Тепловой и влажностный балансы помещения

В.Г. Казаков .Ф.Мурзич, В.Н. Самойло

Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях.

Системы вентиляции и кондиционирования.

Методические указания к практическим занятия

Санкт-Петербург

УДК 621.311.1 (07)

В.Г. Казаков, А.Ф. Мурзич, В.Н. Самойло

Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях.

Системы вентиляции и кондиционирования.

Методические указания к практическим занятиям

/ГОУ ВПО СПб ГТУ РП. СПб., 2007, с.28: ил.6.

Приведено 16 примеров расчета систем вентиляции, кондиционирования воздуха и энергосбережения по курсу «Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях. Системы вентиляции и кондиционирования»: определение вредностей, расчет сопротивлений по воздушному тракту, расчет систем кондиционирования в теплый и холодный период года, определение эксергетических потерь и эксергетического КПД для типовых энергоиспользующих установок, встречающихся в практике расчета систем КВ и др.

Предназначаются для студентов факультета промышленной теплоэнергетики специальностей 100700 «Промышленная энергетика» и 100800 «Энергетика теплотехнологий».

Рецензент: зав. кафедрой ТСУ и ТД СПб ГТУ РП

профессор

Подготовлены и рекомендованы к печати кафедрой промышленной теплоэнергетики (протокол № от .).

Утверждены к изданию методической комиссией факультета промышленной энергетики (протокол №

©В.Г. Казаков, А.Ф. Мурзич, В.Н. Самойло

© ГОУ ВПО Санкт-Петербургский

государственный технологический

университет растительных полимеров, 2007

В.Г. Казаков

В.Н. Самойло

Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях.

Системы вентиляции и кондиционирования.

Термодинамика влажного воздуха

Влажный воздух, содержащий предельное количество пара при постоянном Рб, называется насыщенным. Относительной влажностью воздуха называют отношение (в процентах) парциального давления водяных паров во влажном воздухе к парциальному давлению водяных паров при той же температуре и полном его насыщении влагой .

Пример 1.Воздух помещения имеет температуру t =20 ⁰C и парциальное давление водяного пара Рп = 12,5 мм рт. ст. Упругость насыщенных водяных паров при данной температуре составляет Рн =17,5 мм рт. ст. Определить относительную влажность и объемный вес влажного воздуха

φ = (Рп / Рн) ∙ 100 = 12,5 / 17,5 ) ∙ 100 = 71,43 %

Объемный вес влажного воздуха – это вес 1 м³ влажного воздуха

γ = 1,293 ∙ 273 / Т ∙ (Рб / 760 – 0,378 ∙ Рп / 760),кг /м³ =

γ = 1,293 ∙ 273 / 293 ∙ (760 / 760 – 0,378 ∙ 12,5 / 760) = 1,21 кг /м³

Объемный вес влажного воздуха меньше веса сухого при одних и тех же температуре и барометрическом давлении.

Энтальпия влажного воздуха I – энергия в форме теплоты влажного воздуха с массой сухой его части, равной 1,0 кг. Энтальпия влажного воздуха равна сумме энтальпий сухого воздуха и водяного пара. При температуре влажного воздуха t и влагосодержании d

I = Iсух + Iп = с ∙ t + iп ∙ d / 1000 кДж / кг,

Для практических инженерных расчетов можно принять:

с = 1,0 кДж / кг ∙ град; iп = 2500 кДж / кг; с_п = 1,8 кДж / кг ∙ град, tп = t, тогда

I = 1,0 ∙ t + (2500 + 1,8 ∙ t ) ∙ d / 1000 кДж / кг,

Пример 2.Определить энтальпию влажного воздуха при t = 20 ⁰С и влагосодержании d = 12 г /кг

I = 1,0 ∙ t + (2500 + 1,8 ∙ t ) ∙ d / 1000 =

1,0 ∙ 20 + (2500 + 1,8 ∙ 20 ) ∙ 12 / 1000 = 50,4 кДж / кг

Тепловой и влажностный балансы помещения

Расчёт теплопоступлений в помещение

Основные тепловыделения в помещение составляют:

- от работающего оборудования с электрическим приводом

где Nуст - установленная мощность привода электродвигателя в расчёте на единицу оборудования, кВт, n - количество единиц оборудования (электродвигателей); kисп - коэффициент использования мощности электродвигателя; kв - коэффициент одновременности работы оборудования;

- от освещения для тёплого и холодного периода года

где F - поверхность пола в помещении, м² ; 40 Вт/м² - норма освещенности 1м² пола в соответствии со СНиП; K_в - коэффициент одновременности работы осветительных установок.

