Системы кондиционирования воздуха

Процесс обработки воздуха

Рассмотрим схему (рис. 2) прямоточной системы кондиционирования. Такие схемы обычно применяют в тех случаях, когда по условиям запылённости или загазованности использование рециркуляционного воздуха не допускается и кондиционеры работают только на наружном воздухе. Принципиальная схема в теплый период года наружный воздух в полном количестве проходит через фильтр, где осуществляется его очистка, поступает в оросительную камеру, в которой разбрызгивается охлаждаемая вода, имеющая температуру ниже температуры точки росы. При контакте воздуха с капельками воды он охлаждается и осушается, приобретая в конце оросительной камеры заданное влагосодержание при насыщении, обычно равном φ = 95%. Так как при этом температура воздуха становится ниже необходимой температуры приточного воздуха, то для доведения до указанной температуры воздух после оросительной камеры направляется в калорифер второго подогрева, в котором он нагревается до заданной температуры. Во избежание механического выноса капель воды на выходе из оросительной камеры устанавливается жалюзийная решетка (каплеуловитель). Обработанный воздух вентилятором подаётся в помещение.

Вода, собирающаяся в поддоне оросительной камеры, поступает в холодильную машину, где она охлаждается до необходимой температуры, и насосом по системе трубопроводов подается в форсунки, расположенные в оросительной камере.

В холодный период года наружный воздух в полном количестве поступает в калорифер первого подогрева в котором он подогревается до температуры, при которой его энтальпия будет соответствовать расчетной энтальпии адиабатического процесса увлажнения. Затем воздух поступает в оросительную камеру, где происходит адиабатический процесс увлажнения,

Рис.2. Принципиальная схема прямоточной системы кондиционирования воздуха

в результате которого воздух получает заданное влагосодержание при

относительной влажности (φ = 95%). При адиабатическом процессе испарения температура воздуха на выходе из оросительной камеры достаточно близка к температуре мокрого термометра, которая обычно ниже заданной температуры приточного воздуха, поэтому для доведения температуры воздуха до заданной он подвергается дополнительному нагреву в калорифере второго подогрева. Узел охлаждения и подачи воды в оросительную камеру работает в требуемом режиме. Обработанный воздух вентилятором подается в помещение.

Процесс обработки воздуха в тёплый период года для прямоточной системы кондиционирования воздуха при наличии в помещении только теплоизбытков (рис.4) 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 процесс подогрева воздуха в помещении за счет имеющихся там теплоизбытков.

Рис. 3. Процесс обработки воздуха в тёплый период года

Процесс обработки воздуха в холодный период года для прямоточной системы кондиционирования воздуха при наличии в помещении только теплоизбытков (рис.4) осуществляется по линии 1- 4-О-З-2,где 1- 4 - процесс нагрева наружного воздуха в калорифере первого подогрева; 4-О — процесс адиабатического увлажнения воздуха в оросительной камере кондиционера; О – 3 процесс нагрева воздуха в калорифере второго подогрева; 3-2 — естественный процесс подогрева воздуха в помещении за счёт имеющихся там теплоизбытков.

Рис.4. Процесс обработки воздуха в холодный период года

Холодопроизводительность кондиционера рассчитывается по наиболее напряженному режиму работы холодильной установки, т.е. для тёплого периода года:

где G_В^Т — массовый расход кондиционируемого воздуха в холодный период года, кг/с; I₁ и I₀ - энтальпия воздуха после калорифера первого подогрева и на входе в него, кДж/кг (см. I- d диаграмму, рис.4).

Теплопроизводительносгь калорифера второго подогрева, работающего в тёплый и в холодный периоды года, рассчитывается раздельно:

для тёплого периода года

где I₄ и I₀ — соответственно энтальпия на выходе и входе калорифера, кДж/кг (см. I – d диаграмму, рис.3);

для холодного периода года

где I₃ и I₀ — соответственно энтальпия на выходе и входе калорифера, кДж/кг (см. 1- d диаграмму, рис.4.

Количество влаги, удаляемой из приточного воздуха в теплый период года при его осушении, составит:

где d ₁и d ₂ соответственно влагосодержание воздуха на входе и

выходе из оросительной камеры, г/кг (см. i - d диаграмму, рис.3).

Количество влаги, поглощаемой приточным воздухом в холодный период года при его увлажнении, составит

где d ₂ и d ₁ - влагосодержание воздуха на входе и выходе из оросительной камеры, г/кг (см. i- d диаграмму, рис.4), соответственно.

