных для обеспечения воздушного комфорта. Среди таких систем можно выделить: систему вентиляции, систему отопления (либо комбинированную отопительно-вентиляционную систему) и систему кондиционирования воздуха (СКВ). Воздушное отопление, совмещенное с вентиляцией, создает в помещении вполне удовлетворительный микроклимат и обеспечивает благоприятные условия воздушной среды. СКВ представляет собой систему более высокого порядка (с большими возможностями). Принципиальное преимущество состоит в том, что помимо выполнения задач вентиляции и отопления СКВ позволяет создать благоприятный микроклимат (комфортный уровень температур) в летний, жаркий период года, благодаря использованию в своем составе холодильной машины. Таким образом, подготовка воздуха в СКВ может включать его охлаждение, нагрев, увлажнение или осушку, очистку (фильтрацию, ионизацию), причем система позволяет поддерживать в помещении заданные кондиции воздуха независимо от уровня и колебаний метрологических параметров наружного (атмосферного) воздуха, а также переменных поступлений в помещение тепла и влаги. Основной задачей данного пособия является ознакомление студентов с теоретическими и практическими основами современных систем кондиционирования для проведения курсового проектирования и выполнения выпускных квалификационных работ. 5

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА 1.1. Тепловые комфортные условия На теплоощущения человека оказывают влияние в основном следующие четыре фактора: температура и влажность воздуха, скорость его перемещения и температура ограждающих поверхностей помещения. При различных комбинациях этих параметров тепловые ощущения человека могут оказаться одинаковыми. Необходимо иметь в виду, что, хотя теплоощущение и определяется перечисленными параметрами, не любое их сочетание обеспечивает комфортные условия. Каждый из этих параметров может быть изменен не произвольно, а только в некоторых определенных пределах, удовлетворяющих условиям комфортных теплоощущений. Если человек не ощущает ни холода, ни перегрева, ни движения воздуха около тела, метрологические кондиции окружающей его воздушной среды (с учетом температуры поверхности ограждений) считаются в тепловом отношении комфортными. Иными словами, он чувствует себя комфортно в том случае, когда от него нормально отводится столько тепла, сколько вырабатывает его организм, то есть комфортное ощущение человека зависит от баланса между теплогенерацией и теплопотерями в окружающую среду. В результате теплогенерации и теплопотерь внутренняя температура человеческого тела поддерживается на уровне 36,6…36,8 ºC. Задача кондиционирования воздуха состоит в поддержании таких параметров воздушной среды, при которых каждый человек благодаря своей индивидуальной системе автоматической терморегуляции организма чувствовал бы себя комфортно, то есть не замечал влияния этой среды. С гигиенической точки зрения наиболее приятный уровень температуры, поддерживаемой в жилом помещении, составляет 22 ºC, а допустимые колебания от 21 до 23 ºC. При этом следует отметить, что в микроклиматических условиях, которые принято считать «нормальными», обычно до десяти процентов людей ощущают различную степень дискомфорта. Это объясняется различными социальными условиями жизни: привычным климатом, одеждой, питанием, жилищными условиями.

6

Перечислим следующие параметры воздушной среды, влияющие на комфортное состояние человека: – температура воздуха внутри помещения; – влажность; – подвижность воздуха; – газовый состав. Наиболее оптимальной считается относительная влажность воздуха в диапазоне от 30 до 60 %. Верхняя граница влажности составляет 70 %. Оптимальные значения подвижности воздуха и температуры, основанные на данных некоторых авторов, приведены в табл. 1.1. Таблица 1.1 Оптимальные значения подвижности воздуха и температуры Автор Редлер Боголюбов Н. В. Харди Франк

Температура, C° 18…26 18…22 20…22 19…26

Скорость движения воздуха, V, м/с 0,05…0,5 0.1…0,4 0,15…0,25 0,1…0,44

При температуре воздуха 23…24 ºC следует считать допустимой скорость движения воздуха до 0,15 м/с. Допустимая концентрация СО2 для различных помещений приведена в табл. 1.2. Таблица 1.2 Допустимая концентрация СО2 Помещение Для пребывания детей и больных Для продолжительного пребывания людей Для периодического пребывания людей Для кратковременного пребывания людей

Допустимая концентрация СО2 по массе, г/м3 в % к объему 1,3 0,07 1,86 0,1 2,32 0,125 3,72 0,2

Автоматизированная система кондиционирования поддерживает заданное состояние воздуха в помещении независимо от колебания параметров окружающей среды (атмосферных условий). Основное оборудование системы кондиционирования для подготовки и перемещения воздуха агрегатируется (компонуется в едином корпусе) в аппарат, называемый кондиционером. Во многих случаях все технические средства для кондиционирования воздуха скомпонованы в одном или двух блоках. 7

1.2. Классификация систем кондиционирования Количество различных видов систем кондиционирования весьма велико, и общепризнанной классификации пока не существует. Кондиционирование воздуха – это создание и автоматическое поддержание (регулирование) в закрытых помещениях всех или отдельных параметров (температуры, влажности, чистоты, скорости движения воздуха) на определенном уровне с целью обеспечения оптимальных метрологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей или ведения технологического процесса. Кондиционирование воздуха осуществляется комплексом технических средств, называемых системой кондиционирования воздуха (СКВ). В состав СКВ входят технические средства забора воздуха, подготовки, то есть придания необходимых кондиций (фильтры, теплообменники, увлажнители или осушители воздуха), перемещения (вентиляторы) и его распределения, а также средства хладо- и теплоснабжения, автоматики, дистанционного управления и контроля. Согласно различным признакам СКВ подразделяются: 1) по назначению – на комфортные и технологические, а также технологически-комфортные в помещениях с длительным пребыванием обслуживающего персонала; 2) по режиму работы – на круглогодичные, поддерживающие требуемые параметры воздуха в течение всего года, и сезонные, поддерживающие эти параметры только для холодного или теплого периода года; 3) по характеру связи с обслуживаемым помещением – на центральные и местные. В центральных СКВ кондиционеры устанавливаются вне обслуживаемых объектов. Системы предназначены для создания микроклимата в одном большом или нескольких малых помещениях. В местных системах кондиционеры расположены и создают заданные условия воздушной среды в небольших помещениях. Возможна установка местных кондиционеров на рабочих местах производственных цехов; в этом случае кондиционеры создают нужный микроклимат только в части объема помещения (в зонах обслуживания); 4) по схеме обработки воздуха – на прямоточные, характеризующиеся обработкой в кондиционерах лишь наружного воздуха, и рециркуляционные – с обработкой в кондиционерах смеси наружного и рециркуляционного воздуха;

8

5) по давлению ∆p, развиваемому вентилятором, – на системы низкого (∆p < 1,0 кПа), среднего (1,0 ≤ ∆p ≤ 3,0 кПа) и высокого давления (∆p > 3,0 кПа); 6) по производительности (кондиционеры, выпускаемые отечественной промышленностью) – от 10 до 250 тыс. м3 / ч (центральные) и от 0,5 до 18 тыс. м3 /ч (местные); 7) по способам обслуживания помещений с различными параметрами воздуха и тепловлажностными режимами – на однозональные и многозональные. В многозональных СКВ подача воздуха в помещении осуществляется по однотрубной или двухтрубной схеме с применением местных доводчиков и смесителей; 8) по степени обеспечения требуемых параметров воздуха в обслуживаемом помещении в течение всего года. Расчетные параметры наружного воздуха для СКВ выбираются в зависимости от климатических условий местности и назначения кондиционируемого помещения. Кондиционеры, применяемые в СКВ, разделяются на автономные и неавтономные. Автономные кондиционеры характеризуются наличием собственных источников теплоты и холода. Обычно это электрокалориферы и холодильные машины. К автономным кондиционерам извне должны быть подведены электроэнергия для привода компрессора, вентилятора и работы электрокалорифера, а также вода для охлаждения конденсатора холодильной машины. Неавтономные кондиционеры требуют для работы подачи извне: электроэнергии (привод насоса и вентилятора), теплоносителя и хладоносителя (нагрев и охлаждение обрабатываемого воздуха). Комфортные СКВ предназначены для создания и автоматического поддержания температуры, относительной влажности, чистоты и скорости движения воздуха, отвечающих оптимальным санитарногигиеническим требованиям жилых, общественных и административно-бытовых зданий или помещений. Технологические СКВ предназначены для обеспечения параметров воздуха, в максимальной степени отвечающих требованиям производства. Технологическое кондиционирование в помещениях, где находятся люди, осуществляется с учетом санитарногигиенических требований к состоянию воздушной среды. Центральные СКВ снабжаются извне холодом (доставляемым холодной водой или хладагентом), теплом (доставляемым горячей водой, паром или электричеством) и электрической энергией для привода электродвигателей вентиляторов и насосов. 9

Центральные СКВ расположены вне обслуживаемых помещений и кондиционируют одно большое помещение, несколько зон такого помещения или много отдельных помещений. Иногда несколько центральных кондиционеров обслуживают одно помещение больших размеров (производственный цех, театральный зал, закрытый стадион или каток). Центральные СКВ оборудуются центральными неавтономными кондиционерами, которые изготавливаются по базовым (типовым) схемам компоновки оборудования и их модификациям. Центральные СКВ обладают следующими преимуществами: – возможностью эффективного поддержания заданной температуры и относительной влажности воздуха в помещениях; – сосредоточением оборудования, требующего систематического обслуживания и ремонта, как правило, в одном месте (подсобном помещении, техническом этаже); – возможностями эффективного обеспечения шумо- и виброглушения. С помощью центральных СКВ при надлежащей акустической обработке воздуховодов, устройстве глушителей шума и гасителей вибрации можно достигнуть более низких уровней шума в помещениях и обслуживать такие помещения, как радио- и телевизорные студии. Несмотря на ряд достоинств центральных СКВ, надо отметить, что крупные габариты и проведение сложных строительномонтажных работ по установке кондиционеров, прокладке воздуховодов и трубопроводов часто приводят к невозможности применения этих систем в существующих реконструируемых зданиях. Местные СКВ разрабатывают на базе автономных и неавтономных кондиционеров, которые устанавливают непосредственно в обслуживаемом помещении. Достоинством местных СКВ является простота установки и монтажа. Такая система может применяться в большом ряде случаев: – в существующих жилых и административных зданиях для поддержания теплового микроклимата в отдельных офисных помещениях или в жилых комнатах; – во вновь строящихся зданиях для отдельных комнат, режим потребления холода в которых резко отличается от такого режима в большинстве других помещений, например, в насыщенных тепловыделяющей техникой комнатах административных зданий. Подача свежего воздуха и удаление вытяжного воздуха при этом выполняется, 10

как правило, центральными системами приточно-вытяжной вентиляции; – во вновь строящихся зданиях, если поддержание оптимальных тепловых условий требуется в небольшом числе помещений, например, в ограниченном числе номеров – люкс небольшой гостиницы; – в больших помещениях, как существующих, так и вновь строящихся зданий: кафе и ресторанах, магазинах, проектных залах, аудиториях. Автономные СКВ снабжаются извне только электрической энергией, например, кондиционеры сплит-систем, шкафные кондиционеры. Такие кондиционеры имеют встроенные компрессионные холодильные машины. Автономные системы охлаждают и осушают воздух, для чего вентилятор продувает рециркуляционный воздух через поверхностные воздухоохладители, которые являются испарителями холодильных машин, а в переходное и зимнее время они могут производить подогрев воздуха с помощью электрических подогревателей или путем реверсирования работы холодильной машины по циклу так называемого теплового насоса. Наиболее простым вариантом, представляющим децентрализованное обеспечение в помещениях температурных условий, можно считать применение кондиционеров сплит-систем. Неавтономные СКВ подразделяются: – на воздушные, при использовании которых в обслуживаемое помещение подается только воздух; – водовоздушные, при использовании которых в обслуживаемые помещения подводится воздух и вода, несущие тепло и холод, либо то и другое вместе (системы чиллеров-фанкойлов, центральные кондиционеры с местными доводчиками). Однозональные центральные СКВ применяются для обслуживания больших помещений с относительно равномерным распределением тепла, влаговыделений, например больших кинозалов, аудиторий. Такие СКВ, как правило, комплектуются устройствами для утилизации тепла или смесительными камерами для использования в обслуживаемом помещении рециркуляции воздуха. Многозональные центральные СКВ применяют для обслуживания больших помещений, в которых оборудование размещается неравномерно, а также для обслуживания ряда сравнительно небольших помещений. Такие системы более экономичны, чем отдельные системы 11

для каждой зоны или каждого помещения. Однако с их помощью не может быть достигнута такая же степень точности поддержания одного или нескольких параметров (влажности и температуры), как автономными СКВ. Прямоточные СКВ полностью работают на наружном воздухе, который обрабатывается в кондиционере, а затем подается в помещение. Рециркуляционные СКВ, наоборот, работают без притока или с частичной подачей свежего наружного воздуха, который забирается из помещения и после его обработки в кондиционере вновь подается в это же помещение. Классификация систем кондиционирования воздуха по принципу действия на прямоточные и рециркуляционные обусловливается главным образом требованиями комфортности, условиями технологического процесса производства либо технико-экономическими соображениями. Центральные СКВ с качественным регулированием метеорологических параметров представляют собой широкий ряд наиболее распространенных, так называемых одноканальных, систем, в которых весь отработанный воздух при заданных кондициях выходит из кондиционера по одному каналу и поступает далее в одно или несколько помещений.

1.3. Центральные кондиционеры Центральные кондиционеры, нашедшие самое широкое применение в комфортном и технологическом кондиционировании, представляют собой неавтономные кондиционеры, снабжаемые извне холодом, теплом и электроэнергией для привода вентиляторов, насосов, запорно-регулирующих аппаратов на воздушных и жидкостных коммуникациях. Центральные кондиционеры (рис. 1.1) предназначены для обслуживания нескольких помещений или одного большого помещения. Иногда несколько центральных кондиционеров обслуживают одно помещение больших размеров. Более подробные сведения о конструкции и режимах работы центрального кондиционера представлены в п. 3.1. 12

Рис. 1.1. Внешний вид центрального кондиционера из типовых секций: 1 – приемный утепленный клапан; 2 – промежуточная секция; 3 – сдвоенный клапан с пневматическим приводом; 4 – секция первого подогрева; 5 – смесительная секция; 6 – промывная камера; 7 – секция самоочищающихся фильтров; 8 – секция второго подогрева воздуха; 9 – подставки под секции; 10 – виброамортизационная рама; 11 – переходная секция к вентилятору; 12 – вентиляторная установка; 13 – клапан вентилятора; 14 – воздуховод, подающий воздух в кондиционируемое помещение; 15 – воздуховод второй рециркуляции; 16 – проходной клапан с пневматическим приводом; 17 – воздуховод первой рециркуляции

Контрольные вопросы и задания 1. Что такое кондиционирование воздуха? 2. Что входит в состав СКВ? 3. Назовите оптимальные значения температуры воздуха и относительной влажности воздуха в помещениях. 4. Перечислите параметры воздушной среды, влияющие на комфортное состояние человека. 5. Для чего предназначены технологические СКВ? 6. Перечислите достоинства и недостатки центральных СКВ. 7. В чем особенность местных СКВ? 8. Как работают прямоточные СКВ? 9. Как работают рециркуляционные СКВ и в каком случае они применяются? 10. В чем различия многозональных и однозональных СКВ? 11. Что из себя представляют местные системы кондиционирования воздуха? 13

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА 2.1. Графоаналитические расчеты при проектировании систем кондиционирования воздуха с использованием I, d-диаграммы влажного воздуха Расчет и анализ процессов обработки воздуха проще и наглядней производить графоаналитическим путем с помощью I, d-диаграммы влажного воздуха, на которой графически представлены зависимости между основными параметрами воздуха. Схема I, d-диаграммы влажного воздуха представлена на рис. 2.1. На диаграмму нанесена сетка вертикальных линий d = const (влагосодержание) и линий i = const (энтальпия), проведенных под некоторым углом к линиям d = const. Обычно этот угол принимают равным 135°. Линии t = const на I, d-диаграмме представляют собой прямые линии, немного расходящиеся по мере увеличения влагосодержания. d – const

I

t – const φ – const

φ – 100 %

I –const

φ

Кривые парциального давления

P d

d

Рис. 2.1. Изолинии I, d-диаграммы влажного воздуха

Все поле диаграммы линией φ = 100 % разделено на две части. Линия φ = 100 % соответствует состоянию воздуха, насыщенного водяными парами. Выше этой линии расположена область ненасыщенного влажного воздуха. Ниже линии φ = 100 % расположена 14

I, d-диаграмма влажного воздуха (Рв – 760 мм рт. ст.)

область перенасыщенного состояния воздуха (состояние тумана). Данная область не представляет интереса для СКВ и поэтому является нерабочей частью диаграммы. Каждая точка на I, d-диаграмме соответствует определенному тепловлажностному состоянию воздуха. Линия на I, d-диаграмме отвечает процессу тепловлажностной обработки воздуха. В нижней части диаграммы приведена кривая парциальных давлений водяных паров рп". Поскольку значение рп однозначно определяется соответствующим влагосодержанием воздуха, искомое значение рп можно найти в точке пересечения заданного значения с указанной кривой. Рабочий вариант I, d-диаграммы влажного воздуха приведен на рис. 2.2.

Рис. 2.2. I, d-диаграмма влажного воздуха 15

Состояние влажного воздуха в I, d-диаграмме характеризуется точкой, лежащей на пересечении соответствующих двух линий d = const и i = const, либо Т = const и i = const и т. п. Нанеся эту точку, можно прочитать значения остальных параметров. Если точка лежит между линиями, образующими сетку диаграммы, значения параметров находят интерполированием. Для удобства построения процессов изменения состояния воздуха на I, d-диаграмме нанесены значения ε от –∞ до +∞ в виде пучка лучей, исходящих из нулевой точки диаграммы (i = 0, t = 0, d = 0). Величину ε, кДж/кг, называют тепловлажностным отношением, или угловым коэффициентом. Значение εп находится из уравнения εп = (∑Qя +∑Wiω)/ ∑W = ∑Q я / ∑W + iω,

(2.1)

где ∑Qя – суммарный приток явной («сухой») теплоты, кВт; ∑W – суммарный влагоприток, кг/с; iω – удельная энтальпия водяных паров (в кДж/кг) при температуре воздуха t, °С: iω = 2 500 + 1,8t. Теплоту, переданную воздуху или отнятую от него, называют явной («сухой») теплотой Qя. Таковы процессы нагревания воздуха в воздухонагревателе, нагревания воздуха в помещении вследствие теплопритоков через наружные ограждения, от солнечной радиации, от работающих электродвигателей и т. п. Добавление в воздух влаги (увлажнение воздуха) или удаление ее из воздуха (осушение воздуха) в количестве W (кг/с) равнозначно добавлению или удалению скрытой теплоты Qскр (кВт): Q скр = Wr,

(2.2)

где r – теплота парообразования (для воды r = 2 500 кДж/кг). Скрытой эту теплоту называют потому, что она как бы запасена в водяном паре и выделяется в воздух при конденсации водяных паров или затрачивается при испарении воды в воздух. Полное количество добавляемой или удаляемой теплоты Qп равно сумме явной и скрытой теплоты. Чтобы выяснить направление процесса с тепловлажностным отношением ε, нужно на полях I, d-диаграммы найти конец луча с этим значением, соединить его с центром координат (i = 0, d = 0, t = 0) и провести из точки начального состояния воздуха d1, i1 линию, параллельную этому лучу-процессу.

16

Поскольку d, i и ρ зависят от барометрического давления, для каждого его значения должна быть своя I, d-диаграмма. Однако влияние барометрического давления не столь велико, поэтому для обычных расчетов кондиционирования пользуются диаграммами, построенными для давлений p = 0,099 МПа (745 мм рт. ст.) или p = 0,101 МПа (760 мм рт. ст.). Чтобы температура и влажность воздуха в помещении были постоянными, в помещение необходимо подать приточный воздух с такими параметрами (точка П, рис. 2.3), чтобы после смешения с воздухом в помещении вновь установились заданные параметры. В летнее время для этого подают более холодный и более сухой воздух, а зимой – более теплый и влажный. Точка П должна, лежать на той же прямой с наклоном, соответствующим εп. Луч процесса в помещении I

tн

φ = 100 %

tв tп

dп

dн

d

Рис. 2.3. Летний режим

Положение точки П на линии с наклоном, соответствующим εп, определяется допустимой (рабочей) разностью температур ∆tдоп приточного воздуха и воздуха в помещений (расстояние между точками В и П). Рабочую разность температур выбирают, исходя из принятого способа распределения воздуха, а также в зависимости от высоты помещений. Температуру приточного воздуха tп можно определить по формуле tп = tв − Δtдоп ,

(2.3)

где Δt доп – допустимый перепад температур, °С, зависящий от выбора принципиальной схемы воздухораспределения. Для расчета воздухообмена принимают при подаче воздуха: 17

– непосредственно в рабочую зону Δt доп = 2 °С; – на высоту 2,5 м и выше Δt доп = 4…6 °С; – на высоту более 4 м от пола Δt доп = 6…8 °С; – воздухораспределителями (плафонами) Δt доп = 8…15 °С. Для торговых залов предприятий общественного питания ∆tдоп = 4…10 °С. Для производственных помещений при подаче воздуха в рабочую зону ∆tдоп = 6…9 °С, а при подаче воздуха под потолком допустимая разность температур может быть увеличена до 12…14 °С (меньшие значения соответствуют помещениям высотой до 3 м). 2.2. Особенности тепловлажностной обработки воздуха в летний и зимний периоды Известно, что термодинамическое состояние воздушной среды в помещении изменяется в результате поступления в нее водяного пара и тепла. Если по условиям технологических и биологических процессов, протекающих в помещении, требуется поддерживать определенные параметры воздуха, то в этих случаях приходится предусматривать устройство кондиционирования воздуха. Кондиционирование воздуха является высшей ступенью развития вентиляционной техники; все относящиеся сюда мероприятия дают возможность поддерживать в помещении определенное состояние воздуха независимо от изменения внешних факторов (погода, время года) и внутренних (изменение тепло- и влаговыделений в помещении). В совокупности под кондиционированием воздуха понимают нагревание или охлаждение, увлажнение или осушение, очистку, дезодорацию и ионизацию воздуха. В настоящей главе рассмотрены только те случаи кондиционирования, которые связаны с тепловлажностной обработкой приточного воздуха. Проанализируем с помощью I, d-диаграммы необходимость в кондиционировании воздуха для различных расчетных режимов при условии поддержания в помещении заданных параметров внутреннего воздуха. Летний режим. Допустим, что точка В (рис. 2.3) соответствует заданному состоянию воздуха в помещении, точка П – состоянию приточного воздуха, точка Н – состоянию наружного.

18

В целях упрощения дальнейших рассуждений примем прямоточную схему обработки воздуха (т. е. без применения рециркуляции), при которой весь приточный воздух будет забираться снаружи, обладая при этом состоянием, соответствующим точке H. Взаимное положение точек Н и П (см. рис. 2.3) показывает, что наружный воздух имеет более высокое тепло- и влагосодержание, нежели при заданном состоянии приточного воздуха (точка П). Следовательно, для того чтобы получить приточный воздух с параметрами точки П, необходимо наружный воздух подвергнуть соответствующей тепловлажностной обработке, чтобы понизить влагосодержание на величину Δd, а энтальпию – на величину ΔI (т. е. он должен быть охлажден и осушен). Зимний режим. Примем, что точка В (рис. 2.4) определяет заданное состояние внутреннего воздуха, точка П – приточного, точка Н – наружного, а линия П – В является лучом процесса изменения состояния воздуха в помещении. Допустим, что в зимнее время, так же как и летом, применяется прямоточная схема. Для получения заданного состояния приточного воздуха, отвечающего параметрам точки П, необходимо в процессе обработки наружного воздуха повысить его влагосодержание на величину Δd , а энтальпию – на величину ΔI (т. е. нагреть и увлажнить). Итак, для поддержания постоянных параметров воздуха в помещении требуется в летнее время охлаждать и осушать его, а зимой – увлажнять и нагревать. Луч процесса в помещении

I

В tв П

φ = 100º

ΔI

tп

tн

Н dн

Δd dп

dв

Рис. 2.4. Зимний режим 19

d

2.3. Последовательность выполнения проекта и выбор расчетных параметров Работы по проектированию СКВ рекомендуется выполнять в следующей последовательности: 1) изучить задание на проектирование, подобрать литературные и справочные данные по устройству и расчету СКВ; 2) изучить строительные чертежи здания или помещения, для которого проектируется СКВ. При отсутствии таких чертежей необходимо, пользуясь строительными чертежами аналогичных зданий, составить упрощенный план и разрез проектируемого помещения, выбрать материал и толщины ограждающих конструкций, задаться ориентацией стен здания по сторонам горизонта. При выборе строительных конструкций необходимо учитывать, что теплоизоляция предусматривается только для помещений с температурой 12 °С и ниже (камеры созревания сыров и т. п.); 3) выбрать расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха, определить тепло- и влагопритоки в кондиционируемое помещение, а также значение тепловлажностного отношения ε (углового коэффициента); 4) определить производительность СКВ по воздуху, и с учетом величины тепловой нагрузки, назначения СКВ, количества кондиционируемых помещений, возможности размещения оборудования в кондиционируемом помещении или вне его выбрать вид системы кондиционирования воздуха (местную или центральную СКВ; автономный кондиционер или с промежуточным хладоносителем; одноканальную или двухканальную СКВ; прямоточную или с рециркуляцией внутреннего воздуха и т. д.); 5) составить схему обработки воздуха, построить процессы обработки воздуха в I, d-диаграмме влажного воздуха и определить нагрузку на основные элементы СКВ: воздухоохладитель и калориферы I и II подогрева (если они предусмотрены схемой обработки воздуха). Обработка воздуха в кондиционере проводится путем его охлаждения, осушения, увлажнения и нагревания, осуществляемых в различной последовательности. В результате воздух приобретает параметры, с которыми он должен подаваться в кондиционируемое помещение. Структурную схему СКВ, которой, в свою очередь, соответствует изображение процессов обработки воздуха в I, d-диаграмме, составляют для двух расчетных режимов – летнего и зимнего. 20

Наибольшее внимание уделяют схемам летнего кондиционирования, определению нагрузки на холодильную установку, составлению схемы холодоснабжения, поскольку главным объектом проектирования служит холодильная установка. Вопросы, связанные с кондиционированием воздуха в зимний период, по согласованию с руководителем проекта можно раскрывать в меньшем объеме; 6) рассчитать и подобрать основные элементы СКВ (воздухоохладитель или камеру орошения, калориферы, вентиляционный агрегат, насосы, определить сечения основных трубопроводов и воздуховодов); 7) в зависимости от выбранной системы холодоснабжения провести полный тепловой расчет холодильной установки и подобрать для нее основное и вспомогательное оборудование; 8) составить окончательную схему СКВ со схемой холодильной установки и принципиальной схемой автоматического регулирования; 9) вычертить план и разрез здания или помещения, для которого проектируется СКВ, с нанесением основного оборудования; 10) оформить пояснительную записку. 2.4. Расчетные параметры внутреннего и наружного воздуха Расчетные параметры наружного воздуха выбираются в зависимости от вида и назначения системы кондиционирования воздуха и климатических условий местности. Установки для кондиционирования воздуха по степени обеспечения заданного микроклимата в помещении согласно СНиП 2.04.05–86 подразделяются на три группы с расчетными параметрами наружного воздуха: А, Б и В. Установки с параметрами воздуха А обеспечивают заданный искусственный климат в пределах энтальпий наружного воздуха, определяемых средней температурой tсл, влажностью наиболее жаркого месяца в 13 ч и расчетной зимней температурой для вентиляции и соответствующей ей влажностью воздуха. Установки применяются для помещений, где отклонение заданных параметров воздуха в течение определенного времени не вызывает существенного нарушения технологического режима. Установки с параметрами воздуха Б обеспечивают искусственный климат в пределах значений энтальпии наружного воздуха, определяемых:

21

а) расчетной температурой теплого периода года tн = 0,5(tсл + tм) и соответствующей ей влажностью φн, где tсл – средняя температура наиболее жаркого месяца в 13 ч; tм – максимальная температура, встречающаяся в данной местности; б) расчетной температурой холодного периода года для проектирования отопления и соответствующей ей влажностью. Эти установки получили наибольшее распространение при проектировании систем кондиционирования воздуха (в частности, в общественных зданиях). Установки с параметрами воздуха В обеспечивают искусственный климат от абсолютно максимального до абсолютно минимального значения температуры и энтальпии воздуха в данной местности, применяются для помещений, в которых требуется поддержание заданных параметров круглогодично и при наличии обоснованных технологических требований, подтвержденных технико-экономическими расчетами. В течение многих десятилетий пользовались именно этими СНиП. С января 2004 года прежние СНиПы были отменены и стал действовать нормативный документ СНиП 41-01–2003 «Отопление, вентиляция, кондиционирование», в котором таблицы расчетных климатических условий отсутствуют. Вместо этого предлагается руководствоваться новыми СНиПами по строительной климатологии (например, СНиП 23-01–99), и проектировать СКВ для летнего и холодного периодов по параметрам воздуха Б. Расчетные параметры наружного воздуха для некоторых городов приведены в прил. 1. Расчетные температуры наружного воздуха для систем отопления следует принимать по параметрам Б для холодного периода года: tн.в и φх.м. Максимальное значение расчетной энтальпии iАн.макс принимают таким образом, чтобы за год более высокое значение энтальпии в данной местности наблюдалось не более 400 ч. Под расчетными параметрами внутреннего воздуха понимают такие значения температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха, которые должны поддерживаться в кондиционируемых помещениях либо по технологическим требованиям, либо из соображений комфорта. Расчетные параметры внутреннего воздуха для технологического кондиционирования в зависимости от назначения помещения приведены в табл. 2.1. При проектировании установок комфортного кондиционирования воздуха в жилых и общественных зданиях (залы кинотеатров, театров, магазинов, обеденные залы предприятий питания) в качестве 22

оптимальной расчетной температуры внутреннего воздуха для теплого периода года в средней полосе России принимают 22…25 °С, а для южных районов – более высокую температуру, но не выше 28 °С. Таблица 2.1 Расчетные параметры внутреннего воздуха для технологического кондиционирования Расчетные параметры внутреннего воздуха Относительная Температура, ºС влажность, %

Помещения Цехи мясных полуфабрикатов на предприятиях общественного питания Цехи мясокомбинатов, убоя скота и разделки туш, цех полуфабрикатов, машинный зал, сушильные камеры колбас Камера воздушного охлаждения вареных колбас Помещения для хранения: вареных колбас варено-копченых колбас Отделение посола сыров Камеры созревания сыров Цехи предприятий точного машиностроения и приборостроения

12

70…75

12

70…75

2…8

90…95

0…8 12…15 10…12 5…8

85…90 75…78 78…85 75…80

20…22

40…50

Для холодного периода года оптимальной температурой внутреннего воздуха считают 20…22 °С. В качестве расчетной относительной влажности для всех периодов года принимают соответственно 60…30 %, при этом большей расчетной температуре должна соответствовать меньшая относительная влажность. Скорость движения воздуха должна быть не более 0,25 м/с. Расчетные параметры наружного воздуха для некоторых городов приведены в прил. 1. Скорость движения воздуха для всех помещений не более 0,4 м/с. 2.5. Расчет тепло- и влагопритоков и определение количества подаваемого воздуха Расчетные параметры воздуха в кондиционируемых помещениях устанавливаются исходя из результатов притока и отвода теплоты и влаги из этих помещений. В СКВ автоматически поддерживают 23

в заданных пределах как температуру, так и относительную влажность, в связи с чем требуются более точные сведения о составляющих влажностного баланса. Количество теплоты, поступающей в кондиционируемое помещение (со знаком «+») или уходящее из него (со знаком «–»), подсчитывают по формуле ∑Q = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 ,

(2.4)

где Q1 = Q1т + Q1c – теплопритоки через ограждающие конструкции, вызванные разностью температур наружного и внутреннего воздуха, и от действия солнечной радиации; Q2 – теплопритоки от обрабатываемых материалов (остывающих колбас, сыров, пищи и т. д.); Q3 – теплопритоки с наружным воздухом, проникающим в кондиционируемое помещение с вентиляционным воздухом или от инфильтрации через щели в ограждающих конструкциях; Q4 – эксплуатационные теплопритоки (от людей, технологического оборудования, осветительных приборов и т. п.). Общее количество влаги, поступающее в воздух кондиционируемого помещения (со знаком «+») или поглощаемое из воздуха находящимися в помещении материалами (со знаком «–»), подсчитывается по формуле ∑W = W2 + W3 + W4,

(2.5)

где W2 – влагоприток от материалов; W3 – влагоприток с наружным воздухом; W4 – эксплуатационные влагопритоки (от людей технологического оборудования, с открытых водных поверхностей и т. д.). 2.5.1. Р а с ч е т т е п л о п р и т о к о в Теплопритоки через ограждающие конструкции. Ограждающие конструкции кондиционируемых помещений жилых и общественных зданий подразделяются на массивную и светопрозрачную (световые проемы) части. Трансмиссионные теплопритоки (за счет разности температур) через массивные участки стен, перегородки, полы, перекрытия и покрытия определяют по формуле Q 1т = kд FӨ = kд F(tн – tв),

(2.6)

где kд – действительный коэффициент теплопередачи ограждения; F – расчетная площадь поверхности ограждения (с округлением до 0,1 м2); tн и tв – расчетные температуры наружного и внутреннего воздуха. 24

Трансмиссионные теплопритоки через светопрозрачные ограждения определяют также по формуле (2.6). Техническая характеристика витражей и стеклопакетов приведена в табл. 2.2. Другими заполнителями световых проемов современных зданий являются пустотелые стеклянные блоки с герметично закрытой полостью. Теплотехнические характеристики и габаритные размеры блоков приведены в табл. 2.3. Таблица 2.2 Техническая характеристика витражей и стеклопакетов Светопрозрачные ограждения Витрина с одинарным остеклением Витрина со спаренным остеклением Витрина с двойным раздельным остеклением Стеклопакет с двойным остеклением То же То же Стеклопакет с тройным остеклением Окна с одинарным остеклением Окна со спаренным остеклением Окна с двойным раздельным остеклением

Число стекол

Расстояние между стеклами, мм

Коэффициент теплопередачи, Вт / (м² · К)

1

–

6,70

2

70…100

2,68

2

450…600

2,45

2

10

2,30

2 2

15 20

2,70 2,74

3

15…20

1,9

1

–

3,3

2

30…60

2,0

2

75…100

1,9 Таблица 2.3

Габаритные размеры блоков Блок Однокамерный Двухкамерный

Габаритные размеры Коэффициент (длина × ширина × толщина) теплопередачи, Вт / (м² · К) 194 × 194 × 98 4,3 194 × 194 × 60 7,2 294 × 294 × 98 3,7 194 × 194 × 98 3,8

25

Теплопритоки от солнечной радиации. Теплопритоки от солнечной радиации Q1с (Вт) в кондиционируемое помещение складываются из теплопритоков через массивные ограждения зданий (стены, кровли, покрытия и т. д.) и теплопритоков через световые проемы (окна, витрины и т. д.), т. е. Q1с = Q1смасс + Q1ссвет.

(2.7)

Для кондиционируемых помещений Q1смасс рассчитываем по формуле Q1с = kд F ∆ tс 10–3, (2.8) где kд – действительный коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м2 К); F – площадь поверхности ограждения облучаемой солнцем, м2; ∆ tс – избыточная разность температур, характеризующая действие солнечной радиации в летнее время, °С. Количество теплоты от солнечной радиации зависит от зоны расположения помещения (географической широты), характера поверхности и ориентации ее по сторонам горизонта. Для плоской кровли избыточная разность температур зависит только от тона окраски и не зависит от ориентации и широты. Для плоских кровель без окраски (темных) избыточную разность температур принимают 17,7 °С, с окраской светлых тонов 14,9 °С. Для шатровых кровель избыточную разность температур (°С) принимают в зависимости от географической широты: для южной зоны – 15, средней – 10, северной – 5. Для наружных стен избыточную разность температур можно принять по табл. 2.4. Таблица 2.4 Зависимость избыточной разности температур от ориентации поверхности относительно сторон горизонта Стена

Избыточная разность температур (ºC) при ориентации по сторонам горизонта Ю ЮВ ЮЗ В З СВ СЗ С Географическая широта 40 50 60 От 40 до 60 Бетонная 5,9 8,0 9,8 8,8 10,0 9,8 11,7 5,1 5,6 0 Кирпичная 6,6 9,1 11,0 9,9 11,3 11,0 13,2 5,8 6,3 0 Побеленная известью 3,6 4,9 6,0 5,4 6,1 6,0 7,2 3,2 3,5 0 или штукатуркой Покрытая штукатур- 5,1 7,1 8,5 7,7 8,3 8,5 10,2 4,5 4,9 0 кой, окрашенная в темные тона Облицованная 2,3 3,2 3,9 3,5 4,0 3,9 4,7 3,0 2,2 белыми плитами 26

Величину Q1ссвет (Вт) подсчитывают отдельно для каждой стороны горизонта: Q1ссвет = Qок F τ,

(2.9)

где Qок – удельный теплоприток от солнечной радиации через окна с одинарным остеклением в деревянных рамах, Вт/м2; F – площадь светового проема, м2; τ – коэффициент затенения, учитывающий влияние затеняющего устройства на уменьшение теплопритока из-за солнечной радиации. Значения коэффициента τ приведены в табл. 2.5. Значения Qок (удельный теплоприток от солнечной радиации через окна с одинарным остеклением в деревянных рамах) даны в табл. 2.6. Теплопритоки от солнечной радиации подсчитывают для каждого кондиционируемого помещения и сводят в таблицу. Таблица 2.5 Коэффициент затенения τ Затеняющее устройство Козырьки Маркизы Жалюзи, побелка остекления, штора наружная Штора: внутренняя при открытом окне при закрытом окне между переплетами

Коэффициент затенения 0,95 0,75 0,70 0,65 0,40 0,50 Таблица 2.6

Поток тепла от солнечной радиации Поток тепла от солнечной радиации Вт/м²) по периодам года и сторонам горизонта Географическая Июнь Декабрь (холодный период года) широта (теплый период года) С СВ, В,З ЮВ, Ю В, З ЮВ, ЮЗ Ю СЗ ЮЗ 36 58 165 315 200 270 230 350 350 40 58 165 315 220 245 220 350 350 44 58 165 315 270 300 210 350 360 48 58 165 325 270 300 185 340 360 52 70 165 340 290 300 165 315 350 56 82 165 340 300 300 140 280 315 60 93 150 340 325 340 105 210 245 64 105 140 340 340 340 70 115 130

27

Примечания: 1. Приведенные в таблице величины следует умножать на поправочный коэффициент для окон с двойным остеклением и деревянными рамами – 0,62; для окон с двойным остеклением и витрин в металлических переплетах – 0,7; для окон с одинарным остеклением и витрин в металлических переплетах – 1,25. 2. Теплопритоки через остекленные поверхности, ориентированные на север, в курсовых проектах можно не учитывать.

За расчетную величину принимают максимальный теплоприток в данном помещении. К полученному расчетом Q1ссвет добавляют количество теплоты, поступающей через облучаемые массивные ограждения, и находят окончательную величину теплопритоков от солнечной радиации. Теплопритоки от обрабатываемых материалов. Теплоприток Q2п от материалов можно определить по формуле Q 2 я = mc(t 1 – t 2 ),

(2.10)

где Q2я – количество явной теплоты от обрабатываемых материалов (продуктов), кВт; m – масса материалов (продуктов), кг, с – удельная теплоемкость, кДж/(кг · К) (например, для мяса с = 2,72…3,14 кДж/кг, для колбасы с = 2,51 кДж/кг). Начальная температура мяса зависит от того, в каком виде оно поступает в цех на переработку (охлажденное или парное). Охлажденное мясо при переработке нагревается от 4 до 12 °С, следовательно, оно воспринимает часть выделенной в помещении теплоты. В этом случае Q2 входит в уравнение теплового баланса со знаком минус. Парное мясо охлаждается с 36 до 12 °С и, следовательно, выделяет теплоту в процессе его обработки. В этом случае значение Q2 будет положительным. Для предприятий общественного питания объектами обработки являются горячие блюда, выпеченные изделия в кондитерских цехах, остывающая пища в обеденных залах, а также мясопродукты, обрабатываемые в холодных цехах. Тепловыделения от остывающей пищи можно принять Q2 = 17…25 Вт на одного посетителя. Теплопритоки с наружным воздухом. Наружный воздух поступает в кондиционируемое помещение либо от отдельной вентиляционной установки, либо при инфильтрации (проникновение наружного воздуха внутрь здания через неплотности в наружных ограждениях и через щели в окнах, а также при открывании дверей). Если в кондиционируемые помещения подают воздуха больше, чем удаляют из них, то в помещениях создается избыточное давление (подпор), препятствующее проникновению воздуха с инфильтрацией. В этом случае теплоприток 28

от инфильтрации можно принимать равным нулю. Если в кондиционируемое помещение подается вентиляционный воздух от отдельной приточной установки без предварительной тепловлажностной обработки его, он приносит с собой теплоту и влагу точно так же, как воздух, проникающий с инфильтрацией. Теплоприток с вентиляционным воздухом Q 3 п (кВт) подсчитывают по формулам Q 3 п = L н ⋅ρ (i н – i в ); Q 3 я = L н ⋅ ρ (t н – t в ),

(2.11) (2.12)

где Lн – объемный расход наружного воздуха, м3/с; ρ – плотность воздуха, кг/м3, i н , i в – удельные энтальпии наружного воздуха и воздуха в помещении, кДж/кг; t н , t в – расчетные температуры наружного воздуха и воздуха в помещении, °С. Объемный расход наружного воздуха, подаваемого для целей вентиляции, определяют по формуле L н = n ⋅ L тр ,

(2.13)

где n – число людей в помещении; Lтр – требуемый объемный расход воздуха (в м3/ч) в помещении по нормам на одного человека (табл. 2.7). Таблица 2.7 Требуемый объемный расход воздуха Тип помещения Общественные: при отсутствии курения при незначительном курении при значительном курении Общественные для детей до 12 лет Производственные при объеме помещения на одного работающего менее 20 м³ То же, 20…40 м³ Производственные без окон и фонарей Больницы

Объемный расход воздуха (м³/ч) 25 35 50 15 30 20 40 80

Теплопритоки от людей. Количество теплоты, выделяемой людьми (Вт), подсчитывают по формуле Q 4 л = q чел ⋅n, (2.14) где qчел – количество теплоты, выделяемой одним человеком в зависимости от температуры воздуха в помещении и рода выполняемой работы; n – число людей, одновременно находящихся в помещении (в торговых залах предприятий питания принимается равным числу посадочных мест). 29

Тепло- и влаговыделения от 1 человека приведены в табл. 2.8. Теплопритоки от оборудования. Количество теплоты, выделяемой оборудованием, зависит от целого ряда причин: применяемого способа обогрева (газ или электричество), оснащенности данного предприятия оборудованием, режима работы предприятия, а также от мощности и режима работы каждой единицы технологического оборудования. Для оборудования, обогреваемого природным газом, подсчет теплопритоков осложняется тем, что не вся теплота, полученная при сгорании газа, выделяется в помещение. Часть ее составляют потери теплоты с уходящими газами: Qтоп = Qпом + Qух,

(2.15)

где Qтоп – количество теплоты, выделяемой в топке при сгорании газа, кВт; Qпом – количество теплоты, выделяемой оборудованием в помещении (состоит из полезной теплоты расходуемой непосредственно на приготовление пищи, и из потерь теплоты наружными ограждениями оборудования), кВт; Qух – потеря теплоты с уходящими газами. Таблица 2.8 Тепло- и влаговыделения от людей (на одного человека) Род работы Легкая работа сидя Легкая физическая работа (кассиры, посетители столовых, магазинов и т. д.) Работа средней тяжести (продавцы магазинов, официанты) Тяжелая работа (персонал горячих цехов, рабочие обвалочных отделений

Расчетные температуры воздуха в кондиционируемых помещениях, ºС 10–13 14–16 17–19 20–22 23–25 25–28 30–32 35 130 86 79 72 68 49 35 12 9,16 11,9 14,7 17,7 19,4 27,0 32,2 32,2 147 11,1

116 13,9

98 21,4

9 22,2

70 32,2

60 36,0

47 41,6

6 55,5

157 20,8

130 32,0

140 34,7

112 39,0

80 51,5

70 55,5

47 69,5

6 79

198 37,0

158 52,7

163 51,4

130 64,5

89 80,5

64 90,5

35 101

8 94,5

Примечание. В числителе – явные тепловыделения, Q4л, Вт; в знаменателе – влаговыделения, W4л·106, кг/с.

Количество теплоты Qобгаз (кВт), выделяемой газовым тепловым оборудованием, определяют по формуле Qобгаз = Q топ K K о K и , 30

(2.16)

где Qтоп = ВQрн – количество теплоты, выделяемой при сгорании газа, кВт; В – объемный расход газа при нормальных условиях, м3/с; Qрн – теплотворная способность 1 м3 газа, при нормальных условиях, равная 35 600 кДж/м3; К – коэффициент, учитывающий соотношение между Qпом и Qух (К = 0,8); Ко – коэффициент, учитывающий одновременность работы однотипного оборудования (для столовых Ко = 0,8, для ресторанов и кафе Ко = 0,6); Ки – коэффициент использования оборудования (выражает продолжительность непрерывной работы оборудования в течение смены в пересчете на 1 рабочий час); значения этого коэффициента приведены в табл. 2.9. Тепловыделения от единицы оборудования, обогреваемого паром, можно принимать равными 1,3 кВт на 1 м2 наружной неполированной поверхности; 0,49 кВт – полированной и 0,33 кВт – для поверхности, покрытой изоляцией. Для оборудования с электрическим обогревом тепловыделения Qобэл (кВт) подсчитывают по формуле Qобэл = ∑Nэл.н Ки Ко,

(2.17)

где ∑Nэл.н – суммарная мощность всех электронагревателей данного оборудования, кВт. Теплоту, выделяемую электродвигателями механического оборудования, Qэл.дв (кВт) определяют по формуле Qэл.дв = ∑Nэл.дв Ки Ко,

(2.18)

где ∑Nэл.дв – суммарная мощность всех электродвигателей механического оборудования, кВт. Таблица 2.9 Коэффициент использования оборудования Коэффициент использования Оборудования, Ки

Оборудование Кипятильники, кофеварки, печи шашлычные, электротермостаты Печи электрические Плиты газовые, котлы электрические и газовые, посудомоечные машины Сковороды, жаровни, фритюрницы Мармиты, стойки, шкафы жарочные, пекарские и кондитерские Механическое оборудование

0,9 0,7 0,6 0,5 0,4 0,2

Для перерабатывающих цехов мясокомбинатов принимают Ки = 0,65 для оборудования машинных залов (волчки, куттеры) и Ки = 0,25 – для оборудования шприцовочной. 31

Для предприятий питания, оснащенных только электрическим тепловым оборудованием, значение Qоб.мех можно принимать равным 10 % Qоб.теп. Теплопритоки от электрического освещения Qосв (кВт) определяют по формуле Qосв = Nосв,

(2.19)

где Nосв – установленная мощность осветительной аппаратуры, кВт. При люминесцентном освещении светильники часто устанавливают в плоскости подвесного потолка. В этом случае в помещение поступает теплота в количестве 60 % теплоты, подсчитанной по предыдущей формуле. Определение суммарной тепловой нагрузки. Определяя суммарную тепловую нагрузку на систему кондиционирования воздуха, необходимо учитывать, одновременно ли действуют теплопритоки от различных источников. Так, теплопритоки от солнечной радиации в дневное время могут не совпадать по времени с теплопритоком от освещения вечером. В этом случае определяют величину обеих нагрузок, но в расчет принимают только одну из них – большую. Поскольку отдельные составляющие теплового баланса в различные периоды года входят как со знаком «+», так и со знаком «–», тепловой баланс кондиционируемого помещения составляют как для летнего, так и для зимнего периодов года. 2.5.2. О п р е д е л е н и е в л а г о п р и т о к о в Влагопритоки от материалов. На предприятиях питания основными источниками влагопритоков являются остывающая пища, открытые поверхности кастрюль и т. п. Количество влагопритоков от пищи можно ориентировочно принимать w 2 = 20 · 10–6 кг/с на одно посадочное место. Влаговыделения от кастрюль приведены в табл. 2.10. Таблица 2.10 Влаговыделения Вместимость оборудования, л 125 250 400

Площадь зеркала испарения, м2 0,29 0,50 0,74

32

Количество испаряющейся влаги, wм 103 кг/с 2,77 4,56 6,40

Для предприятий по переработке мяса количество влагопритоков можно принимать по удельной нагрузке на 1 м2 пола. Так, для помещений по переработке парного мяса w м = (11…17) 10–6 кг/(м2 · с), а для сушилок колбас – (30…50) 10–6 кг/(м2 ·с). Влагопритоки с наружным воздухом. Влагоприток Wвз (кг/с) с наружным воздухом, поступающим в помещение без предварительной тепловлажностной обработки, определяют по формуле Wвз = L в з (d н – d в )10 – 3 , (2.20) где dн, dв – влагосодержание наружного воздуха и воздуха в помещении, г/кг. Влагопритоки от людей. Количество влаги, выделяемой людьми, Wл (кг/с), подсчитывают по формуле Wл = w чел⋅ n, (2.21) где w чел – влаговыделение одного человека, кг/с; n – число людей в помещении. Влаговыделения в зависимости от температуры воздуха в помещении и рода выполняемой работы приведены в табл. 2.8 (влаговыделения – в знаменателе). 2.6. Выбор параметров и количества воздуха, подаваемого в помещение 2.6.1. О п р е д е л е н и е п а р а м е т р о в приточного воздуха Если в помещении с тепловыделениями ∑Q и влаговыделениями ∑W выключить установку кондиционирования воздуха, то его параметры будут изменяться. Процесс этого изменения в I, d-диаграмме изображается прямой линией, проходящей под углом, соответствующим величине тепловлажностного отношения εп по уравнению εп = (∑Qя +∑Wiω)/ ∑W = ∑Q я / ∑W + iω,

(2.22)

где ∑Qя – суммарный приток явной («сухой») теплоты, кВт; ∑W – суммарный влагоприток, кг/с; iω – удельная энтальпия водяных паров (кДж/кг) при температуре воздуха t, °С: iω = 2 500 + 1,8t. Чтобы температура и влажность воздуха в помещении были постоянными, в помещение необходимо подать воздух с такими параметрами (точка П, рис. 2.4), чтобы после смешения с воздухом 33

в помещении вновь установились заданные параметры. В летнее время для этого подают более холодный и более сухой воздух, а зимой – более теплый и влажный. Точка П должна лежать на той же прямой с наклоном, соответствующим εп. Положение точки П на линии с наклоном, соответствующим εп, определяется допустимой (рабочей) разностью температур ∆tдоп приточного воздуха и воздуха в помещений (расстояние между точками В и П). Рабочую разность температур выбирают, исходя из принятого способа распределения воздуха, а также в зависимости от высоты помещений. Для торговых залов предприятий общественного питания ∆tдоп = 4…10 °С. Для производственных помещений при подаче воздуха в рабочую зону ∆tр = 6…9 °С, а при подаче воздуха под потолком допустимая разность температур может быть увеличена до 12…14 °С (меньшие значения соответствуют помещениям высотой до 3 м). Ориентировочные значения тепловлажностного отношения ε (кДж/кг) для различных помещений приведены в табл. 2.11. Таблица 2.11 Ориентировочные значение тепловлажностного отношения ε Тип помещения Квартиры, номера гостиниц Предприятия торговли и общественного питания Зрительные залы кинотеатров и театров Помещения для разрубки, обвалки и жиловки мяса: охлажденного парного Помещения для переработки мяса: охлажденного парного Сушилки для колбас Камеры созревания сыров

Значение тепловлажностного отношения (кДж/кг) 15 000…17 000 8 500…10 000 8 500…10 000 10 000…13 000 5 000…6 500 10 000…13 000 6 000…7 000 1 900…2 100 8 500…13 000

2.6.2. О п р е д е л е н и е п р о и з в о д и т е л ь н о с т и СКВ Объемный расход воздуха L (м3/с), который необходимо подавать в кондиционируемое помещение, определяют обычно из условия удаления теплопритоков L = ∑Qп / ρв (iв – iп) = ∑Qя / ρс ∆tр. 34

(2.23)

Производительность СКВ можно определять из условия удаления избыточной влаги: L = W/ρв(dух – dп), (2.24) а также из условий удаления вредных веществ: L = Gвр / (z2 – z1), (2.25) 3 где ρв – плотность воздуха при t = tп, кг/м ; с – удельная теплоемкость воздуха при t = tп, кДж/кг; ∆tр – допустимая (рабочая) разность температур, °С; iп, iв – удельные энтальпия приточного и внутреннего воздуха (в точках П и В), кДж/кг; dух, dп – влагосодержание уходящего и приточного воздуха, г/кг; W – влаговыделения в помещении, г/с; Gвр – количество вредных веществ, выделяющихся в помещении, мг/с; z2 – концентрация данного газа в удаляемом воздухе, мг/м3 (если удаление из рабочей зоны, z2 = ПДК); z1 – концентрация данного газа в приточном воздухе, мг/м3 (z1 = до 0,3 ПДК). Расчет количества приточного воздуха по нормативной кратности воздухообмена допускается в случаях, оговоренных в нормативных документах. При этом воздухообмен, м3/с, определяется по формуле L = nVп / 3 600, (2.26) где n – нормативная кратность воздухообмена, 1/ч; значения n даны в соответствующих выпусках СНиП и справочниках; Vп – объем помещения, м3.. Объемный расход наружного воздуха, подаваемого для целей вентиляции, определяют по формуле L н = n ⋅ L тр , (2.27) где n – число людей в помещении; Lтр – требуемый объемный расход воздуха (в м3/ч) в помещении по нормам на одного человека (табл. 2.7). Минимальное количество наружного воздуха, подаваемого на одного человека системой кондиционирования воздуха для производственных помещений, где возможно естественное проветривание, приведено ниже: – объем помещения на одного работающего менее 20 м3 – объем помещения на одного работающего 20 м3 и более

30 м3/ч; 20 м3/ч.

В помещениях, где невозможно естественное проветривание, минимальное количество наружного воздуха принимается из расчета 60…120 м3/ч на человека и должно быть не менее 20…10 % воздухообмена в помещении. В системах кондиционирования воздуха комфортного назначения санитарную норму подачи наружного воздуха на одного человека принимают равной 25 м3/ч. 35

В проектах СКВ необходимо принимать большее значение из производительностей, полученных по этим формулам. 2.7. Составление схем обработки воздуха 2.7.1. П р я м о т о ч н а я с х е м а СКВ для теплого периода Структурная схема СКВ при прямоточном способе обработки воздуха для теплого периода приведена на рис. 2.5. Кондиционируемое помещение

Калорифер второго подогрева

Оросительная камера

Калорифер первого подогрева

Рис. 2.5. Структурная схема прямоточной системы обработки воздуха с применением второго подогрева

Предлагается следующий порядок построения процесса обработки воздуха со вторым подогревом на I, d-диаграмме влажного воздуха (рис. 2.6): I, кДЖ/кг tН tУ tВ tП tП′

У

Н

В П П′ О

d, г/кг

Рис. 2.6. Процесс обработки воздуха для теплого периода года 36

а) нахождение на I, d-диаграмме положения точек Н и В, характеризующих состояние наружного и внутреннего воздуха; б) проведение через точку В луча процесса с учетом величины углового коэффициента εТпом ; в) определение положения других точек: – точки П (т. е. состояния приточного воздуха), которая лежит на пересечении изотермы tn с лучом процесса; – точки П' (т. е. состояния приточного воздуха на выходе из второго воздухонагревателя ВН2), для чего от точки П вертикально вниз откладывают отрезок в 1 °С (отрезок ПП' характеризует нагрев приточного воздуха в воздуховодах и вентиляторе); – точки О (т. е. состояния воздуха на выходе из оросительной камеры), для чего от точки П вниз по линии d-const проводят линию до пересечения с φ = 90 % (или φ = 95 %), (отрезок ОП' характеризует нагрев воздуха во втором воздухонагревателе ВН2); – точки У (т. е. состояния воздуха, уходящего из помещения), лежащей на пересечении изотермы ty с лучом процесса (отрезок ПВУ характеризует ассимиляцию теплоты и влаги воздухом в помещении); если tу = tв, то точка У соответствует положению точки В, и при построении ее не указывают на I, d-диаграмме (рис. 2.6). Все базовые точки найдены. Их соединяют прямыми линиями. Физический смысл найденных отрезков следующий: НО – процесс осушки и охлаждения воздуха в ОКФ, ОП' – нагрев воздуха во втором воздухонагревателе, П'П – нагрев воздуха в воздуховодах и вентиляторе, ПВУ – процесс в помещении. Расход теплоты во втором воздухонагревателе определяют по уравнению QВН2 = GП ( I П э − I 0 ) . (2.28) Расход холода в ОКФ определяют по формуле Qхол = GП ( I Н − I 0 ) .

(2.29)

Количество сконденсированных паров воды из воздуха в ОКФ, кг/ч, равно WК = G (d Н − d 0 ) ⋅ 10 −3 . (2.30) При проектировании установки круглогодичного кондиционирования воздуха следует учитывать, что перепады температур ∆tдоп приточного и внутреннего воздуха для летнего и зимнего расчетных режимов принимают разными, поэтому и производительность системы по воздуху для этих режимов различна. В связи с этим подбор 37

кондиционера производят по бóльшему из этих значений, а для режима с меньшим расходом воздуха производят пересчет параметров воздуха в основных точках на I, d-диаграмме. 2.7.2. П р я м о т о ч н а я с х е м а СКВ для холодного периода Структурная схема обработки приточного воздуха приведена на рис. 2.5. Предлагается следующий порядок построения на I, d-диаграмме процесса обработки воздуха для прямоточной схемы в холодный период года: а) нахождение на I, d-диаграмме положения базовых точек В и Н, характеризующих состояние наружного и внутреннего воздуха; б) проведение через точку В луча процесса с учетом величины Х углового коэффициента ε пом ; в) определение положения точек П, У, О, К: – точки У, расположенной на пересечении изотермы fy (для холодного периода года); – точки П, расположенной на пересечении изоэнтальпы Iп с лучом процесса; численное значение удельной энтальпии Iп приточного воздуха для холодного периода года вычисляют предварительно из уравнения

Iп = I у −

∑ QX

0.278 ⋅ G

,

(2.31)

где Iу – удельная энтальпия воздуха, уходящего из помещения в холодный период года, ее определяют по положению точки У на I, d-диаграмме, кДж/кг; ∑ Q X – суммарные полные теплоизбытки в помещении в холодный период года, Вт; G – производительность СКВ в теплый период года, кг/ч; – точки О (т. е. состояния воздуха на выходе из оросительной камеры), расположенной на пересечении линии dп с линией φ = 90 %; – точки К (т. е. состояния воздуха на выходе из воздухонагревателя первой ступени), расположенной на пересечении линии dн с изоэнтальпой I0. Соединяем базовые точки прямыми линиями и получаем ломаную линию НКОПВУ (рис. 2.7). Физический смысл отрезков следующий: НК – нагрев воздуха в воздухонагревателе первой ступени, КО – адиабатическое 38

(изоэнтальпийное) охлаждение воздуха в оросительной камере, ОП – нагрев воздуха в воздухонагревателе второй ступени, ПВУ – процесс в помещении. I, кДж/кг В

К

У

П О Н d, г/кг

Рис. 2.7. Процесс обработки воздуха для прямоточной СКВ для холодного периода

Расход теплоты в первом воздухонагревателе определяют по уравнению QВН1 = G ( I 0 − I Н ) . Расход теплоты во втором воздухонагревателе определяют по формуле QВН2 = G ( I П − I 0 ) . (2.33) Количество воды, испарившейся при адиабатическом увлажнении воздуха в оросительной камере ОКФ: Wисп = G (d 0 − d к ) ⋅10 −3 . (2.34) 2.7.3. П о с т р о е н и е п р о ц е с с о в о б р а б о т к и в о з д у х а в СКВ с р е ц и р к у л я ц и е й Схема СКВ с первой рециркуляцией для теплого периода. Предлагается следующий порядок построения данного процесса обработки воздуха на I, d-диаграмме влажного воздуха (рис. 2.8): – определение положения точек Н, В, П, П', О, У (подп. 2.7.1); – определение положения точки У' (то есть состояния рециркуляционного воздуха перед его смешиванием с наружным воздухом), для чего от точки У по линии d-const откладывают вверх отрезок в 0,5 °С (отрезок УУ' характеризует нагрев уходящего воздуха в вентиляторе); – определяется положение точки С (т. е. точка состояния воздуха после смешивания рециркуляционного воздуха с наружным воздухом). 39

Точки У' и Н соединяют прямой. I, кДж/кг tН tУ′ tУ tВ tП tП′

d = dO

dC

d, г/кг

Рис. 2.8. Процесс обработки воздуха для теплого периода с первой рециркуляцией

Отрезок У'Н характеризует процесс смешивания рециркуляционного и наружного воздуха. Точка С находится на прямой У'Н (на пересечении с IС). Удельную энтальпию IС (кДж/кг) точки С вычисляют по уравнению G ⋅ I + G1P ⋅ I У , (2.35) IC = Н H G где G1P – расход воздуха первой рециркуляции, кг/ч: G1P = G − GН .

(2.36)

Точки С и О соединяют прямой. Получившийся отрезок СО характеризует политропический процесс тепловлажностной обработки воздуха в оросительной камере. На этом построение процесса СКВ заканчивают. Расчетные уравнения. Расход теплоты в воздухонагревателе определяют по уравнению (2.28), расход приточного воздуха – по уравнениям (2.23)–(2.25), расход холода в ОКФ определяют по формуле Qхол = G ( I C − I 0 ) .

(2.37)

Количество сконденсированных паров воды из воздуха, кг/ч, вычисляют по уравнению WК = G (d C − d 0 ) ⋅ 10 −3 .

40

(2.38)

Схема СКВ с первой рециркуляцией для холодного периода. Здесь возможны два варианта: I вариант – смешивание наружного и рециркуляционного воздуха производят до первого воздухонагревателя; II вариант – смешивание наружного и рециркуляционного воздуха производят после первого воздухонагревателя. Рассмотрим I вариант. Схема приведена на рис. 2.9, а. I,

I,

кДж

кДж кг

кг

d, г/кг

d, г/кг

а

б

Рис. 2.9. Схемы обработки воздуха для холодного периода с первой рециркуляцией: а – смешивание наружного и рециркуляционного воздуха осуществляется до первого воздухонагревателя; б – смешивание наружного и рециркуляционного воздуха осуществляется после первого воздухонагревателя

Предлагается следующий порядок построения на I, d-диаграмме влажного воздуха: – определение положения точек Н, В, У, П, О (подп. 2.7.2); – определение положения точки С (т. е. состояния воздуха после смешивания наружного воздуха с рециркуляционным (подп. 2.7.3). Точки Н и У соединяют прямой. Отрезок НУ характеризует процесс смешивания рециркуляционного и наружного воздуха. Точка С находится на прямой НУ (на пересечении с IC). IC определяют по уравнению

IC =

GН ⋅ I H + G1P ⋅ I у

. (2.39) G Величину G1P определяют по уравнению (2.36); – определение положения точки К, характеризующей состояние воздуха на выходе из первого воздухонагревателя ВН и находящейся на пересечении линии dС с изоэнтальпой I 0 . 41

Таким образом, НУ – процесс смешивания наружного и рециркуляционного воздуха; СК – нагрев воздуха в воздухонагревателе первой ступени; КО – обработка воздуха в оросительной камере; ОП – нагрев воздуха в воздухонагревателе второй ступени; ПВУ – процесс изменения состояния воздуха в помещении. Рассмотрим II вариант (наружный и рециркуляционный воздух смешиваются после первого воздухонагревателя), рис. 2.9, б. Предлагается следующий порядок построения процессов на I, d-диаграмме влажного воздуха: – определение положения точек Н, В, У, П, О (подп. 2.7.3, I вариант); – определение положения точки С (т. е. состояния воздуха после смешивания наружного воздуха, прошедшего нагрев в первом воздухонагревателе ВН, с уходящим из помещения воздухом), расположенной на пересечении изоэнтальпы I0 с линией dС; численное значение dС вычисляют из уравнения

dC =

GН ⋅ d H + G1P ⋅ d у

; (2.40) G – определение положения точки К, характеризующей состояние воздуха на выходе из первого воздухонагревателя ВН1 и находящейся на пересечении линии dР (влагосодержание наружного воздуха) с продолжением прямой УС. Таким образом, НК – процесс нагрева наружного воздуха в первом воздухонагревателе; КУ – процесс смешивания нагретого наружного и рециркуляционного воздуха; СО – процесс адиабатического увлажнения воздуха в оросительной камере; ОП – процесс нагрева воздуха во втором воздухонагревателе; ПВУ – процесс в помещении. Следует отметить, что при равных условиях расходы тепла на I ступени подогрева оказываются одинаковыми независимо от того, где происходит смешивание наружного и рециркуляционного воздуха: до или после воздухонагревателя I ступени. Различные схемы обработки воздуха и их изображение на I, d-диаграмме влажного воздуха представлены в работе: Основы теории кондиционирования : метод. указания к выполнению расчетных заданий / сост.: Н. Г. Измайлова, Е. В. Черненко ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. 48 с. Подробно рассмотрено построение, найдены параметры и количество подаваемого вентиляционного и рециркуляционного воздуха, охлаждающая мощность камер и расход тепла в калориферах (воздухонагревателях).

42

2.7.4. П р о е к т и р о в а н и е СКВ для предприятий мясной и молочной промышленности

Предприятия мясной промышленности. Кондиционирование на предприятиях мясной промышленности используется в цехах созревания и посола мяса, камерах размораживания мясных полутуш и мясопродуктов, изготовления фарша, отделениях копчения, сушки и остывания колбасных изделий; цехах производства технических фабрикатов и медицинских препаратов. При кондиционировании воздуха в помещениях мясоперерабатывающих и колбасных цехов необходимо учитывать следующие особенности: – сравнительно низкая температура воздуха, для достижения которой требуется низкая температура охлаждающей поверхности; – сравнительно малые значения тепловлажностного отношения (ε = 5 000…7 000 кДж/кг), что обусловливает необходимость применения в летнее время второго подогрева. Для осуществления процесса размораживания мяса (при tв = 20 °С и φв = 90 %) в камеры необходимо подавать воздух больших температуры и влажности, чем в кондиционируемом помещении. Установка работает при полной рециркуляции внутреннего воздуха. Из теплообменных аппаратов необходимы только воздухонагреватель и оросительная камера (для адиабатического увлажнения воздуха). При увлажнении воздуха паром нужен только воздухонагреватель. При сушке полукопченых колбас в камеру подают воздух более сухой и холодный, чем в камере. При этом колбасы охлаждаются с 40 до 12 °С. Для осушения и охлаждения воздуха используют камеру орошения или блок тепломассообмена. Установка также работает на полной рециркуляции внутреннего воздуха. В качестве хладоносителя применяют воду возможно низкой температуры (2…3 °С). При воздушном охлаждении вареных и варенокопченых колбас также необходимо осуществлять процесс охлаждения и осушения внутреннего воздуха, но тепловлажностное отношение (угловой коэффициент) для этих камер выше, чем в камерах сушки полукопченых колбас. Поэтому достаточно использовать только воздухоохладитель без второго подогрева. Предприятия молочной промышленности. На этих предприятиях воздух кондиционируется в цехах переработки молока и созревания молочных продуктов, а также в камерах созревания и хранения сыров. 43

В камерах созревания сыров имеют место большие влаговыделения [(0,004…0,006)·10–6 кг/(кг·с)]. В результате биохимических процессов выделяется теплота в количестве 0,12…0,14 Вт/кг. Кондиционер должен обеспечить кратность циркуляции 8…12 объемов в час в зависимости от вида сыра и загруженности камеры. В летнее время воздух в камере необходимо охлаждать и осушать, а в зимнее – нагревать и увлажнять. Поэтому для кондиционирования воздуха в камерах созревания сыров применяют технологические кондиционеры, оснащенные устройствами для осуществления этих процессов. Пример. Спроектировать установку кондиционирования воздуха для камер сушки колбас. Исходные данные, производительность 0,417 кг/с (1 500 кг/ч), температура поступающего продукта 40 °С, количество работающих 20 человек. Планировка цеха приведена на рис. 2.10. Сетка колонн 6 × 6 м, площадь камер 320 м2, высота 3,5 м. Коэффициент теплопередачи ограждения наружных стен 0,7 Вт/м · К), внутренних перегородок 0,9 Вт/(м ⋅ К), перекрытий 0,6 Вт/(м ⋅ К). Температура вышележащих помещений 20 °С, нижележащих 12 °С.

Рис. 2.10. Планировка цеха сушки колбас: 1 – сырьевой цех (12 ºС); 2 – моечная; 3 – сушильная камера; 4 – машинное отделение

Расчет проводим только для летнего режима. Расчетные параметры наружного воздуха tн = 28 °С, φ = 40 % (для Москвы). Расчетные параметры внутреннего воздуха принимаем по табл. 2.1: – tв = 12 °С, φв = 75 %. Определяем тепло- и влагопритоки в кондиционируемые помещения. Теплопритоки через ограждения: – перекрытия – 0,6 · 320(20 – 12) = 1 536 Вт; – пол – 0 Вт (так как Δt = 0); – перегородки – 0,9 · 84(20 – 12) = 604 Вт; – наружные стены – 0,7 · 95(28 – 12) = 1 064 Вт; 44

– от солнечной радиации через наружную стену

Qрад = + 0,7 · 95 · 5 = 333 Вт. Итого: Q1 = 3 530 Вт = 3,5 кВт. Теплопритоки от технологических материалов (остывающих колбас):

Q 2 = (1 500 / 3 600) · 2,51· (40 – 12) = 29,3 кВт. Теплоприток с наружным воздухом Q3 = Qинф = 0, так как кондиционер работает с полной рециркуляцией внутреннего воздуха. Инфильтрацией можно пренебречь. Теплоприток от оборудования Q4 = 0, так как тепловыделяющего оборудования в помещениях нет. Теплоприток от освещения очень мал, и им можно пренебречь. Теплопритоки от людей Qл = 198 · 20 = 3 960 Вт = 3,96 кВт. Эксплуатационные теплопритоки

Q4 = Qоб + Qосв + Qл = 0 + 0 ++ 3,96 = 3,96 кВт. Общее количество явной теплоты, поступающей в помещения, ∑Qя = 3,53 + 29,3 + 3,96 = 36,8 кВт. Влагопритоки от материалов (колбас)

W2 = Wм = ωм Fпол = + 40 · 10–6·320 = 12 800 · 10–6 кг/с. Влагоприток с наружным воздухом W3 = Wинф = 0. Влагопритоки от людей

W4 = Wл = 37 · 10–6 · 20 = 740 · 10–6 кг/с. Общее поступление влаги в помещения ∑W = 740 · 10–6 + 12 800 · 10–6 = 13 540· 10–6= 0,0135 кг/с. Тепловлажностное отношение: ε = ∑Qп / ∑W =( ∑Qя + ∑W iω) / ∑W = = (36,8 + 0,013 5 · 2 500) / 0,013 5 = 5 230 кДж/кг. Изображаем процесс обработки воздуха в I, d-диаграмме. Для этого наносим на диаграмму точку В, соответствующую параметрам внутреннего воздуха tв = 12 °С, φв = 0,75. Через точку В проводим линию с наклоном ε = 5 230 кДж/кг. Задаваясь разностью температур в помещении и приточного воздуха ∆tр = 2 °С и пренебрегая подогревом воздуха в вентиляторе, находим температуру приточного воздуха:

tп = tв – 2 = 12 – 2 = 10 °С. На пересечении изотермы t = 10 °С с линией процесса в помещении лежит точка П, соответствующая параметрам приточного воздуха. Двигаясь из точки П вертикально вниз до пересечения с φ = 0,95, 45

находим точку К1. Параметры воздуха в основных точках процесса обработки воздуха можно свести в таблицу. Представлена система кондиционирования воздуха при сушке колбас (рис. 2.11). Количество подаваемого воздуха определяем по формуле (2.23)

L = 36,8 / (1,29 · 1 · 2) = 14,3м 3 /с. Тепловую нагрузку на оросительную камеру рассчитываем по формуле (2.29)

Qо = 14,3 · 1,29 (29,0 – 21,5) = 138 кВт. Температуру стекающей воды tω2 находим в точке, лежащей на пересечении линии BK1 с кривой φ = 1,0, tω2 = 5,5 °C. Начальную температуру воды можно ориентировочно определить, приняв разность температур поступающей и уходящей воды ∆tω = 2...4 °С. tω1 = tω2 – 3 = 5,5 – 3 = 2,5 °С. Тепловую нагрузку на калориферы второго подогрева находим по формуле QВН 2 = GП ( I П э − I 0 ) = 14,3 · 1,29 · 1 (24,5 – 21,5) = 55,3 кВт.

Камера сушки Камера сушки полукопченых колбас полукопченых колбас

М

М

Система кондиционирования воздуха при сушке полукопченых колбас Аппарат для для охлаждения Аппарат охлаждения

М

Задвижка с моторным Задвижка с моторным приводом приводом

Аппарат нагревания Аппарат для для нагревания

Воздушный клапан Воздушный клапан

Фильтр Фильтр

Вентилятор центробежный Вентилятор центробежный

Рис. 2.11. Система кондиционирования воздуха при сушке полукопченых колбас

46

Контрольные вопросы и задания

1. Что из себя представляет I, d-диаграмма влажного воздуха? 2. Что такое «явная» и «сухая» теплота? 3. Как найти параметры состояния влажного воздуха с помощью I, d-диаграммы? 4. Перечислите особенности тепловлажностной обработки воздуха в летний и зимний периоды. 5. Расскажите об основных этапах при проектировании СКВ. 6. От чего зависят расчетные параметры наружного воздуха? 7. От чего зависят расчетные параметры внутреннего воздуха? 8. Перечислите основные теплопритоки, поступающие в кондиционируемое помещение. 9. Как учитываются тепло- и влаговыделения от людей? 10. Как определить параметры приточного воздуха? 11. Каким образом определяется разность температур между приточным воздухом и воздухом в помещении? 12. Из каких условий можно определять производительность СКВ по воздуху? 13. Перечислите возможные схемы обработки воздуха. 14. В чем заключается прямоточный способ обработки воздуха? 15. Какое оборудование необходимо для обработки воздуха по прямоточной схеме? 16. Что такое СКВ с рециркуляцией? 17. Перечислите особенности проектирования предприятий мясной и молочной промышленности. 3. РАСЧЕТ И ПОДБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЦЕНТРАЛЬНЫХ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА 3.1. Конструкция и режимы работы центрального кондиционера

Современные центральные кондиционеры выпускаются в секционном исполнении и состоят из унифицированных секций, предназначенных для регулирования, смешивания, нагревания, охлаждения, очистки, осушки, увлажнения и перемешивания воздуха.

47

Наряду с существенными преимуществами, связанными с возможностью эффективного поддержания заданной температуры, влажности и подвижности воздуха в помещениях большого объема, центральные кондиционеры вместе с тем имеют и некоторые недостатки, основными из которых являются необходимость проведения сложных монтажно-строительных работ, прокладка по зданию протяженных коммуникаций (воздуховодов и трубопроводов). Классификация центральных кондиционеров приведена на рис. 3.1. Прямоточные центральные кондиционеры обрабатывают только наружный воздух, кондиционеры с рециркуляцией обрабатывают смесь наружного и рециркуляционного воздуха. Первая рециркуляция представляет собой подмешивание рециркуляционного воздуха к наружному перед теплообменником первого подогрева, что значительно снижает потребление тепла на первый подогрев. Вторая рециркуляция представляет собой подмешивание рециркуляционного воздуха к наружному, прошедшему обработку в воздухоохладителе или камере орошения перед вентилятором. При этом пропадает необходимость включения в работу теплообменника второго подогрева в летний период. Кондиционер с теплоутилизацией – это прямоточный кондиционер с центральным теплоутилизатором, в котором нет смешения потоков наружного и рециркуляционного воздуха, а передача тепла от удаляемого воздуха к наружному происходит в специальном теплообменнике. Приведенная на рис. 3.1 классификация центральных кондиционеров включает только основные классы оборудования. В системах кондиционирования, совмещенных с воздушным отоплением здания или помещения и предназначенных для круглогодичной эксплуатации, устанавливается, как правило, не менее двух кондиционеров производительностью по 50 % производительности всей системы, при этом секция нагрева должна иметь теплопроизводительность, достаточную для нагрева помещения. Центральные кондиционеры, работающие с рециркуляцией, комплектуются смесительной камерой, позволяющей подавать переменные объемы наружного и рециркуляционного воздуха. В этом случае для рециркуляции воздуха рекомендуется применять самостоятельный вентилятор. Использование в центральном кондиционере рециркуляции и теплоутилизации позволяет существенно сократить затраты тепловой энергии, связанные с обогревом воздуха в холодное время года. 48

ЦЕНТРАЛЬНЫЕ КОНДИЦИОНЕРЫ

ПРЯМОТОЧНЫЕ

С ТЕПЛОУТИЛИЗАЦИЕЙ

В ПЕРЕКРЕСТНОМ ТЕПЛООБМЕННИКЕ

С РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ

С ПЕРВОЙ РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ

ВО ВРАЩАЮЩЕМСЯ ТЕПЛООБМЕННИКЕ

СО ВТОРОЙ РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ

В ТЕПЛООБМЕННИКЕ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ

Рис. 3.1. Классификация центральных кондиционеров

Сборные центральные кондиционеры собирают из унифицированного оборудования, предназначенного для нагревания, охлаждения, увлажнения, осушения, смешения, очистки кондиционируемого воздуха в соответствии с заданной технологической схемой. Устанавливают их в отдельном машинном отделении, которое может быть удалено от кондиционируемых помещений на значительное расстояние. Поэтому вентилятор, входящий в комплект центрального кондиционера, должен обладать достаточно большим напором. Часто в том же машинном отделении располагают и хладоновую холодильную установку. Оборудование, входящее в состав центрального кондиционера, подразделяется на основное (подогреватели, поверхностные воздухоохладители, оросительные камеры, фильтры, вентиляторные агрегаты и воздушные клапаны) и вспомогательное (камеры обслуживания, камеры выравнивания, присоединительные и переходные секции и пр.). Компоновка секций центрального кондиционера представлена на рис. 3.2. Секции могут быть скомпонованы в двухъярусном исполнении или с учетом рельефа помещения, в котором устанавливается кондиционер. Кроме стандартных типовых установок существует возможность создания уникальной компоновки кондиционера. Размеры секций унифицированы и зависят, как правило, от расхода и скорости обрабатываемого воздуха.

49

Условные обозначения типовых секций, используемых при технологической компоновке кондиционеров приводятся в табл. 3.11. Выбор той или иной компоновки зависит от многих факторов, в первую очередь от назначения и режима использования помещений, конструктивных особенностей здания, а также санитарно-гигиенических, строительно-монтажных, архитектурных, эксплуатационных и экономических требований.

1

2 3 4 2

5

2

3 2 6 4

7 2 4

Рис. 3.2. Компоновка секций центрального кондиционера

Основное оборудование, входящее в состав кондиционера: 1 – вентилятор; 3 – калорифер второго подогрева; 5 – оросительная камера; 3 – калорифер первого подогрева; 6 – поверхностный воздухоохладитель. Вспомогательное оборудование: 2 – камера обслуживания; 4 – воздушный клапан; 7 – фильтр. __________________ 1

Явнель Б. К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха. М. : Агропромиздат, 1989. 224 с.

50

Таблица 3.1 Условные обозначения типовых секций кондиционера Название Фильтрация

ТИПЫ СЕКЦИЙ Обозначение F

Нагревание

H

Охлаждение

С

Водяное увлажнение

W

Шумоглушение

D

Вентиляторная секция

V

Секция

Секция охлаждения. Секция охлаждения представляет собой паровой или водяной теплообменник-воздухоохладитель, изготовленный из медных трубок с алюминиевыми ребрами. В качестве хладагента может быть: охлажденная вода, смесь воды и гликоля, хладагент. Хладагент, в зависимости от типа рабочей среды, может поступать от чиллера, градирни, артезианской скважины. Коллекторы изготовлены из стальной оцинкованной трубы. Входные и выходные патрубки коллектора имеют наружную резьбу. Коллекторы оснащаются дополнительными патрубками для спуска хладагента и отведения воздуха.

51

Распределительный и обратный коллектор фреоновых теплообменников изготавливают из медных трубок. Патрубки коллекторов выведены наружу секции. Воздухоохладитель имеет кожух из оцинкованной стали. Кожух может быть оборудован специальными транспортными держателями, облегчающими демонтаж и транспортировку. Оребрение трубок воздухоохладителя производится, как правило, пластинчатыми ребрами, что обеспечивает высокую теплоотдачу при низком аэродинамическом сопротивлении теплообменника. Количество рядов трубок и расстояние между ребрами, в зависимости от типоразмера секции, может быть различным. В секцию охлаждения устанавливается поддон для конденсаторной воды, сделанный из листовой нержавеющей стали и оснащенный выведенным наружу сливным патрубком, к которому присоединяется переливной сифон. Секция нагревания. В секции нагревания могут использоваться водяные, паровые или электрические нагреватели. Конструктивно воздухонагреватели выполнены, как и воздухоохладители, из медных труб с алюминиевым оребрением. Коллекторы и патрубки диаметром до 25 мм выполнены из медных трубок, а диаметром более 32 мм – из стальных трубок с антикоррозионным покрытием. Коллекторы оснащаются дополнительными трубками с резьбой, предназначенными для спуска воды и отвода воздуха. Патрубки коллекторов выведены наружу. Концы патрубков подающего и обратного коллекторов также имеют резьбу. Кожух теплообменников имеет специальные транспортные держатели, облегчающие демонтаж и транспортировку. Оребрение трубок воздухонагревателя произведено пластинчатыми ребрами с шагом от 1,6 до 4,0 мм. Водяные воздухонагреватели испытываются с нагрузкой на прочность 2,1 МПа, паровые – 1,5 МПа. Электрические воздухонагреватели выполнены в форме прямоугольного параллелепипеда с укрепленными в корпусе греющими элементами в виде спирали или оребренных тэн. Такая конструкция позволяет легко демонтировать нагреватель из секции для осмотра и ремонта. Элементы нагревателя укреплены вертикально, а контакты выведены к клеммовой панели на боковой стенке корпуса нагревателя. Нагреватель имеет термостат безопасности, ограничивающий чрезмерный рост температуры внутри системы, а также отключение нагревателей в случае прекращения подачи воздуха. 52

Секция увлажнения. Увлажнение воздуха в центральном кондиционере осуществляется в секции оросительного увлажнения водой (форсуночной камере) или секции парового увлажнения. Камера орошения (форсуночная камера) состоит из корпуса, в который установлены трубные гребенки, поддон и насос. В форсуночной камере происходит адиабатическое увлажнение воздуха циркуляционной водой, которая поступает из поддона. Воздух вступает в непосредственный контакт с поверхностью капель воды, распыляемой с помощью форсунок. Распыляясь, вода превращается в густой туман мелких капель, сквозь который движется воздух, поглощая водяные пары. Производительность форсунок зависит от диаметра выходного отверстия, давления и температуры воды перед форсункой. Установка форсунок в поперечном сечении форсуночной камеры выполняется на трубных гребенках, к которым рециркуляционным насосом подается вода из поддона. Распыляющие форсунки выполнены так, чтобы снизить загрязнение отложениями. Поддон выполняет функцию резервуара запасной емкости воды, обеспечивающего плавную работу насоса. Поддон оснащен водосливом с поплавковым клапаном для спуска оборотной воды, а также водяным вводом для пополнения выпаренной воды. Циркуляционный насос размещен возле поддона на кронштейне. На всасывающем патрубке насоса расположен сетчатый фильтр. Конструкцию форсуночной камеры дополняют два сепаратора – каплеуловителя, предотвращающих унос капель воды к последующим секциям центрального кондиционера. Один работает на выходе из секции как сепаратор, другой является направляющим для выравнивания потока воздуха на входе. Эти сепараторы являются эффективными элементами оборудования. Сепараторы изготавливаются из пластмассовых профилей и имеют несущую конструкцию из нержавеющей стали. Вследствие уноса воды воздухом в процессе увлажнения, необходимо восполнять потери воды. Подпитка водой осуществляется с помощью поплавка, который помещен на питательном патрубке, а циркуляционная впускается ручным шаровым клапаном, размещенным на нагнетательной стороне насоса. Кожух секции увлажнения изготавливается из нержавеющего листа, что полностью исключает коррозию, имеет окно для контроля и освещения внутреннего объема. Эффективность увлажнения в секции такого типа составляет около 90 %.

53

В состав секции парового увлажнения входят: – кожух секции; – сепаратор пара; – термодинамический конденсатоотводчик; – фильтр; – инжекционное сопло; – серводвигатель в стандартном исполнении. Секция фильтрации. При необходимости обеспечения фильтрации повышенного качества в компоновку центрального кондиционера могут быть включены две секции: первичной и вторичной фильтрации. Фильтры размещаются в тех частях кондиционера, через которые проходит весь обрабатываемый воздух, и так, чтобы защитить от пыли возможно большее число секций кондиционера. В секцию первичного фильтрования могут быть вмонтированы сетчатые фильтры класса EU1 или корзинчатые фильтры класса EU3. Сетчатые фильтры – это тканевые фильтры с развернутой поверхностью, уложенной в «зигзаг». Ткань армирована алюминиевой сеткой и смонтирована в кожухе, исполненном из оцинкованных стальных листов. Фильтр закреплен в установке с помощью направляющих, которые позволяют его легко демонтировать. Корзинчатый фильтр собирается из нескольких фильтрующих элементов со стандартными размерами. Количество и размеры фильтрующих элементов, примененных в установке, зависят от ее модели. Унифицированному оборудованию центральных кондиционеров номинальной производительностью по воздуху 10, 20, 30, 40, 60, 80, 125, 160 и 250 тыс. м3/ч присвоены индексы соответственно КТЦ210 КТЦ2-20, КТЦ2-31,5, КТЦ2-40, КТЦ2-63, КТЦ2-80, КТЦ2-125, КТЦ2-160, КТЦ2-250. Индекс расшифровывается следующим образом: К – кондиционер, Т – типовой, Ц – центральный, 2 – вторая модернизация конструкции, следующие после тире цифры обозначают номинальную производительность по воздуху в тыс. м3/ч.

3.2. Воздухонагреватели

Нагревание воздуха в центральных кондиционерах осуществляется посредством ребристо-трубных воздухонагревателей, состоящих из одного или нескольких однометровых, полутораметровых и двухметровых по высоте базовых теплообменников (рис. 3.4) 54

Теплоносителем служит горячая вода, протекающая внутри труб. Базовые теплообменники изготовлены из биметаллических оребренных трубок (стальные трубки с накатными алюминиевыми ребрами) длиной 1655 мм, концы которых вварены в коллекторы с перегородками. В однометровом теплообменнике 4 хода воды, в полутораметровом – 6 ходов, в двухметровом – 8. По ходу воздуха могут быть выполнены один или два ряда трубок. Технические характеристики базовых теплообменников приведены в табл. 3.2.

Н

А

а

б

Рис. 3.4. Базовый теплообменник: а – однорядный; б – двухрядный; А – длина трубок Н – высота теплообменника

Количество нагревателей по ходу воздуха, необходимых для создания в кондиционере ступеней первого и второго подогрева, зависит от требуемой площади теплопередающей поверхности F (м2), которую подсчитывают по формуле F=

Q t −t ⎞ ⎛t +t k ⎜ ω1 ω2 − в1 в 2 ⎟ 2 2 ⎠ ⎝

,

где Q – расход теплоты на нагревание воздуха, Вт; k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К), tω1 и tω2 – температуры поступающей и обратной воды, °С, tв1 и tв2 – температуры воздуха до и после теплообменников, °С.

55

Таблица 3.2 Технические характеристики базовых теплообменников Базовый теплообменник

Однометровый Полутораметровый Двухметровый

Число рядов

1 2 1 2 1 2

Площадь, м2

наружной поверхности 23,9 47,8 36,4 72,8 48,9 07,8

Гидравлическое сопротивление, кПа при скорости воды, м/с

сечения для воды

0,2

0,7

0, 001 48 0,002 96 0,001 48 0,002 96 0,001 48 0,002 96

1,0 1,4 1,1 1,5 1,3 1,7

9 19 11 20 13 23

Масса, кг

110 180 165 275 220 360

Значения коэффициента теплопередачи воздухонагревателя в зависимости от массовой скорости воздуха в сечении для прохода воздуха (живом сечении) и скорости движения воды в трубках принимают по табл. 3.3. При этом скорость воздуха в живом сечении υρ [кг/(м2 · с)] вычисляют по формуле:

υρ = Lρ / fж, где L – объемный расход воздуха, м3/с; ρ – плотность воздуха, кг/м3; fж – живое сечение, м2 (его можно принимать равным 0,5 площади фронтального сечения). Таблица 3.3 Значения коэффициента теплопередачи воздухонагревателей Число рядов 1 2

Скорость движения воды, м/с 0,15…0,30 0,15…0,30

Коэффициент теплопередачи воздухонагревателей, кВт/(м2К), при скорости воздуха υρ, кг/(м2с) 4–6 7–9 10 – 12 26…34 34…42 42…48 24…32 32…40 40…46

Скорость движения воды в трубках воздухонагревателя ω (м/с) определяют по формуле: ω = М'ω /1 000 fω, где М'ω – массовый расход воды через теплообменник, кг/с, fω – площадь сечения для прохода воды, м2.

56

Полный массовый расход воды через воздухонагреватель можно определить по формуле:

Мω = Q / сω (tω1 – tω2), где сω – теплоемкость воды, кДж/(кг·К); tω1, и tω2 – температура поступающей и обратной воды, °С. 3.3. Поверхностные воздухоохладители

Для охлаждения воздуха без осушения и с одновременным осушением применяют те же базовые теплообменники, что и в воздухонагревателях. Однако их применяют не в виде отдельной секции, а в составе блоков теплообменника БТМ-2, в которых кроме воздухоохлаждающих теплообменников предусмотрена система орошения для адиабатического увлажнения воздуха в зимнее время. В режиме увлажнения вода из бака (поддона) забирается циркуляционным насосом и распыляется широкофакельными форсунками навстречу потоку воздуха. Если температура охлаждающей воды сравнительно высока, так что температура наружной поверхности воздухоохладителя поддерживается выше температуры точки росы охлаждаемого воздуха, процесс охлаждения будет происходить по линии постоянного влагосодержания (d = const). В этом случае необходимую площадь поверхности теплообмена F можно определить по формуле Q F= , ⎛ tв1 + tв 2 tω1 + tω2 ⎞ k⎜ − ⎟ 2 ⎠ ⎝ 2 при той же скорости воздуха. Скорость воды в трубках при охлаждении воздуха принимают более высокой, чем при нагревании (0,6…0,8 м/с), но значение коэффициента теплопередачи k принимают равным 0,9 от значения k для воздухонагревателей. Подробный расчет воздухоохладителя представлен в работе: Теплообменные аппараты энергетических установок / сост.: Н. Г. Измайлова, Д. В. Черненко. Красноярск, 2012. 52 с. 3.4. Оросительные камеры

Оросительные камеры служат для охлаждения и осушения воздуха путем его непосредственного контакта с холодной водой, разбрызгиваемой в камере, или для адиабатического его увлажнения в зимнее 57

время. Принципиальная схема оросительной камеры представлена на рис. 3.5, а на рис 3.6 – чертеж оросительной камеры.

Воздух

Охлажденная вода

Рис. 3.5. Схема оросительной камеры ОКФ. 1 – воздухораспределитель; 2 – стояки с форсунками; 3 – каплеуловитель; 4 – поддон; 5 – регулирующий клапан; 6 – насос; 7 – переливное устройство; 8 – шаровой клапан; 9 – фильтр для воды

Разбрызгивание воды в камере осуществляется форсунками, установленными на водораспределительных коллекторах в два ряда по ходу воздуха. Для разбрызгивания воды в форсунках сделаны выходные отверстия. Для осуществления процесса охлаждения и осушения воздуха применяют широкофакельные форсунки ШФ5/9 с выходным диаметром 9 мм, создающие грубый распыл воды. При этом давление воды перед форсунками должно быть 0,15…0,25 МПа. Объемный расход воды (кг/с), разбрызгиваемой одной форсункой ШФ5/9, зависит от давления (табл. 3.3): Таблица 3.3 Зависимость расхода воды от давления Давление воды, кПа

20

Объемный рас0,037 ход воды, л/с

25

30

40

50

60

70

80

100

0,047

0,057

0,065

0,072

0,078

0,085

0,097

0,11

58

Рис. 3.6. Оросительная камера: 1 – бак; 2 – стенка передняя; 3 – пакеты воздухораспределителей; 4 – потолок; 5 – коллекторный ряд; 6 – стенка; 7 – светильник; 8 – пакеты каплеуловителей; 9 – дверка герметичная; 10 – стояк

Вода, разбрызгиваемая в камере, сливается в поддон (бак) оросительной камеры, снабженной патрубками, через которые вода может быть отведена в систему охлаждения, или забирается насосом для повторного разбрызгивания (при адиабатическом увлажнении воздуха). Масса разбрызгиваемой воды, приходящаяся на 1 кг обрабатываемого воздуха, называется коэффициентом орошения В. Для процессов адиабатического увлажнения В = 0,5…1,0, а для процессов охлаждения и осушения воздуха В = 1,5…2. Важной характеристикой оросительной камеры является коэффициент эффективности η, который вычисляют по формуле: η=

tВЗ1 − tВЗ2 . tВЗ1 − tω2

Из этой формулы можно определить температуру воды на выходе из камеры орошения: t − (1 − η)tВЗ2 . tω2 = ВЗ2 η Опытные значения коэффициентов орошения и эффективности приведены в табл. 3.4. 59

Таблица 3.4 Значения коэффициентов орошения и эффективности Процесс в оросительной камере Охлаждение и осушение Адиабатическое увлажнение

Коэффициент эффективности (η) при коэффициенте орошения (В), кг воды на 1 кг воздуха 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 0,60

0,87

0,94

0,95

0,97

0,82

0,94

0,95

0,98

0,97

Контрольные вопросы и задания

1. Приведите классификацию центральных кондиционеров. 2. Перечислите основное и вспомогательное оборудование центральных кондиционеров. 3. Расскажите о секции охлаждения в центральном кондиционере. 4. Какие устройства входят в секцию нагревания? 5. Где осуществляется увлажнение в ЦСКВ? 6. Что такое воздухонагреватели и как они устроены? 7. Расскажите про устройство оросительной камеры. 8. Какие функции выполняет оросительная камера? 4. ИСТОЧНИКИ ХОЛОДА И ХОЛОДОСНАБЖЕНИЕ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

Для охлаждения и осушения воздуха в СКВ могут быть использованы естественные источники холода (лед, артезианская или грунтовая вода), холодильные машины, а также комбинации естественных источников холода с холодильными машинами. Источник холода выбирают исходя из возможности получения требуемых параметров воздуха с помощью того или иного источника холода, а также в зависимости от местных условий, наличия необходимых площадей для размещения холодильного оборудования, его дефицитности, возможности размещения бунтов льда, бурения скважины и качества получаемой при этом воды и т. п. Окончательно источник холода выбирают, сравнивая возможные варианты.

60

4.1. Применение льда

В установках кондиционирования воздуха применение льда может оказаться целесообразным в районах с коротким жарким летом и холодной зимой. В кондиционерах, где лед непосредственно соприкасается с воздухом, лед должен быть изготовлен из воды питьевого качества. Лед, намороженный в естественных условиях, наиболее целесообразно использовать путем стаивания и использования талой воды. Основным недостатком систем с применением льда является их громоздкость. 4.2. Применение артезианской и грунтовой вод

Другим естественным источником холода, значительно более широко применяемым в СКВ, служит артезианская и грунтовая вода. Возможность использования артезианских, и грунтовых вод для этих целей определяется водоносностью почвенных горизонтов, температурой воды, ее химическим и бактериальным составом, жесткостью и пр. Из перечисленных свойств температура является основным фактором при решении вопроса о пригодности артезианских и грунтовых вод для применения в СКВ. При использовании в качестве воздухоохладителя форсуночной камеры, где вода непосредственно контактирует с воздухом, артезианская вода должна быть питьевого качества. Высокое содержание в воде соединений железа недопустимо, так как в присутствии воздуха закись железа осаждается в большом количестве, что приводит к быстрому засорению распылительных форсунок и трубопроводов. Необходимость применять только воду питьевого качества заставляет бурить глубокие скважины, несмотря на то, что чем глубже скважина, тем она дороже и тем выше температура получаемой артезианской воды. Вторым недостатком схем с использованием артезианской воды в форсуночной камере является очень большой расход воды на каждый киловатт холодопроизводительности, так как подогрев воды в форсуночной камере небольшой (2…4 °С). Удешевление системы может быть достигнуто только за счет меньшего потребления артезианской воды при прохождении через воздухоохладитель. Этому условию отвечают воздухоохладители поверхностного типа, в которых вода может подогреваться на 8…10 °С и более. Для этого теплообменник должен иметь большую глубину, 61

чем обычно. Поскольку в поверхностном воздухоохладителе нет непосредственного контакта воздуха с водой, то вода не должна быть обязательно питьевого качества, лишь бы температура была достаточно низкой. Это позволяет использовать в СКВ грунтовые воды, залегающие на небольшой глубине, воды горных рек и т. п. 4.3. Применение холодильных машин

В качестве источника холода в СКВ применение холодильных машин может быть рекомендовано в следующих случаях: при отсутствии естественных источников холода, если система с естественными источниками холода из-за местных условий оказывается дороже системы с искусственным охлаждением; если для СКВ требуется хладоноситель с более низкой температурой, чем от естественных источников холода. В установках производительностью до 350 кВт рекомендуется применять систему с непосредственным охлаждением воздуха в воздухоохладителях поверхностного типа. В качестве хладагента применяют R134а, R22 или R502. При необходимости поддержания температуры охлаждаемого воздуха с большой точностью применяют компрессорно-конденсаторные агрегаты с холодопроизводительностью, регулируемой по температуре воздуха за воздухоохладителем. Для холодоснабжения СКВ жилых и общественных зданий применяют только хладоновые холодильные машины. Наибольшее распространение для охлаждения воды и рассола в СКВ нашли компрессионные холодильные машины. Аммиачные холодильные машины применяют только для СКВ производственных помещений. В остальных случаях при этом холодильные станции обычно размещают в отдельно стоящих зданиях или специально выделенных помещениях, а систему холодоснабжения проектируют так, чтобы вода, охлажденная в аммиачных испарителях, не имела контакта с охлаждаемым воздухом. В целях уменьшения затрат аппараты аммиачных холодильных машин размешают на открытых площадках рядом с компрессорными отделениями. Рассчитать параметры холодильных машин для промышленных предприятий можно, используя данные, приведенные в прил. 2. Характеристики водоохлаждающих холодильных машин приведены в прил. 3.

62

Контрольные вопросы и задания

1. 2. 3. 4.

Перечислите источники холода СКВ. В каких случаях целесообразно применение льда? Какие холодильные машины используются в СКВ? Когда применяют аммиачные холодильные машины?

5. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ ВЕНТИЛЯЦИИ

Задачи, решаемые с помощью систем вентиляции и кондиционирования воздуха, заключаются (в самой общей формулировке) в создании в помещениях сооружений различного назначения таких параметров воздушной среды, которые бы удовлетворяли изложенным выше требованиям. Методы и возможности решения этих задач различны для систем вентиляции и систем кондиционирования воздуха. При оборудовании сооружения системами вентиляции решение указанных задач в общем случае достигается путем подачи в помещения определенного, найденного расчетом количества наружного воздуха и удаления испорченного воздуха, негoдного для дальнейшегo использования. Поступающий в помещение наружный воздух может подвергаться обработке: очищаться от пыли, нагpeваться зимой, oxлаждаться летом и т. д. Однако, как правило, в системах вентиляции охлаждение воздуха не делается, точно так же, как не делается тепловлажностная обработка, позволяющая создавать cтрогo определенные температурновлажностые параметры обрабатываемого воздуха. Следует заметить, что монтаж и эксплуатация системы вентиляции, особенно системы кондиционирования воздуха, нередко связаны с затратой значительных средств. Поэтому прежде чем принять решение об устройстве этих систем в том или ином сооружении, нужно очень глубоко изучить возможности, позволяющие или совсем обойтись без вентиляции и кондиционирования воздуха, или значительно сократить объемы этих систем и мощности установленного в них оборудования. 5.1. Классификация систем вентиляции

Системы вентиляции могут быть классифицированы по следующим основным признакам: 63

а) по способу побуждения движения воздуха – системы с eстeственным побуждением, или системы естественной вентиляции, и системы с искусственным побуждением (чаще всегo – механическим), или системы механической вентиляции; б) по способу снабжения помещений воздухом – системы, через которые в помещения подается воздух, или системы приточной вентиляции (приточные системы), и системы, с помощью которых воздух удаляется из помещений, или системы вытяжной вентиляции (вытяжные системы); в) по методу организации вентиляции помещения – системы, действие которых распространяется на часть объема помещения, или местные системы, и системы, действие которых распространяется на весь объем помещения, или общеобменные системы. В свою очередь, каждая из этих систем может иметь разновидности. Рассмотрим основные особенности систем вентиляции, отнeceнных к различным гpуппам в соответствии с приведенными принципами классификации. Системы естественной и механической вентиляции. В системах естественной вентиляции вентилирование помещений производится под действием естественных сил. К числу их относятся тепловой (или гpавитационный) и ветровой напоры. Под тепловым напором понимается то давление, которое возникает вследствие разности плотностей (или объемных весов) воздуха, имеющего разную температуру. Величина гpавитационного напора систем вентиляции находится так же, как и гpавитационных систем отопления, т. е. по разности весов столбов воздуха наружноrо (температура tн и плотностью ρн) и удаляемого из помещения (температура tв и плотность ρв). Воздух, поступающий в помещения или удаляемый из них, в системах естественной вентиляции может передвигаться по специальным каналам-воздуховодам (в этом случае системы называются канальными). В системе естественной вентиляции производственного здания используется ветровой напор. Ветер обдувает специальное устройство – дефлектор, позволяющее создавать разрежение при любых направлениях ветра. К отверстию дефлектора присоединена сеть воздуховодов, через которую из различных точек производственного помещения удаляется воздух, содержащий те или иные вредные примеси. В бесканальных системах воздуховоды отсутствуют и воздух входит в помещения или уходит из них через специальные отверстия в строительных огpаждениях. Такую систему естественной вентиляции 64

называют аэрацией. Аэрация широко применяется для вентиляции производственных зданий с большими избыточными тепловыделениями. В отличие от систем естественной вентиляции в системах мexaнической вентиляции для передвижения воздуха используются специальные машины, называемые вентиляторами. Системы механической вентиляции также могут быть канальными и бесканальными. Чаще вceго применяются канальные системы. Радиус действия систем механической вентиляции может быть весьма большим. Он зависит от величины давления, создаваемого вентилятором. Известны системы, в которых расстояния от вентилятора (обычно центробежного) до наиболее удаленных точек сети воздуховодов составляют сотни метров. Однако применяются и бесканальные системы, использующие, как правило, для передвижения воздуха осевые вентиляторы. Системы приточной и вытяжной вентиляции. Помещения мoгyт быть оборудованы только системами приточной вентиляции. В этих случаях в помещения организованным путем подается определенное расчетом количество воздуха. Удаление воздуха может происходить неорганизованно – через неплотности в строительных ограждениях или через специально устраиваемые для этой цели отверстия. Естественно, что в установившемся состоянии количество приточного воздуха всегда равно количеству удаляемого воздуха, независимо от суммарной площади неплотностей или отверстий в строительных огpаждениях. Системами приточной вентиляции оборудуются наиболее «чистыe» помещения, так как воздух движется из этих помещений, а не наоборот. В случае оборудования помещений только системами вытяжной вентиляции организованно производится удаление воздуха из помещений. Приток осуществляется неорганизованно – либо через неплотности в строительных ограждениях, либо через специально устраиваемые для этой цели отверстия. В отличие от рассмотренных выше систем приточной вентиляции, в помещениях, имеющих лишь систему вытяжной вентиляции, давление устанавливается ниже атмосферного (или ниже, чем в соседних помещениях). Местные и общеобменные системы вентиляции. Местные системы вентиляции могут быть приточными и вытяжными. Последние получили весьма широкое распространение в производственных помещениях, так как позволяют решать задачи создания заданных условий воздушной среды наиболее экономичным путем. Местные вытяжные системы вентиляции, или местные отсосы, предназначены 65

для улавливания выделяющихся вредностей в месте их образования. Они подразделяются в зависимости от конструктивного оформления воздухоприемного устройства на следующие основные разновидности: – вытяжные зонты; – вытяжные шкафы и кожухи; – бортовые отсосы. Вытяжным зонтом называется такая разновидность местнoгo отсоса, когда воздухоприемное устройство (приемник) находится на некотором расстоянии от источника выделения вредности и окружающий воздух может свободно поступать в зону действия отсоса. Вытяжными шкафами и кожухами называются такие местные отсосы, в которых источник выделения вредности находится внутри воздухоприемного устройства (приемника). Окружающий воздух из помещения может поступать к источнику выделения вредности лишь через специальные, сравнительно небольшие отверстия, предназначенные для работы или контроля. Иногда не представляется возможным поместить источники выделения вредностей в укрытие типа шкафа или кожуха и нельзя использовать менее совершенное устройство в виде зонта. В таких случаях прибегают к менее экономичным решениям и устраивают так называемые бортовые отсосы. Они в основном используются в специальных ваннах для нанесения на детали различных покрытий гальваническим способом. К местным приточным системам вентиляции относятся воздушные души и воздушные завесы. Воздушный душ представляет собой местный, направленный на человека поток воздуха. В зоне действия воздушного душа создаются условия, отличные от условий во всем объеме помещения. С помощью воздушного душа могyт быть изменены следующие параметры воздуха в месте нахождения человека: подвижность, температура, влажность и концентрация той или иной вредности. Обычно зоной действия воздушногo душа являются: фиксированные рабочие мecта, места наиболее длительного пребывания рабочих и места отдыха. Наиболее часто воздушные души применяются в гoрячих цехах на рабочих местах, подверженных влиянию теплового излучения. В воздушных завесах, так же как и в воздушных душах, используется основное свойство приточного факела – eгo относительная дальнобойность. Воздушные завесы устраиваются с целью предотвратить поступление воздуха через технологические проемы или ворота из одной части здания в другyю, или наружного воздуха 66

в производственные помещения. Воздух, подаваемый для завесы, может предварительно подогpeваться, и тогда завесы называются воздушнотепловыми. 5.2. Воздуховоды

Воздуховодами называются специальные каналы, служащие для перемещения воздуха в системах вентиляции и кондиционирования. С помощью воздуховодов наружный (атмосферный) воздух в приточных системах вентиляции подводится к различным аппаратам для обработки, а затем распределяется по помещениям сооружения. В вытяжных системах, наоборот, воздух из помещений при помощи воздуховодов направляется к вытяжной шахте и выбрасывается наружу. Движение воздуха в воздуховодах происходит благодаря работе вентилятора, который создает в одной части сети воздуховодов давление выше атмосферного, а в другой – ниже атмосферногo. Поэтому сеть воздуховодов делится на две части: нагнетательную и всасывающую. В приточных системах вентиляции более разветвленной является нагнетательная часть, а в вытяжных системах – обычно всасывающая. Кроме того, как мы видели, в системах кондиционирования предусмотрены воздуховоды, используемые для рециркуляции части воздуха. Классифицировать воздуховоды можно по ряду признаков. По материалу, из которого они изготовлены, воздуховоды делятся на две большие группы: металлические и неметаллические. К металлическим воздуховодам относятся наиболее распространенные стальные воздуховоды из малоуглеродистой черной и оцинкованной листовой стали. Из числа неметаллических воздуховодов наибольшее распространение получили воздуховоды, изготовленные из винипласта, асбестоцементные воздуховоды и воздуховоды из других строительных материалов. В последнее время были предложены воздуховоды из нового конструкционного материала – металлопласта, получаемого нанесением различных пластмассовых пленок на металлические листы. Эти воздуховоды являются весьма перспективными, так как позволяют заменить дорогостоящую и дефицитную нержавеющую сталь. Воздуховоды могут отличаться не только по материалу, но и по форме поперечного сечения – круглые или прямоугольные. Круглые воздуховоды требуют меньше материала, они более жесткие 67

и допускают большую степень индустриализации при изготовлении. Поэтому их применяют чаще. Для выполнения разветвленной сети воздуховодов той или иной конфигурации необходимы прямые звенья и фасонные части. При изготовлении круглых и прямоугольных металлических воздуховодов применяются следующие фасонные части: а) переходы с одного сечения на другое. Сечения могут отличаться формой, размерами, а также тем и другим. Различают переходы с круглого сечения на круглое, с прямоугольного на прямоугольное и с прямоугольного сечения на круглое. Переходы могут быть прямые, когда центры сечений лежат на одной оси, и косые, когда центры смещены; б) отводы и колена. Эти фасонные части служат для осуществления поворотов трассы воздуховодов под тем или иным углом. Отводы отличаются от колен более плавным очертанием. Чем больше радиус закругления отвода, тем меньше его сопротивление. Сопротивления колен значительно больше, чем отводов. Для уменьшения сопротивления колена в нем может быть предусмотрена специальная аэродинамическая решетка в виде направляющих лопаток. Следует заметить, что на отводы под углом 90° с круглым и прямоугольным поперечным сечением имеются нормали; в) тройники. Они являются, так же как и отводы, весьма распространенными фасонными частями и устанавливаются в таких местах сети воздуховодов, в которых необходимы ответвления. В тройниках происходит разделение или слияние воздушных потоков. Различают прямые и штанообразные тройники. Геометрически тройники характеризуются углом примыкания ответвления α и отношением площадей поперечных сечений ответвления и проходной части к площади сечения сборной части. 5.3. Основы аэродинамическогo расчета воздуховодов

Одна из основных задач при проектировании систем вентиляции и кондиционирования – проведение аэродинамических расчетов. При аэродинамическом расчете воздуховодов ставятся следующие задачи: во-первых, найти такие размеры поперечных сечений всех участков сети воздуховодов, которые обеспечивали бы перемещение необходимых количеств воздуха, и, во-вторых, определить суммарное сопротивление, возникающее при движении воздуха в сети воздуховодов. 68

Расчет базируется на общих законах гидроаэромеханики, воздух рассматривается как несжимаемая жидкость. Это вполне допустимо, так как величина давления, действующего в сетях воздуховодов систем вентиляции и кондиционирования воздуха, незначительна. При движении воздуха в воздуховодах давление расходуется на трение воздуха о поверхности стенок воздуховода и на преодоление местных сопротивлений. Сопротивления трения непрерывны и наблюдаются по всей длине воздуховодов. Местные сопротивления возникают в таких местах воздуховодов, где происходят внезапные изменения скорости воздушного потока по величине или по направлению. По своей физической природе эти сопротивления являются потерями энергии на неупругие удары воздуха. Потери давления на преодоление сил трения при течении несжимаемой жидкости в каналах на участке безотрывного движения рассчитываются по формуле l ρw2 , Па, Δpп.т = ζ d 2 где l – полная длина канала; d – гидравлический диаметр, который в общем случае находится как d = 4f / u (f – поперечное сечение канала; u – периметр поперечного сечения); ρ и w – средняя плотность жидкости или газа в канале (кг/м3) и средняя скорость, м/с; ξ – коэффициент сопротивления трения. Для ламинарного движения: ξ = А/Re. Постоянная А зависит от формы сечения канала. Для круглого сечения А = 64, для квадратного А = 57, для плоской и кольцевой щелей А = 96. Для турбулентного потока (Re = 3 000…105) в гладких трубах по Блазиусу: ξ = 0,3164 / Re0,25. Это уравнение можно применять без поправок на шероховатость для гладких медных и латунных труб. Для стальных труб рекомендуется уравнение ξ =0,11[(Δ/dвн) +(68 Re)]0,25, где Δ – эквивалентная абсолютная шероховатость, мм; dвн – внутренний диаметр трубы. Для новых чистых стальных цельнотянутых труб Δ ≈ 0,02…0,05 мм; для стальных труб, побывавших в контакте с хладагентом, Δ ≈ 0,14 мм; для стальных труб в рассольных системах Δ ≈ 0,5 мм. 69

Местные сопротивления определяются по формуле Δpм.с

ρw 2 =ζ , Па, 2

где ζ – коэффициент местного сопротивления. В каналах наиболее часто встречается внезапное расширение и внезапное сужение потока, а также повороты потока без изменения сечения. Для вычисления ζ при расширении и сужении соответственно используются формулы: ζр = [1 – (fм / fб)]2; ζсуж = 0,5[1 – (fм / fб)]0,75. Коэффициенты ζр и ζсуж отнесены к скорости потока в меньшем сечении fм. Более подробные сведения о местных сопротивлениях приведены в справочнике: Идельчик Е. И. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М. : Машиностроение, 1975. 560 с. Расчет потерь, возникающих при прохождении воздуха по воздуховодам, позволяет определить мощности нагнетательных устройств – вентиляторов. 5.4. Классификация вентиляторов

Вентиляторами называются воздуходувные машины, служащие для перемещения воздуха и развивающие при этом давление не выше 0,15 · 105 Па. Вентиляторы являются разновидностью нагнетательных гидравлических машин-нагнетателей, предназначенных для перемещения жидкости. Все нагнетатели могут быть подразделены на три класса: а) объемные, в которых энергия передается жидкости в результате сжатия ее рабочим opгaном. К числу таких нагнетателей относятся поршневые, зубчатые и пластинчатые; б) струйные, в которых энергия, необходимая для движения жидкости, получается вследствие смешивания ее со струей активной или рабочей жидкости. Представителем струйных нaгнeтателей может служить водоструйный насос или элеватор; в) лопаточные нагнетатели, использующие эффект закручивания и сжатия жидкости вращающимся рабочим колесом. Лопаточные нагнетатели могут быть центробежными, осевыми и вихревыми. Если перемещается капельная жидкость, лопаточный нагнетатель называется насосом. В случае перемещения газов в качестве нагнетателей используются вентиляторы, воздуходувки и компрессоры, 70

которые отличаются друг от друга величиной развиваемого давления: для воздуходувок это давление не превышает 3 · 105 Па, для компрессоров оно, как правило, значительно больше. Применяемые в настоящее время вентиляторы разделяются по принципу действия на центробежные и осевые. В системах вентиляции и кондиционирования воздуха большое распространение получили первые. Осевые вентиляторы используются главным образом в тех случаях, когда надо перемещать воздух без сети воздуховодов, так как при обычных для систем вентиляции и кондиционирования расходах воздуха развиваемое осевыми вентиляторами давление недостаточно для преодоления сопротивлений сложных сетей воздуховодов (следует указать, что в некоторых типах осевых вентиляторов, созданных в последние годы, удалось несколько повысить давление воздуха). Подробные сведения о расчетах систем вентиляции, типах нагнетательных устройств, изображении сети воздуховодов, использовании шумоглушителей можно получить в специальной литературе Контрольные вопросы и задания

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Для чего предназначены системы вентиляции? По каким признакам классифицируют системы вентиляции? Расскажите о системах естественной вентиляции. Расскажите о системах вытяжной и приточной вентиляции. Где используются местные вытяжные системы? Что из себя представляют: – вытяжные зонты; – вытяжные шкафы и кожухи; – бортовые отсосы? 7. Из каких двух частей состоит сеть воздуховодов? 8. Из каких материалов изготавливаются воздуховоды? 9. Расскажите кратко об аэродинамическом расчете воздуховодов. 10. На какие классы подразделяются нагнетатели?

71

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современный уровень жизни выдвигает необходимость создания комфортных условий для проживания человека на передний план, а развивающееся производство, использование новых, точных технологий требует эффективных систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Учебное пособие дает студентам возможность на основе знания теории кондиционирования выбрать тип системы кондиционирования, способ обработки воздуха, провести графоаналитические расчеты с использованием I, d-диаграммы влажного воздуха. Справочные данные позволяют выбрать расчетные параметры внутреннего и наружного воздуха, рассчитать тепло- и влагопритоки, выбрать схему обработки воздуха и в конечном итоге подобрать основное и вспомогательное оборудование для СКВ. Технические характеристики водоохлаждающих парокомпрессионных холодильных машин и базовых теплообменников, приведенные в приложении, помогают в подборке оборудования без использования дополнительной литературы. Приведенный пример проектирования установки кондиционирования воздуха для камеры сушки колбас наглядно демонстрирует использование изложенного материала. Краткое изложение материала по системам вентиляции позволяет понять круг вопросов, которые необходимо решить при проектировании систем кондиционирования. Ввиду разнообразия объектов кондиционирования пособие не может вместить все вопросы, касающиеся проблем проектирования СКВ. Библиографический список позволяет найти ответы на многие вопросы, возникающие при проектировании конкретной системы. Авторы надеются, что учебное пособие будет востребовано студентами при курсовом проектировании и при выполнении выпускных квалификационных работ.

72

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Аверкин, А. Г. Примеры и задачи по курсу «Кондиционирование воздуха и холодоснабжение» : учеб. пособие / А. Г. Аверкин. – 2-е изд., испр. и доп. – М. : Изд-во АСВ, 2003. – 126 с. 2. Основы теории кондиционирования : метод. указания к выполнению расчетных заданий для бакалавров направления подготовки 141200.62 «Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения» очной формы обучения / сост.: Н. Г. Измайлова, Е. В. Черненко ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. – Красноярск, 2013. – 48 с. 3. Голубков, Б. Н. Проектирование и эксплуатация установок кондиционирования воздуха и отопления : учеб. пособие для вузов / Б. Н. Голубков, Т. М. Романова, В. А. Гусев. – М. : Энергоатомиздат, 1988. – 190 с. 4. Явнел, Б. К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха / Б. К. Явнель. – М. : Агропромиздат, 1989. – 224 с. 5. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика / В. А. Ананьев, В. Н. Балуев, А. Д. Гальперин и др. – М. : Евроклимат, 2001. – 416 с. 6. СНиП 41-01–2003. Отопление, вентиляция, кондиционирование. – Госстрой России, ФГУП ЦПП, 2004. 7. СНиП 23-01–99. Строительная климатология. – Госстрой России, ГУП ЦПП, 2000. 8. Теплообменные аппараты энергетических установок : метод. указания к курсовому и дипломному проектированию для магистрантов, обучающихся по направлению 141200.68 «Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения» и 141100.68 «Энергетическое машиностроение» / сост.: Н. Г. Измайлова, Д. В. Черненко ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. – Красноярск, 2012. – 52 с. 9. Идельчик, Е. И. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Е. И. Идельчик. – М. : Машиностроение, 1975. – 560 с. 10. Стефанов, Е. В. Вентиляция и кондиционирование воздуха / Е. В. Стефанов. – СПб. : АВОК Северо-Запад, 2005. – 399 с.

73

ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение 1 Город

74

Алматы Архангельск Астана Астрахань Ашхабад Баку Барнаул Батуми Бишкек Брест Брянск Вильнюс Владивосток Владимир Вологда Волгоград Воронеж Грозный Днепропетровск Душанбе Ереван Запорожье

Географическая широта 44 64 52 48 36 40 52 40 44 52 52 56 44 56 60 48 52 44 48 40 40 48

Температура, ºС Глубина промерзания глинистых и суглинистых Среднегодовая Расчетная грунтов, см летняя 95 8,7 34 165 0,8 27 180 1,4 33 90 9,4 34 – 16,3 40 – 14,4 34 210 1,1 31 – 14,4 29 85 9,8 35 80 7,4 25 100 4,9 30 85 6,2 28 – 4,0 23 135 3,4 29 150 2,2 28 115 7,6 35 130 5,4 33 – 10,1 34 90 8,5 33 – 14,2 36 – 11,6 35 85 9,0 34 74

Расчетная зимняя –25 –32 –35 –22 –11 –4 –39 –1 –23 –20 –24 –23 –25 –27 –31 –22 –25 –16 –24 –14 –19 –23

Относительная влажность, % Расчетная Расчетная летняя зимняя 35 68 63 88 42 80 37 79 21 65 46 72 44 67 71 68 31 63 55 82 53 84 58 84 75 90 57 85 61 84 33 83 47 83 47 84 43 83 24 56 32 66 42 82

Город

75

Иваново Иркутск Казань Киев Кишинев Краснодар Красноярск Курск Львов Луганск Минск Москва Мурманск Нижний Новгород Новороссийск Новосибирск Одесса Омск Орджоникидзе Оренбург Пермь Полтава Рига Ростов-на-Дону

Географическая широта 56 52 56 52 48 44 56 52 48 48 52 56 68 56 44 56 48 56 44 52 56 48 56 48

Температура, ºС Глубина промерзания глинистых и суглинистых Среднегодовая Расчетная грунтов, см летняя 130 ВМГ 165 170 – – ВМГ 115 – 80 90 140 ВМГ 155 – 220 – 215 – 160 190 80 90 90

2,7 –1,1 2,8 7,2 9,4 10,8 0,5 5,4 6,7 7,0 5,4 4,8 0,0 3,1 12,7 –0,1 9,9 0,0 7,9 3,9 1,5 7,0 5,6 87 75

30 29 30 31 32 34 30 30 29 33 28 30 25 29 33 30 32 31 30 34 29 31 27 33

Расчетная зимняя –28 –38 –30 –21 –15 –19 –40 –24 –19 –25 –25 –25 –28 –30 –13 –39 –18 –37 –14 –29 –34 –22 –20 –22

Относительная влажность, % Расчетная Расчетная летняя зимняя 56 58 53 52 45 46 56 53 58 39 56 54 63 56 53 56 55 52 61 40 57 48 63 41

84 78 83 82 76 79 69 86 80 81 85 83 85 84 72 77 81 80 74 78 83 85 83 84

Окончание прил. 1

Город

Географическая широта

Глубина промерзания глинистых и суглинистых грунтов, см

Температура, ºС

Среднегодовая Санкт-Петербург Самара Самарканд Саратов Свердловск Смоленск Сочи Таллинн Тамбов Ташкент Тбилиси Томск Тюмень Уфа Хабаровск Харьков Херсон Чита Ялта Ярославль

60 52 40 52 56 56 44 60 53 40 40 56 56 56 48 52 48 52 44 56

120 160 – 145 190 110 – 95 130 – – 210 ВМГ 180 100 100 – ВМГ – 145

4,3 3,8 12,9 5,3 1,2 4,4 13,4 5,0 4,8 13,3 12,7 –0,6 1,3 2,8 1,4 6,9 9,8 –2,7 13,0 2,7

Расчетная летняя 27 32 37 33 30 28 32 26 32 37 34 29 31 32 32 32 33 32 33 28

Относительная влажность, % Расчетная зимняя –25 –27 –13 –25 –31 –26 –15 –21 –27 –15 –7 –40 –35 –29 –32 –23 –18 –28 –6 –31

Примечания: 1. При глубине промерзания грунта менее 80 см в соответствующей графе прочерк. 2. ВМГ – зона вечномерзлых грунтов.

76

Расчетная летняя 59 48 25 41 54 60 70 71 49 24 40 59 58 53 67 47 41 53 56 58

Расчетная зимняя 85 84 61 83 77 88 68 85 83 62 59 78 78 82 71 81 83 64 71 82

Приложение 2 Удельные энтальпии продуктов (кДж/кг) Продукты Мясо говяжье, птица Баранина Свинина

77

Субпродукты мясные Рыба Яйца в скорлупе Масло сливочное Простокваша, кефир Сметана Творог Сыр Мороженое Виноград, вишня, абрикос Другие фрукты

Температура продукта, ºС –8 –5 –3

–20

–18

–15

–12

–10

–2

–1

0

1

0

4,6

13,8

22,2

30,2

39,4

57,3

75,3

98,3

186

232

236

0

4,6

12,6

21,8

29,8

38,5

55,6

74,0

95,8

180

224

227

0

4,6

12,2

21,4

28,9

34,3

54,4

73,3

91,6

170

212

215

0

5,0

13,8

24,4

33,2

43,1

62,8

87,9

110

204

261

265

0

5,0

14,3

24,4

32,7

42,3

62,5

85,5

106

200

249

252

–

–

–

–

–

–

–

227

230

234

237

240

0

3,8

10,1

17,5

23,5

29,3

40,6

50,5

60,4

91,6

95

99

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

0

32

– 0 – 0

– 9,4 – 7,1

– 26,6 – 19,7

– 41,2 – 34,8

– 53,2 – 46,9

– 63,7 1,3 62,4

– 85,9 5,5 105

– 103 11,3 179

– – 14,3 221

– 193 16,7 224

0 300 19 227

38 302 22,7 231

0

7,5

20,6

36,5

49,8

66,5

116

202

229

233

236

240

0

6,7

17,2

29,8

38,5

51,0

82,9

139

211

268

272

274

77

Окончание прил. 2 Продукты Мясо говяжье, птица Баранина Свинина Субпродукты мясные Рыба Яйца в скорлупе Масло сливочное Простокваша, кефир Сметана Творог Сыр Мороженое Виноград, вишня, абрикос Другие фрукты

Температура продукта, ºС 12 15 20

2

4

8

10

25

30

35

40

238

246

246

265

271

280

297

312

329

345

361

230 218

236 224

249 236

255 242

261 248

271 257

287 273

302 288

314 302

334 318

350 332

268

274

289

296

302

313

331

348

366

384

401

256

263

277

283

290

300

317

334

352

369

385

243

250

262

269

274

254

300

316

332

348

383

101

107

121

130

139

155

183

204

221

240

254

8,0

15,9

31,4

39,4

47,3

59

78,6

98,4

118

–

–

5,9 206 25,2 234

13 113 31 241

29,3 327 42,3 254

36,8 334 47,7 264

44,4 344 53,2 268

55,2 352 61,5 278

73,7 369 75,7 295

95,8 387 89,6 311

110 405 104 328

– – – 345

– – – 361

243

250

265

272

279

290

307

326

343

361

378

274

287

302

309

317

326

347

366

385

403

421

78

Приложение 3 Технические характеристики водоохлаждающих парокомпрессионных холодильных машин

КТ28-2-0

КТ40-2-1

МКТ80-2-1

КТ110-2-1

КТ220-2-1

КТ350-2-1

Холодопроизводительность, кВт Потребляемая мощность компрессора, кВт Площадь теплообмена конденсатора, м2 Площадь теплообмена испарителя, м2 Размеры, мм – длина – ширина – высота Масса машины, кг

КТ-20-2-0

Показатели

КТ14-20-0

Марка холодильной машины

28,5

40,0

58,2

69,5

139

215

430

674

8,6

13,6

17,5

19,8

39,6

48,7

97,5

165

8,56

8,56

15,7

16,4

32

56

113

172

10,2

11,2

18,9

24

48

29

66

105

2 285 530 1 000 630

2 285 2 340 2 290 530 840 715 1 000 1 260 1 490 700 970 1 070

2 890 770 1 645 1 700

3 725 2 020 1 495 4 650

3 870 2 060 1 675 6 900

4 010 2 300 1 675 8 700

79

Учебное издание

Измайлова Наталья Георгиевна Кузнецов Евгений Валерьевич

СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА Учебное пособие

Редактор О. А. Кругликова Оригинал-макет и верстка А. А. Ловчиковой Подписано в печать 30.05.2015. Формат 60×84/16. Бумага офсетная. Печать плоская. Усл. печ. л. 4,6. Уч.-изд. л. 5,0. Тираж 50 экз. Заказ С 185/14. Санитарно-эпидемиологическое заключение № 24.49.04.953.П.000032.01.03 от 29.01.2003 г.

Редакционно-издательский отдел Сиб. гос. аэрокосмич. ун-та. Отпечатано в отделе копировально-множительной техники Сиб. гос. аэрокосмич. ун-та. 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. 80