- от обслуживающего персонала для холодного и тёплого периодов года рассчитываются из выражения

где m - число работников; Q - явные тепловыделения от одного человека, кДж/ч; r = 2250 кДж/кг — энергия фазового перехода;

Wп - влаговыделение от одного человека, г/ч.

- через внешние ограждения

где Fогр - поверхность внешнего ограждения за вычетом поверхности остекления, м² ; Когр - коэффициент теплопередачи через ограждения, Вт/(м2∙ град); tн^т и tв^т - расчётная температура наружного воздуха и воздуха внутри помещения, °С.

Коэффициент теплопередачи рассчитывается с учётом всех термических сопротивлений

Вт/(м² ∙ град);

где αв и αн , соответственно, коэффициент теплоотдачи от воздуха внутри помещения к стене и от наружной поверхности стены к наружному воздуху, Вт/(м² ∙ град); δi - толщина отдельных слоев, составляющих стену, м; λ - коэффициент теплопроводности материалов, из которых выполнена стена, Вт/(м ∙ град ).

Пример 3.В помещении, согласно технологическому заданию, установлено 5 единиц технологического оборудования (n ) с электроприводом установленной единичной мощностью Nуст = 200 кВт. Коэффициент использования оборудования kисп = 0,8; коэффициент одновременности работы kв= 1. Определить поступление теплоты от оборудования.

Qоб = 1000 ∙ 200 ∙ 5 ∙ 0,8 ∙ 1 = 800000 Вт

Пример 4.В производственном помещении работает 250 человек. Определить полное поступление теплоты в помещение от людей при температуре в помещении 20 ⁰С. Поступление явной теплоты от одного человека Qявн = 293 кДж / час; влаговыделение 70 г / час. Работа легкая.

Qоп = 250 ∙ (293 + 2500 ∙ 70 / 1000) ∙ 3,6 ^-1 = 32500 Вт

Пример 5.Определить поступление теплоты через внешние ограждения при следующих исходных данных. Поверхность ограждения Fогр = 450 м² ;

коэффициент теплопередачи через ограждение kогр = 4 Вт / м2∙ град;

tн^т = 30 ⁰С; tв^т = 20 ⁰С.

Qогр = 450 ∙ 4 ∙ (30 – 20) = 18000 Вт.

Системы вентиляции

Расчет воздухообмена в помещении.

Расчет воздухообмена производится исходя из обеспечения нормируемых параметров путем удаления из помещений вредных выделений. Основными видами вредных выделений являются газовые выделения, пыль, теплота и влага.

Расчет воздухообмена при выделении вредных газов можно вычислить

L = G_Г / ( C₂ – C₁), м³ /ч

где G - количество вредных газов, мг/ч; С - предельно допустимая концентрация вредных газов в воздухе помещения, мг/м³ ; С = (0,25 — 0,З)С - концентрация вредных газов в приточном воздухе, мг/м³.

Расчёт воздухообмена при выделении избыточной теплоты осуществляется по формуле

где Q - избыточная теплота, выделяющаяся в помещении, кДж/ч;

cр^B - теплоёмкость воздуха, кДж/(кг∙град); ρв - плотность воздуха, кг/м ³ ;

tуд, tпр - соответственно, температура удаляемого и приточного

воздуха, ⁰С. Температура в рабочей зоне принимается по СНиП.

Расчёт воздухообмена при наличии избыточных влаговыделений в помещении осуществляется по формуле

где W - количество влаги, выделяющейся в помещении, г/ч; dуд и dпр - соответственно, влагосодержание удаляемого и приточного воздуха, определяемое (рис.1) по I — d диаграмме, г/кг.

Если в помещении имеются различные виды вредных выделений, то воздухообмен рассчитывается по каждому из них отдельно и в качестве расчётного принимается максимальный воздухообмен.