Пример 9.В помещении с избыточными тепловыделениями установлена прямоточная система кондиционирования воздуха. Построить на

i - d диаграмме процесс (рис.3) обработки воздуха для теплого периода года, если количество кондиционируемого воздуха G_В^Т = 70000, кг/ч Расчётные параметры наружного воздуха t_Н^Т = 27 ⁰С и d_Н^Т = 15 г/ кг, а воздуха в помещении - tп^Т = 23 ⁰С и dп^Т = 10,5 г/ кг. Рассчитать холодопроизводительность кондиционера Qхол, теплопроизодительность калорифера второго подогрева Q_К2^Т, количество влаги, удаляемой из воздуха в оросительной камере W_УД ^Т.

Естественный подогрев воздуха в помещении за счет теплоизбытков принять Δt_ПОМ^Т = 5°С; естественный подогрев воздуха в воздуховодах и вентиляторе Δtв = 1,5°С.

Из диаграммы I – d по известным температурам и влагосодержаниям наружного (t_Н^Т, d_Н^Т) и воздуха в помещении (tп^Т, dп^Т) определяем положение точек 1 и 2 и соответственно, значения энтальпий в них I₁ = 66 кДж /кг и I₂ = 50 кДж / кг. Из точки 2 проводим луч при постоянном влагосодержании до пересечения с кривой относительной влажности φ = 95%. Получаем точку 0 и определяем в ней энтальпию I₀ = 42 кДж / кг. Откладывая из точки 2 отрезки, соответствующие значениям Δt_ПОМ^Т и Δtв по линии постоянного влагосодержания в направлении точки 0, находим точки 3,4 и соответстветствующие им энтальпии I₃ = 45 кДж / кг и I₄ = 43 кДж / кг.

Холодопроизводительность кондиционера

Qхол = G_B^T ∙ (I₁ – I₀);

G_B^T = 70000 / 3600 = 19,44 кг / с; Q_ХОЛ = 19,44 ∙ (66 – 42) = 466,67 кВт

Теплопроизводительность калорифера второго подогрева

Q_К2^Т = G_B^T ∙ (I₄ – I₀) ;

Q_К2^Т = 19,44 ∙ (43 - 42) = 19,44 кВт .

Количество влаги, удаляемой из воздуха в оросительной камере

W_УД ^Т = G_B^T ∙ (d_Н^Т – dп^Т ) ∙ 10^-3;

W_УД ^Т = 19,44 ∙ (15,5 – 10,5) ∙ 10^-3 = 0,0972 кг / с = 97,2 г / с.

Процесс обработки воздуха в холодный период года приведен на рис.4.

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 адиабатного увлажнения воздуха в оросительной камере кондиционера; 0-3 процесс нагрева воздуха в калорифере второго подогрева; 3-2 — естественный процесс подогрева воздуха в помещении за счёт имеющихся там теплоизбытков.

Холодопроизводительностъ кондиционера рассчитывается по наиболее напряженному режиму работы холодильной установки, т.е. для теплого периода года:

где G_В^Т— массовый расход кондиционируемого воздуха в теплый период, кг/с; I₁ и I₀— соответственно энтальпия наружного воздуха и воздуха на выходе из оросительной камеры, кДж / кг (см. i – d диаграмму, рис.3).

Теплопроизводительностъ калорифера первого подогрева, работающего только в холодный период года, рассчитывается из

где G_В^Х — массовый расход кондиционируемого воздуха в холодный период года, кг/с; I₄ и I₁ энтальпия воздуха после калорифера первого подогрева и на входе в него, соответственно, кДж/кг (см. i-d диаграмму, рис.4).

Теплопроизводительность калорифера второго подогрева, работающего и в тёплый и в холодный период года, рассчитывается раздельно:

для теплого периода года

где I₄ и I₀ - энтальпия на выходе и входе в калорифер, соответственно. кДж/кг (см. i-d диаграмму, рис.3).

для холодного периода года

где I₃ и I₀ - энтальпия на выходе и входе калорифера, соответственно, кДж/кг (см. i-d диаграмму, рис.4).

Количество влаги, удаляемой из приточного воздуха в теплый период года при его осушении, составит

где d₁ и d₂ - влагосодержание воздуха на входе и выходе из оросительной камеры, соответственно, г/кг (см. i- d диаграмму, рис.3).

Количество влаги, поглощаемой приточным воздухом в холодный период года при его увлажнении, составит

где d₂ и d₁ - влагосодержание воздуха на входе и выходе из оросительной камеры, соответственно , г/кг (см. i- d диаграмму, рис.3).

Пример 10.С помощью прямоточной системы кондиционирования воздуха требуется обеспечить параметры внутреннего воздуха, если количество кондиционируемого воздуха для холодного периода года G_В^Х = 45000 кг/ч. Расчетные параметры наружного воздуха t_Н^Х = - 26 ⁰С и

d _Н^Х = 0,3г/кг. Расчетные параметры воздуха в помещении t_П^Х = 24 ⁰С и

d _П^Х = 11 г/кг. Естественный подогрев воздуха в помещении за счет теплоизбытков принять Δt_ПОМ^Т = 4 град. Рассчитать производительность по теплоте калорифера первого подогрева Q_K1^X и второго подогрева Q_K2^X, количество влаги, поглощенное воздухом в оросительной камере W_ПОГЛ^Х.

Из диаграммы I – d по известным температурам и влагосодержаниям наружного (t_Н^Х, d_Н^Х) воздуха и воздуха помещении (t_П^Х , d _П^Х) определяем положение точек 1 и 2 и соответственно, значения энтальпий в них I₁ = - 25 кДж /кг и I₂ = 52 кДж / кг. Из точки 2 проводим луч при постоянном влагосодержании до пересечения с кривой относительной влажности φ = 95%. Получаем точку 0 и определяем в ней энтальпию I₀ = 44 кДж / кг.

Из точки 0 проводим изоэнтальпу до пересечения с лучом выходящим из точки 1 при постоянном влагосодержании. Получаем точку 4, в которой

I₄ = I₀ = 44 кДж / кг. Откладывая из точки 2 отрезок, соответствующий значению Δt_ПОМ^х по линии постоянного влагосодержания в направлении точки 0, находим точку 3 и соответствующую ей энтальпию I₃ = 48 кДж / кг .

Теплопроизводительность калорифера первого подогрева

Q_К1^Х = G_B^Х ∙ (I₄ – I₁) ;

G_B^Х = 45000 / 3600 = 12,5 кг / с; Q_К1^Х = 12,5 ∙ [ (44 –(-25)] ) = 862,5 кВт

Теплопроизводительность калорифера второго подогрева

Q_К2^Х = G_B^Х ∙ (I₃ – I₀) ;

Q_К2^Х = 12,5 ∙ (48 – 44)] ) = 862,5 кВт

Количество влаги, поглощаемой приточным воздухом в холодный период года при его увлажнении

W_ПОГЛ^Х = G_B^Х ∙ (dп^Х – dн^Х ) ;

W_УД ^Т = 12,5 ∙ (11,0 – 0,3) = 134 г / с.

Нагревание воздуха в вентиляторах и воздуховодах и помещении

В процессе повышения давления воздуха в вентиляторах происходит его нагревание на разность температур

Δt = 0.008 ∙ Н ∙ (1 – η) / η,

где Н – давление, развиваемое вентилятором, кг /м² ; η – КПД вентилятора по характеристике, без учета потерь в подшипниках, передаче и др.

Нагревание воздуха в вентиляторе необходимо учитывать при различных системах кондиционирования и вентиляции для теплого и холодного периодов.

Пример 11.Вентилятор кондиционера по характеристике развивает давление Н = 1000 кГ/м², при η = 0,85. Определить насколько нагреется воздух в вентиляторе

Δt = 0.008 ∙ Н ∙ (1 – η) / η = 0,008 ∙ 1000 ∙ (1 – 0,85) / 0,85 = 1,41 град.

Пример 12.В вентилятор поступает воздух с температурой 30⁰С. С какой температурой tв воздух выйдет из вентилятора, если вентилятор развивает давление Н = 600 кГ/м² при η = 0,7.

tв = tн + Δt = 30 + 2,06 = 32,06 град.

Пример 13. В помещении воздух находится в двух состояниях. В первом состоянии он характеризуется на I – d диаграмме параметрами точки А: Gа, кг/ч, Ta, К и dа, г/кг; во втором состоянии - параметрами точки В: Gв, Tв, К и dв, г/кг. В этих обозначениях :Gа, Ta, dа, Gв, Tв, dв – расход, температура, влагосодержание в точках А и В , соответственно. Пусть Gв / Gа = n, т.е. 1 кг воздуха в состоянии А смешивается с n кг воздуха в состоянии В. Параметры смеси воздуха в состоянии С можно определить:

Ic = (Ia + n ∙ Iв) / n +1

dс = (dа + n ∙ dв) / n +1

tc = (t а + n ∙ tв) / n +1

Пусть Gа = 1000 кг /ч, Ta = 295 К, dа = 8 г/кг и Gв = 800 кг/ч, Tв = 301К, dв = 16 г/кг. По заданным исходным данным на I – d диаграмме не трудно определить энтальпию в точках А и В: Ia = 41 кДж / кг; Iв = 68 кДж / кг.

Тогда параметры воздуха при смешении можно вычислить

Ic = (Ia + n ∙ Iв) / n +1= (41 + 0,8 ∙ 68) / 0,8 +1 = 53 кДж / кг

dс = (dа + n ∙ dв) / n +1= (8 + 0,8∙ 16) / 0,8 +1 = 11,6 г /кг

tc = (t а + n ∙ tв) / n +1= (295 + 0,8 ∙ 301) / 0,8 +1 = 297,7 К.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: