Курсовая работа: Система кондиционирования воздуха в производственном помещении
При этом следует
учитывать два обстоятельства: во-первых, для предотвращения механического уноса
капель влаги в систему воздуховодов на выходе из оросительной камеры величина
относительной влажности не должна превышать ; во-вторых, влагосодержание
обрабатываемого воздуха на выходе из оросительной камеры должно соответствовать
расчетному влагосодержанию воздуха внутри
помещения (в точке 2), так как по условиям задания в помещении отсутствуют
влаговыделения. Учет этих факторов позволяет на поле I-d диаграммы
нанести точку 0, характеризующую параметры воздуха на выходе из оросительной
камеры.
Для этого сначала
осуществляют построение линии нижней: пограничной кривой и линии относительной
влажности .
Точка 0 будет находиться на пересечении луча d2=const,
проведенного из точки 2 вертикально вниз, и линии относительной влажности . Соединив
точки 1 и 0 прямой линией, получают луч процесса охлаждения и осушения воздуха
в оросительной камере кондиционера. Продлив луч процесса 1-0 до
пересечения с линией , определяют точку m, температура в которой с известным
приближением принимается в качестве конечной температуры охлаждающей воды на
выходе из оросительной камеры .
Затем определяют
температуру приточного воздуха в помещении. За счет имеющихся в помещении
теплоизбытков температура воздуха в рабочей зоне будет повышаться, что дает
основание принимать температуру приточного воздуха на 4-6°С ниже, чем расчетная
температура воздуха в помещении. Параметры приточного воздуха характеризуются
положением точки 3, расположенной на линии d2=const и отстоящей
от точки 2 по значению температуры на 4-6 °С.
В теплый период года за
счет более высокой температуры окружающего воздуха происходит естественный
подогрев воздуха в воздуховодах и самом вентиляторе. Величина этого подогрева
оценивается в 1,5-2 °С. Это позволяет определить положение точки 4,
характеризующей параметры воздуха на выходе из калорифера второго подогрева.
Точка 4 расположена на линии d2=const и отстоит от точки 3 по значению температуры на 1,5-2 °С.
Таким образом,
окончательно процесс обработки воздуха в теплый период года для прямоточной
системы кондиционирования воздуха при наличии в помещении только теплоизбытков
осуществляется по линии 1-0-4-3-2, где 1-0 - процесс охлаждения и
осушения наружного воздуха в оросительной камере кондиционера; 0-4 -
процесс подогрева воздуха в калорифере второго подогрева; 4-3 - процесс
естественного подогрева воздуха в воздуховодах и вентиляторе; 3-2 -
естественный подогрев воздуха в помещении за счет имеющихся там теплоизбытков.
Рис.3. Процессы обработки воздуха в тёплый период года.
№ точки |
I, кДж/кг |
φ,
% |
t, °C |
d, г/кг |
1 |
52 |
61 |
24,5 |
11 |
0 |
33 |
95 |
11,8 |
8,4 |
4 |
41 |
60 |
20 |
8,4 |
3 |
39 |
65 |
18 |
8,4 |
2 |
43 |
50 |
22 |
8,4 |
3.2 Построение в I-d диаграмме процессов обработки
воздуха в холодный период
Наносится на поле I-d диаграммы точка 1, соответствующая расчетным параметрам
наружного воздуха для холодного периода года при известной температуре и
относительной влажности . Затем наносится точка 2,
соответствующая расчетным параметрам внутреннего воздуха при известной
температуре и
относительной влажности . Анализ взаимного расположения
точек 1 и 2 на I-d диаграмме показывает, что общее
направление процесса обработки воздуха в холодный период сводится к его
нагреванию и увлажнению. Этот процесс реализуется в камере орошения
кондиционера за счет разбрызгиваемой воды, температура которой должна быть выше
температуры точки росы обрабатываемого воздуха. При этом в оросительной камере
кондиционера осуществляется процесс адиабатического увлажнения воздуха.
Процесс адиабатического
увлажнения характеризуется равенством между количеством теплоты, полученным
поверхностью жидкости от окружающего воздуха, и количеством теплоты,
затраченном на испарение. Поступающая к поверхности жидкости от наружного
воздуха явная теплота полностью затрачивается на испарение части жидкости,
переходя при этом в скрытую теплоту водяных паров. Образовавшиеся водяные пары
поступают в окружающий воздух, увеличивая его влагосодержание и
теплосодержание. Тем самым воздуху компенсируется снижение его теплосодержания
в связи с расходом явной теплоты на испарение. Таким образом, для практических
расчетов можно предполагать, что адиабатический процесс увлажнения воздуха
осуществляется по линии постоянного теплосодержания I = const.
С учетом условий
рассматриваемого варианта задания, изложенных в предыдущем параграфе, на поле I-d диаграммы наносят точку 0, характеризующую параметры воздуха
на выходе из оросительной камеры. Для этого сначала осуществляют построение
линии нижней пограничной кривой и линии относительной влажности . Точка 0 будет
находиться на пересечении луча , проведенного из точки 2 вертикально
вниз и линии относительной влажности . Проведя через точку 0 луч
процесса адиабатического увлажнения по линии Io=const, а через точку 1 линию луча процесса нагревания
воздуха в калорифере первого подогрева, получим точку 4 пересечения этих линий,
параметры которой определяют состояние воздуха на входе в оросительную камеру.
Затем определяют
температуру приточного воздуха в помещении. За счет имеющихся в помещении
теплоизбытков температура воздуха в рабочей зоне будет повышаться, что дает
основание принимать температуру приточного воздуха на 4 - 6 °С ниже, чем
расчетная температура воздуха в помещении. Параметры приточного воздуха
характеризуются положением точки 3, расположенной на линии и отстоящей от точки 2
по значению температуры на 4 - 6°С. В холодный период года естественного
подогрева воздуха в воздуховодах не происходит.
Таким образом,
окончательно процесс обработки воздуха в холодный период года для прямоточной
системы кондиционирования воздуха при наличии в помещении только теплоизбытков
осуществляется по линии 1-4-0-3-2, где 1-4 - процесс нагрева наружного воздуха
в калорифере первого подогрева; 4-0 - процесс адиабатического увлажнения
воздуха в оросительной камере кондиционера; 0-3 - процесс нагрева воздуха в
калорифере второго подогрева; 3-2 - естественный процесс подогрева воздуха в
помещении за счет имеющихся там теплоизбытков.
Рис.4. Процессы обработки воздуха в холодный период года.
№ точки
|
I, кДж/кг |
φ,
% |
t, °C |
d, г/кг |
1 |
-23 |
81 |
-24 |
0,3 |
0 |
27 |
95 |
9 |
7 |
4 |
27 |
4 |
26 |
0,5 |
3 |
32 |
70 |
14 |
7 |
2 |
36 |
50 |
19 |
7 |
3.3 Расчёт
воздухообмена в помещении
Массовый расход
кондиционируемого воздуха:
для теплого периода года:
для холодного периода
года:
где - избыточная теплота в
помещении соответственно для теплого или холодного периода года; - теплоемкость
воздуха; и - соответственно расчетная температура воздуха внутри
помещения для теплого или холодного периода и температура приточного воздуха в
соответствующий период (см. I-d диаграммы, рис. 3 и 4).
Объёмный расход
кондиционируемого воздуха:
для теплого периода года:
для холодного периода
года:
где плотность воздуха.
Кратность воздухообмена:
для теплого периода года:
для холодного периода
года:
объём кондиционируемого помещения.
Кратность воздухообмена
показывает, сколько раз в течение одного часа воздух в помещении полностью
обновляется. Величина кратности воздухообмена регламентируется СНиП в
зависимости от назначения помещения. Для условий рассматриваемой задачи
нормативная кратность воздухообмена составляет . Если в результате расчета
получится значение , то следует без дополнительных
расчетов принять и скорректировать расход
кондиционируемого воздуха.
Холодопроизводительность
кондиционера для тёплого периода года:
где, и - энтальпия воздуха (см. I-d диаграмму, рис.3).
3.4 Выбор основного
оборудования для системы кондиционирования воздуха
Выбор вентиляторов
осуществляется по производительности и располагаемому напору, Количество и тип
вентиляторов выбирается исходя из обеспечения максимального требуемого
воздухообмена, что характерно для теплого периода года. Располагаемый напор
вентилятора должен обеспечить компенсацию общих потерь напора в системе
кондиционирования воздуха, определяемых условиями задания. Выбираем 5 вентиляторов
Ц4-70 №8: , максимальный расход
кондиционируемого воздуха , общие потери напора в системе
кондиционирования (по условию) 1350Па.
Мощность электрического
двигателя для привода вентилятора:
где, - производительность одного вентилятора; - плотность
воздуха; -
располагаемый напор вентилятора; к=1,1 - коэффициент запаса производительности
вентилятора; - коэффициент полезного действия
электропривода.
Исходя из условия
комплектования вентилятора, калориферов и оросительной камеры в едином корпусе,
количество кондиционеров необходимо выбирать такое же, что и количество
вентиляторов. Число и тип кондиционеров определяется максимально требуемым
воздухообменом. Выбираем 5 кондиционеров КН-20:
После выбора
кондиционеров необходимо проверить соответствие приведенных в табл. основных
характеристик с расчетными. Приведенные характеристики должны обеспечивать
необходимые параметры применительно к условиям рассматриваемой задачи.
Сравнивается мощность
электрического двигателя для привода вентилятора, рассчитанная по выражению с
приведенной в таблице. Приемлемым решением является условие, при котором
Калорифер первого
подогрева работает только в холодный период года. Поэтому его
теплопроизводительность рассчитывается на основе процессов, построенных на I-d диаграмме для этого периода (рис. 4, процесс 1-4):
где, - теплопроизводительность калорифера первого подогрева
в расчете на один кондиционер; - массовый расход воздуха в холодный
период в расчете на один кондиционер; и - соответственно теплосодержание
воздуха после калорифера первого подогрева и на входе в него.
Полученная расчетная
теплопроизводительность сравнивается с табличной. Решение считается правильным
при выполнении условия
Калорифер второго
подогрева работает и в теплый, и в холодный период года.
Для теплого периода
теплопроизводительность калорифера второго подогрева рассчитывается на основе
процессов, построенных на I-d диаграмме (рис. 3, процесс 0-4):
Для холодного периода
теплопроизводительность калорифера второго подогрева рассчитывается также на
основе процессов, построенных на I-d диаграмме (рис.4 процесс 0-3):
Из двух получившихся
теплопроизводительностей выбирается большая, и сравнивается с табличной
теплопроизводительностью. Решение считается правильным при выполнении условия
Массовый расход воды на
орошение:
где, - холодопроизводительность одного кондиционера; - температура воды на выходе из оросительной камеры,
определяемая по I-d диаграмме (рис. 4, температура в
точке m), - температура воды на входе в оросительную камеру (на
выходе из холодильной машины), принимается на 4-6°С ниже, чем , но не ниже +5°С; - теплоемкость воды.
Объёмный расход воды:
где, плотность воды.
Расчетный объемный расхода
воды сравнивается с табличной производительностью насоса. Приемлемым решением
является условие, при котором
Выбор холодильной
установки осуществляется по величине холодопроизводительности кондиционера.
Основные технические характеристики некоторых типов холодильных машин приведены
в приложении.
Компоновка холодильных
машин в системе кондиционирования воздуха может осуществляться либо в едином
корпусе (если число холодильных машин соответствует числу кондиционеров), либо
в виде отдельного узла холодопроизводства.
Выбранное оборудование
для системы кондиционирования:
5 вентиляторов Ц4-70
№8;
5 кондиционеров КН-20;
8 холодильных установок ФМ
90 (отдельный узел холодопроизводства).
4. Разработка схемы
воздухораспределения в помещении
4.1 Составление схемы
воздухораспределения
Основной задачей
воздухораспределения является обеспечение равномерной раздачи подготовленного
воздуха по всему объёму помещения. При разработке схемы на основании опыта
проектирования и в
соответствии с требованиями СНиП необходимо обеспечить ряд условий, в
частности: максимальная общая протяженность сети воздуховодов не должна
превышать 50м; расстояние от боковых и торцевых стен помещения до воздухораспределителей
не должно превышать 6м; расстояние между отдельными воздухораспределителями не
должно превышать 12м; через каждый воздухораспределитель должно поступать
одинаковое количество воздуха; скорость движения воздуха в магистральных сетях
принимается 8-12м/с, а в ответвлениях и концевых участках 3-6 м/с; общее
сопротивление сети воздуховодов должно быть меньше свободного давления
вентилятора на выходе из кондиционера. Схема воздухораспределения с торцевым расположением
приточной камеры представлена на рис. 5.
где - диаметр воздуховода.
При проектировании схемы
воздухораспределения следует принимать стандартные размеры воздуховодов.
Наиболее распространенные типоразмеры воздуховодов круглого сечения приведены в
приложении. После выбора размеров и формы стандартных воздуховодов для
дальнейших расчетов следует уточнить скорость движения воздуха:
4.2 Аэродинамический
расчёт системы воздухораспределения
Целью аэродинамического
расчета является определение потерь напора (сопротивления) системы
воздухораспределения и сопоставление этих потерь со свободным давлением
вентилятора, определяемым заданием. Расчет считается выполненным правильно,
если обеспечивается условие .
Расчётное давление
(потери напора) определяются по формуле:
где, потери напора на трение отдельных участков; потери напора на местные сопротивления отдельных
участков; 1,1 – коэффициент запаса на непредвиденные сопротивления.
Для выполнения расчета
предварительно составляют схему и разбивают ее на отдельные участки, в пределах
которых расход воздуха, размер воздуховодов и скорость движения воздуха
постоянны.
Расчетная схема
составляется для наиболее протяженной ветви сети воздуховодов. Расчет начинают
с наиболее удаленного участка.
Потери напора на трение
для каждого участка рассчитываются по выражению:
где, коэффициент сопротивления трению для отдельного
участка; длина отдельного участка; диаметр круглого воздуховода; плотность воздуха; скорость движения воздуха на отдельном участке.
Определение коэффициента
сопротивления трению:
где, определяющий размер воздуховода; число Рейнольдса для определённого участка
воздуховода.
Число Рейнольдса для
каждого участка:
Суммарные потери на
трение всего воздуховода:
Потери напора на местные
сопротивления на отдельных участках:
где, воздухораспределитель; отвод 90°; конфузор; тройник на проходе; диффузор после вентилятора.
Суммарные потери местных
сопротивлений всего воздуховода:
Величина полных потерь
напора:
Поскольку аэродинамический расчет считается выполненным
правильно.
Список литературы
1.
Расчет системы
кондиционирования воздуха в производственном помещении: Методические указания
по выполнению курсовых проектов/Составитель А.Ф. Мурзич; СПб ГТУРП,
СПб,2001.47с.ил.7.
|