Рис. 1. диаграмма влажного воздуха

Пример 6.В производственном помещении избыток теплоты составляет Qизб = 100000 кДж / ч. Выделение влаги Wв= 40000 г /ч. Выделение паров вредных газов G_Г = 9000 мг/ч. Рабочая разность температур удаляемого и приточного воздуха Δtр = 6 град. Влагосодержание приточного воздуха dпр = 6 г/кг, удаляемого – dпр = 8 г/кг. Допустимая концентрация вредных газов в помещении С₂ = 200 мг / м³.

Определить необходимую производительность кондиционера.

Расход приточного воздуха по вредностям:

по избытку теплоты

L_T = 100000 / 1∙ 1,23 ∙ 6 = 13550 м³ /ч.

по выделениям влаги

L_В = 40 000/ (8 – 6 ) ∙ 1,23 = 16260 м³ /ч.

по выделениям вредных газов

L_Г = G_Г / ( C₂ – C₁), м³ /ч

L_Г = 900000 /(200 – 0,2 ∙ 200) = 5625 м³ / ч.

Расход приточного воздуха (производительность калорифера) принимаем по большему расходу, т.е. по выделениям влаги L_В = 16260 м³ /ч или 16230 ∙ 1,23 = 19963 кг / ч.

Аэродинамический расчет систем воздухораспределения

Расчетное давление для выбора вентилятора определяется по формуле

ΔР = 1,1 ∙ Σ (ΔРтр + ΔРм), где

ΔРтр и ΔРм – потери напора на трение и местные сопротивления, соответственно.

ΔРтр = ζ ∙ l /d ∙ ρ∙ W² /2, где

l , d – длина и диаметр воздуховода, соответственно;

ρ, W – плотность и скорость воздуха в воздуховоде, соответственно.

ζ - коэффициент линейного сопротивления ( сопротивления трению).

Коэффициент линейного сопротивления определяется в зависимости от числа Рейнольдса . Для ламинарного режима он может быть определен по формуле Блаузиуса

ζ = 0,3164 ∙ Re ^0,25, где

Re – число Рейнольдса.

Для турбулентного режима коэффициент линейного сопротивления определяется по формуле Альтшуля

ζ = 0,11 (0.0001 / d + 68 / Re)^0,25

Потери напора на местные сопротивления определяются из выражения

ΔРм = Σψ ∙ ρ∙ W² /2, где

Σψ – сумма местных сопротивлений. Определяется из таблиц в зависимости от конфигурации местного сопротивления.

Пример 7. Определить потери напора на линейные сопротивления в воздуховоде при следующих исходных данных. Расход воздуха Vв = 200600 м³/ч. Скорость воздуха в воздуховоде Wв = 12 м /с . Длина воздуховода l = 13,2 м.

Проходное сечение воздуховода

f = Vв / Wв = 200600 / 12 ∙ 3600 = 4,64 м²

Диаметр круглого воздуховода

d = (4 ∙ f / π)^1/2 =(4 ∙ 4,64 /3,14)^1/2 = 2,4м

Число Рейнольдса

Re = Wв ∙ d / ν = 12 ∙ 2,4 /15 ∙ 10⁶ = 1,92 ∙ 10⁶

Так как 1,92 ∙ 10⁶ > 10000, то поток турбулентный и для определения коэффициента линейного сопротивления необходимо применить формулу Альтшуля

ζ = 0,11 (0.0001 / d + 68 / Re)^0,25 = 0,11 (0,0001 / 2,4 + 68 /1,92 ∙ 10⁶)^0,25 = 0,011

Потери напора на трение

ΔРтр = ζ ∙ l /d ∙ ρ∙ W² /2 = 0,011 ∙ 13,2 /2,4 ∙ 1,293 ∙ 12² / 2 = 5,6 Па

Пример 8.При исходных данных примера 7 определить потери напора на местные сопротивления и общие потери напора на трение и местные сопротивления. Сумму коэффициентов местных сопротивлений принять 0,4.

Потери напора на местные сопротивления

ΔРм = Σψ ∙ ρ∙ W² /2 = 0,4 ∙ 1,293 ∙ 12² / 2 = 37,2 Па.

Суммарные потери на линейные и местные сопротивления

ΔР = 1,1 ∙ Σ (ΔРтр + ΔРм) = 1,1 ∙ (5,6 + 37,2) = 47,1 Па.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: