Проектирование системы кондиционирования воздуха
Работа из раздела: «
Безопасность жизнедеятельности и охрана труда»
/
Камчатский государственный технический университет
Кафедра холодильных машин и установок
Специальность Техника и физика низких температур
Курсовая работа
тема: Проектирование системы кондиционирования воздуха
дисциплина: Вентиляция и кондиционирование воздуха
Петропавловск-Камчатский, 2003
Перечень условных обозначений и символов
ВО - воздухоохладитель
ВиКВ - вентиляция и кондиционирование воздуха
ВП - воздухоподогреватель (калорифер)
И - испаритель
КД - конденсатор
КМ - компрессор
ХМ - холодильная машина
КО - камера орошения
СКВ - система кондиционирования воздуха
ТО - теплообменник
- коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 °C)
d - влагосодержание воды в воздухе, кг/кг
i - энтальпия, кДж/кг
k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 °C)
Р - давление, Па (мм рт. ст.)
Рбар - барометрическое давление окружающего воздуха, мм рт. ст.
Рп' - парциальное давление паров воды окружающего воздуха, Па
Рп' - парциальное давление паров воды насыщенного воздуха, Па
q - удельный тепловой поток, Вт/м2
Q - абсолютный тепловой поток, Вт
t - температура, °С
w - удельный поток влаги, кг/м2
W - абсолютный поток влаги, кг
- коэффициент теплопроводности, Вт/(м °C)
- относительная влажность, %
Введение
Из комплекса факторов, влияющих на состояние человека в данный момент времени, важным является микроклимат, т.е. совокупность состава, температуры, влажности, давления, подвижности (скорости) газовой среды (воздуха, газодыхательной смеси), радиации окружающих поверхностей и тел и др. Человек, потребляя из окружающей среды кислород и пищу, выделяет в нее, пропорционально физической и умственной нагрузке, тепловую энергию, воду, углекислый газ и другие продукты жизнедеятельности, которые загрязняют атмосферу помещения и должны систематически отводиться из нее, как и тепло-влаговыделения, газообразные вещества, микроорганизмы, пыль других источников (например, оборудования), расположенных в помещении. Чтобы человек чувствовал себя нормально в этих условиях, следует поддерживать состав и параметры окружающей среды в пределах его адаптационных возможностей. Для обеспечения нормальных условий обитаемости и работы применяется кондиционирование газовой среды помещения, т.е. такой комплекс технологических процессов ее обработки, который обеспечивает как минимум поддержание определенных состава среды, давления p, температуры t, влажности , подвижности среды (с учетом радиационных потоков) в заданном интервале их значений (кондиций). Комфортное - это такое кондиционирование газовой (газодыхательной) среды в помещении, при котором изменение по крайней мере основных параметров микроклимата (состава, p, t , , среды) удерживалось бы в благоприятных пределах адаптационных возможностей живого организма независимо от внешнего (вне помещения) климата и метеорологических условий окружающей среды. При этом человек не должен ощущать того, что в помещении микроклимат создается искусственно, т.е. у него должно быть ощущение естественного комфорта. Система вентиляции и кондиционирования - это совокупность оборудования, в котором производится механическая, тепловлажностная, физико-химическая и другая обработка газовой среды, газопроводов и устройств для приема газа и распределения его в помещениях. Заданный состав газовой среды в помещениях обеспечивается вентиляцией (для разомкнутых, сообщенных с атмосферой помещений и систем). На современном этапе в такой отрасли холодильной техники, как вентиляция и кондиционирование воздуха, наблюдается заметный подъем.
Это связано в основном с тремя причинами:
1. Вместе с экономическим обновлением страны развивается и обновляется фонд жилых и производственных помещений, требующий оснащения системами вентиляции и кондиционирования воздуха. Предприятия и отдельные предприниматели, а также граждане (при использовании малых домашних кондиционеров) не могут позволить себе использовать прежние образцы и модели вентиляторно-кондиционерной техники, устаревшие морально и физически. Поэтому ими покупается или заказывается новое оборудование, которое в ряде случаев разрабатывается индивидуально. Широк выбор зарубежных моделей кондиционеров, однако если приобретается импортное оборудование, то предварительно оно требует проверочных расчетов на соответствие нашим стандартам и конкретным условиям работы.
2. Изменяется средний уровень достатка и ментальность жителей нашей страны. Если ранее малый домашний или индивидуальный кондиционер представлялся предметом роскоши, то теперь все большее количество людей озабочено созданием комфортных условий и поддержанием чистоты воздуха в домашних помещениях, поскольку это прямо влияет на здоровье человека. Кроме того, согласно новым санитарным нормам уделяется повышенное внимание охране здоровья людей на производстве, что требует создания комфортных условий труда и поддержания в помещении необходимого микроклимата. Это приводит к развитию малого кондиционирования.
3. В последние годы в нашу страну ввозится большое количество зарубежного автотранспорта, на котором кондиционер входит в стандартный набор комплектации системы вентиляции и обогрева салона. При поломке системы кондиционирования или аварии автомобиля, затронувшей эту систему, необходимо произвести ее ремонт, а поскольку количество фирменных сервисных центров по обслуживанию импортного автотранспорта в нашей стране пока еще невелико, ремонт производится силами отечественных авто- и холодильных мастерских. Данные причины обуславливают заметное развитие вентиляции и кондиционирования воздуха, причем как практическо-эксплуатационной, так и теоретической его части, поскольку расширяющиеся требования к системам ВиКВ требуют в ряде случаев создания новых (порой - принципиально новых) машин, аппаратов, методик расчета и т.д.
Необходимо отметить, что заметное развитие кондиционирования воздуха в нашей стране наблюдается только с середины века. До этого производство оборудования развивалось низкими темпами, и только начиная с 50-х годов создание моделей малых герметичных компрессоров позволило наладить широкий выпуск автономных кондиционеров. Целью выполнения курсовой работы по дисциплине 'Вентиляция и кондиционирование воздуха' является закрепление теоретических знаний, полученных курсантами при изучении курса, и приобретение практических навыков расчета и проектирования систем кондиционирования воздуха. Наряду с учебной используется периодическая литература, нормативно-техническая документация, нормативно-справочные издания, стандарты и другая специальная литература. Все это позволяет грамотно освоить методику проектирования систем кондиционирования воздуха и достигнуть требуемого уровня знаний по дисциплине для последующего получения научной степени магистра по специальности 'Техника и физика низких температур'.
1. Исходные данные
Место строительства ..................………………….....…..город Астрахань
Размеры помещения: ab ..............………………………….....….2418м
Высота помещения:h ...................………………………....……...........5м
Доля площади наружных стен, занятая остеклением .……….……40 %
Доля площади пола занятая смоченной поверхностью………..…..30%
Мощность оборудования, установленного в помещении ……...…75кВт
Количество выделяющегося пара от других источников …………6кг/ч
Тип помещения...........………..………........значительные теплоизбытки
Количество работающих ................……………………….........… 40 чел.
Характер работы ................………………………………………. средняя
Расчетные параметры наружного воздуха .......…………………….........А
Тип СКВ ..................………………………..............с 1-ой рециркуляцией
2. Климатические данные и комфортные условия, описание помещения
Задача расчета: определить климатические данные наружного воздуха в данном городе и комфортные условия для данного помещения.
Исходные данные и условия расчета: место строительства - город Астрахань; расчетные параметры наружного воздуха - тип А.
Расчет: по [1, табл.1.1] определяем климатологические данные наружного воздуха в г. Ялта:
Определяем тип помещения. Пользуясь исходными данными, принимаем, что данное помещение - цех для производства мясных полуфабрикатов.
Исходя из типа помещения, принимаем комфортные условия (параметры внутреннего воздуха):
Помещение имеет одну наружную стену и три внутренних, причем наружная стена сориентирована на северную сторону (см. рис.1). Стены изготовлены из кирпича и оштукатурены светлой штукатуркой с обеих сторон. Потолок имеет трехслойную конструкцию, показанную на рисунке 2. Пол имеет четыре слоя (рис.2).
Помещение сориентировано остекленной стороной на север.
Наружная стена на 40% остеклена, в качестве остекления приняты окна с рамами из двух стёкл, расстояние, между которыми 20 мм.
Значения коэффициентов теплопроводности и толщина слоев строительных конструкций приведены в табл. 2.1. [7, табл. 8.8].
- коэффициент теплоотдачи с наружной стороны ограждения;
вн = 9 - коэффициент теплоотдачи с внутренней стороны ограждения при умеренной циркуляции воздуха;
- коэффициент теплопередачи ограждения
Расчет коэффициента теплопередачи через ограждения по слоям
Таблица 2.1
|
Наименование ограждения
|
№ слоя
|
Наименование и материал слоя
|
Толщина i, м
|
Коэффициент теплопроводности i, Вт/(м °С)
|
Коэффициент теплопередачи ограждения k Вт/(м2 °С)
|
|
|
Наружная стена
|
1
|
Отделка из светлой штукатурки
|
0,02
|
0,88
|
1,509
|
|
|
2
|
Кирпичная стена
|
0,38
|
0,82
|
|
|
|
3
|
Отделка из светлой штукатурки
|
0,02
|
0,88
|
|
|
|
Внутренние стены
|
1
|
Отделка из светлой штукатурки
|
0,02
|
0,88
|
1,368
|
|
|
2
|
Кирпичная стена
|
0,38
|
0,82
|
|
|
|
3
|
Отделка из светлой штукатурки
|
0,02
|
0,88
|
|
|
|
Кровля
|
1
|
Гидроизол на битумной мастике -5 слоев
|
0,012
|
0,17
|
2,28
|
|
|
2
|
Бетонная стяжка на металлической основе
|
0,1
|
1,2
|
|
|
|
3
|
Железобетонная плита
|
0,16
|
1,4
|
|
|
|
3. Расчет тепло - и влаговыделений в помещении в летний и зимний периоды
3.1 Расчет теплопритоков
3.1.1 Суммарный теплоприток
Q=Qогр+Qрад+Qоб+Qл+Qосв+Qинф+Qскр (3.1)
где: Qогр - теплопритоки через ограждения, кВт;
Qрад - теплопритоки от солнечной радиации, кВт;
Qоб - теплопритоки от работающего оборудования, кВт;
Qл - теплопритоки от работающих людей, кВт;
Qосв - теплопритоки от освещения, кВт;
Qинф - теплопритоки от инфильтрации наружного воздуха, кВт;
Qскр - скрытые теплопритоки (с поступающим паром от других источников), кВт;
3.1.2 Теплопритоки через ограждения
Qогр=k·F·t; (3.2)
где: k-коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м2°С);
F-площадь ограждения, м2;
t-расчетная разность температур, °С.
Для определения величин k и F приняты планировка кондиционируемого помещения, а также конструкции ограждений, покрытия и пола, как представлено на (рис.1., рис.2.). Характеристики ограждений по слоям и расчет коэффициента теплопередачи приведены в таблице 3.1 для пола и в таблице2.1 для остального ограждения.
Расчет коэффициента теплопередачи для пола ведется по слоям [6,стр.60].
Коэффициент теплопередачи ограждения k рассчитывается по следующей формуле:
Вт/(м2°С) (3.3)
где: н и в - наружный и внутренний коэффициенты теплоотдачи,
н=23,3 Вт/(м2°С), в=9 Вт/(м2°С),[6,табл.2.10];
/- отношение толщины к коэффициенту теплопроводности одного строительного слоя конструкции.
Для остекленных стен приняты окна с рамами из двух стёкл, расстояние, между которыми 20 мм.[8,табл.80] k=2,74Вт/(м2°С)
Таблица 3.1 Определение коэффициента теплопередачи для пола по зонам и расчет теплопритока от пола
|
Зона
|
k, Вт/(м2°С)
|
Fзоны, м2
|
Tнар.л,С
|
Tнар.з,С
|
tп.л,С
|
tп.з,С
|
Qл, Вт
|
Qз, Вт
|
|
|
1
|
0,47
|
48
|
29,5
|
-8
|
12
|
12
|
394,8
|
451,2
|
|
|
2
|
0,23
|
48
|
29,5
|
-8
|
12
|
12
|
193,2
|
220,8
|
|
|
3
|
0,12
|
48
|
29,5
|
-8
|
12
|
12
|
100,8
|
115,2
|
|
|
tср -- средняя температура грунта при наличии обогрева.
Если полы не имеют обогревательных устройств, то теплопритоки Q1(в Вт) можно определить по формуле
(3.4)
где кусл--условный коэффициент теплопередачи соответствующей зоны пола, Вт/(м2К); F -- площадь соответствующей зоны пола, м2 tн -- расчетная температура наружного воздуха, ;С: tB -- температура воздуха внутри камеры, °С;
т--коэффициент, учитывающий относительное возрастание термического сопротивления пола при наличии изоляции.
Для расчета теплопритоков пол камеры разбивают на зоны шириной 2 м каж- дая, начиная от наружной стены.
Значения условных коэффициентов теплопередачи кусл Вт/(м2К) принимают:
Площадь пола первой двухметровой зоны, примыкающей к углу наружных стен, учитывается дважды, т. е. по направлениям обеих наружных стен, состав- ляющих угол.
Коэффициент m, характеризующий относительное возрастание термического сопротивления пола при наличии изоляции. Для неизолированных полов, лежащих на грунте, т = 1.
3.1.3 Теплопритоки от солнечной радиации
Для ограждений и покрытия:
,кВт (3.5)
где k- коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м2·°С); F- площадь ограждения, м2; tс- избыточная разность температур от солнечной радиации,°С, принята по [6,табл. 7.2]. tс=17°С
Для остекленной части ограждений: Qрад=Qудс*F* ,кВт (3.6) где: Qудс- удельный теплоприток от солнечной радиации через окна, Вт/м2, принят по [6,табл. 10.5]
для лета Qудс=58Вт/м2
F- площадь ограждения, м2;
коэффициент затенения =0,7 для жалюзей
Результаты расчета Qогр и Qрад представлены в таблице 3.3 для теплого периода года и таблице 3.4 для холодного периода года.
Таблица 3.3 Теплопритоки для теплого периода года
|
Ограждение
|
F, м2
|
Температура воздуха, С
|
t, С
|
К, Вт/(м2°С)
|
Qогр., Вт
|
Qрад., Вт
|
Qобщ., Вт
|
|
|
|
Наруж.
|
внутр.
|
|
|
|
|
|
|
|
Северная Наружная стена остекление
|
120*0,4
|
29,5
|
12
|
17,5
|
2,74
|
2301,6
|
1948,8
|
4250,4
|
|
|
Северная Наружная стена монолит.
|
120*0,6
|
29,5
|
12
|
17,5
|
1,509
|
1901,34
|
0
|
1901,34
|
|
|
Внутр. Западная
|
90
|
12
|
12
|
0
|
1,368
|
0
|
0
|
0
|
|
|
Внутр. Восточная
|
90
|
12
|
12
|
0
|
1,368
|
0
|
0
|
0
|
|
|
Внутр. Южная
|
120
|
12
|
12
|
0
|
1,368
|
0
|
0
|
0
|
|
|
Перекрытие
|
432
|
29,5
|
12
|
17,5
|
2,28
|
17236,8
|
16744,32
|
33981,12
|
|
|
Пол
|
432
|
-
|
-
|
-
|
-
|
1041,6
|
-
|
1041,6
|
|
|
Сумма
|
|
|
|
|
|
22481,34
|
18693,12
|
41174,46
|
|
|
Таблица 3.4 Теплопритоки в холодный период года
|
Ограждение
|
F, м2
|
Температура воздуха, С
|
К, Вт/(м2°С)
|
Qогр., Вт
|
|
|
|
Наруж
|
Внутр.
|
|
|
|
|
Северная Наружная стена остекление
|
120*0,4
|
-8
|
12
|
2,74
|
-2630,43
|
|
|
Северная Наружная стена монолит.
|
120*0,6
|
-8
|
12
|
1,509
|
-2172,963
|
|
|
Внутр. Западная
|
90
|
12
|
12
|
1,368
|
0
|
|
|
Внутр. Восточная
|
90
|
12
|
12
|
1,368
|
0
|
|
|
Внутр. Южная
|
120
|
12
|
12
|
1,368
|
0
|
|
|
Перекрытие
|
432
|
-8
|
12
|
2,28
|
-24192
|
|
|
Пол
|
432
|
-8
|
12
|
-
|
-1190,43
|
|
|
Сумма
|
|
|
|
|
-30185,823
|
|
|
Примечание: в холодный период года теплоприток от солнечной радиации не учитывается.
3.1.4 Теплопритоки от работающего оборудования
Qоб=Nоб *Ки*Ко ,кВт (3.7)
где Nоб- суммарная мощность установленного оборудования, кВт;
Ки- коэффициент использования оборудования; К=0,25
Ко- коэффициент одновременности работы оборудования.К=0,5
Nоб=75 кВт по условию, для данного помещения [6, стр.194-195]. Расчет теплопритока сведен в таблице 3.5.
3.1.5 Теплопритоки от работающих людей
Qл=qчел*n ,кВт (3.8)
где qчел- удельное тепловыделение одного человека, Вт/чел;
n- количество работающих, чел.
Исходя из характера работы и расчетных температур в помещении по [6,табл.10.2] теплоприток от людей составляет:
qчел=157Вт/чел,
Расчет теплопритока сведен в таблице 3.5.
3.1.6 Теплопритоки от освещения
Qосв=qосв*F ,кВт (3.9)
где qосв- удельное освещение, qосв=4,5 Вт/м2 [6, стр. 66];
F- площадь помещения, F=432 м2.
Расчет теплопритока сведен в таблице 3.5.
Таблица 3.5 Теплопритоки от оборудования, от людей, от освещения
|
Вид
|
Nобор, квт
|
Киспол.
|
Коднов.
|
n,
|
qуд, Вт
|
F, м2
|
А, Вт
|
Qэксп., Вт
|
|
|
Оборудования
|
75
|
0,25
|
0,5
|
|
|
|
|
9375
|
|
|
Люди
|
|
|
|
40
|
157
|
|
|
6280
|
|
|
Освещения
|
|
|
|
|
|
432
|
4,5
|
1944
|
|
|
Сумма
|
|
|
|
|
|
|
|
17599
|
|
|
3.1.7 Теплоприток от инфильтрации
Теплопритоки от инфильтрации наружного воздуха (в том числе от открывания дверей) не учитываются (Qинф=0), поскольку в кондиционируемом помещении создается избыточное давление (подпор).
3.2 Расчет влагопритоков
3.2.1.Влагопритоки от людей
Количество влаги, выделяемой людьми, Wл (в кг/с) подсчитывают по формуле:
Wл=чел*n (3.10)
где чел--влаговыделение одного человека, кг/с,
n--число людей в помещении.
Влаговыделения зависят от температуры воздуха в помещении и рода выполняемой работы [6, табл. 10.2.]
Расчет и его результаты сведены в таблицу 3.6.
Таблица 3.6 Определение влагопритоков от людей
|
л*10-6, кг/с
|
n, человек
|
Wл, кг/с
|
|
|
20,8
|
40
|
0,832*10-3
|
|
|
3.2.2 Влагопритоки от испарения воды со смоченной поверхности пола
Wсмоч= Fсмоч (Pп''-Pп')101200/Pбар ; (3,11)
где - коэффициент влагообмена между воздухом и водой,
=(0,372+0,316·)*10-7 кГ/(м2Па·с) [2, стр.185],
где -скорость воздуха у поверхности воды, принята =0,5 м/с, отсюда
=5,3*10-8 кГ/(м2Па·с);
Рп'- парциальное давление паров воды насыщенного воздуха при
температуре помещения, Рп'=1390 Па,;
Рп'- парциальное давление водяных паров окружающего воздуха, Рп'=973 Па, ;
Рбар- барометрическое давление окружающего воздуха, Рбар= 101000Па.
Fсмоч- площадь смоченной поверхности пола,
Расчет и его результаты сведены в таблицу 3.7.
Таблица 3.7 Расчет влагопритока от пола
|
Fсмоч, м2
|
кг/(м2Па·с)
|
Рп', кПа
|
Рп`, кПа
|
Рбар, кПа
|
Wсмоч, кг/с
|
|
|
129,6
|
5,3*10-8
|
1,39
|
0,973
|
101
|
0,287*10-5
|
|
|
3.2.3 Определение количества выделяемого пара от других источников
Количество выделяемого пара от других источников задается по условию
Wдр=6 кг/ч =1,67*10-3г/с.
3.2.4 Определение суммарного влагопритока
Суммарный влагоприток определяется путем сложения всех полученных влагопритоков, по формуле
W=Wсмоч+Wл+Wдр, (3.12)
где: Wсмоч-влагопритоки от испарения воды со смоченной поверхности пола, кг/с;
Wл-влагопритоки от работающих людей, кг/с;
Wдр-влагопритоки от других источников, кг/с;
Расчет сведен в таблицу 3.8.
Таблица 3.8 Расчет суммарного влагопритока
|
Wсмоч, кг/с
|
Wл, кг/с
|
Wдр, кг/с
|
Wобщ, кг/с
|
|
|
0,287*10-5
|
0,832*10-3
|
1,67*10-3
|
0,00254
|
|
|
3.3 Расчет скрытых теплопритоков
3.3.1 Скрытые теплопритоки
Скрытые теплопритоки Qскр, учитывающие приток тепла с поступающей в помещение влагой (паром), рассчитываются следующим образом:
Qскр=W·iпом; (3.13)
где W-суммарные влагопритоки в помещение, кг/с (см. п.3.2.4);
iпом-энтальпия водяного пара при tпом, кДж/кг (определяется по диаграмме влажного воздуха). Расчет сведен в таблицу 3.9
Таблица 3.9 Расчет скрытых теплопритоков
|
W, кг/с
|
iпом, кДж/кг
|
Qскр, Вт
|
|
|
0,00254
|
27,5
|
69,85
|
|
|
3.3.2 Определение суммарного теплопритока
Определение суммарного теплопритока производим по формуле (3.1), расчет сведен в таблицу 3.10
Таблица 3.10 Расчет суммарного теплопритока
|
Сезон
|
Qогр, Вт
|
Qэксп, Вт
|
Qскр, Вт
|
Q, Вт
|
|
|
Лето
|
41174,46
|
17599
|
69,85
|
58843,31
|
|
|
Зима
|
-30185,823
|
17599
|
69,85
|
-12516,973
|
|
|
3.4 Расчет тепловлажностного коэффициента
По величине суммарных тепло- и влаговыделений определяем тепловлажностный коэффициент кДж/кг: =Q/W (3.14)
Таблица 3.11 Расчет тепловлажностного коэффициента
|
Сезон
|
Q, Вт
|
W, кг/с
|
, кДж/кг
|
|
|
Лето
|
58843,31
|
0,00254
|
23166,65748
|
|
|
Зима
|
-12516,973
|
0,00254
|
4927,942
|
|
|
По завершению расчета тепло и влагопритоков составляем сводную таблицу 3.12
Таблица 3.12 Сводная таблица тепло и влагопритоков
|
Процесс
|
Вид
|
Лето
|
Зима
|
|
|
Теплоприток
Вт
|
Через ограждение
|
22481,34
|
-30185,823
|
|
|
От солнечной радиации
|
18693,12
|
-
|
|
|
От людей
|
6280
|
6280
|
|
|
От работающего оборудования
|
9375
|
9375
|
|
|
От освещения
|
1944
|
1944
|
|
|
От инфильтрации
|
-
|
-
|
|
|
Скрытые
|
69,85
|
69,85
|
|
|
Итого
|
58843,31
|
-12516,973
|
|
|
Влагоприток
кг/с
|
От испарения воды
|
0,287*10-5
|
0,287*10-5
|
|
|
От людей
|
0,832*10-3
|
0,832*10-3
|
|
|
От других источников
|
1,67*10-3
|
1,67*10-3
|
|
|
От инфильтрации
|
-
|
-
|
|
|
Итого
|
0,00254
|
0,00254
|
|
|
4. Построение и расчет основных процессов обработки воздуха
Задача расчета
По заданию на проектирование производится расчет СКВ с одной рециркуляцией. СКВ с одной рециркуляцией производит забор воздуха из кондиционируемого помещения, частично удаляется наружу, а большая часть поступает в камеру смешения кондиционера. Там он смешивается с наружным воздухом, расход которого ограничивается допустимой нормой, после чего смесь воздуха очищается в фильтре, охлаждается и осушается в камере орошения. Преимущество данной схемы заключается в возможности точного регулирования температуры воздуха в помещение.
Исходные данные и условия расчета
Исходные данные к курсовой работе (стр. 5), климатологические данные и комфортные условия (п. 2), расчет тепло и влаговыделений в помещении в летний и зимний периоды (п. 3 ).
Расчет
Строим теоретические процессы изменения состояния воздуха (обработки воздуха в кондиционере) в I-d диаграмме (см. приложения 1 и 2).
Точка Н - характерезует параметры наружного воздуха
Точка В - характерезует параметры воздуха в помещении
Точка П -характерезует параметры воздуха подающегося в помещение кондиционером
Точка С - характерезует параметры смеси воздуха Процессы изменения состояния воздуха Для лета: В-Н - процесс смешения наружного и внутреннего воздуха С-К - процесс обработки в камере орошения П-В - процесс в помещении Для зимы: Н-В - процесс смешения наружного и внутреннего воздуха С-К - процесс обработки в камере орошения М-П - процесс подогрева воздуха в калорифере 2-го подогрева П-В - процесс в помещении Процессы обработки воздуха рассчитываются различно для летнего и зимнего режима работы.
4.1 Расчет процессов обработки воздуха для летнего режима работы
Параметры точек В и Н известны (см. п. 2).
Принимается рабочая разность температур процесса в помещении tр = 5°С [7, стр. 181]. Из точки В на диаграмме, с учетом тепловлажностного коэффициента е, строим процесс в помещении и находим точку П.
Определяется необходимое количество подаваемого (приточного) воздуха.
а) Расчет по разности энтальпий:
Gмас = УQобщ / (iв - iп) = 58843,31/(28000-22000)=9,81 кг/с, (4.1)
где iв, iп - энтальпии воздуха в точках П (приточного) и В (внутреннего), кДж/кг (см. табл.4.1).
б) Расчет по разности температур:
Gмас = Qявн / (Св tр) = 58773,46/5000=11,8 кг/с, (4.2)
где Св = 1 кДж/(кг °С) - теплоемкость воздуха.
в) Расчет по разности влагосодержания:
Gмас = УWобщ / (dв - dп) = 0,00254/(6,1-5,8)=8,5 кг/с, (4.3)
где dв, dп - влагосодержание воздуха в точках П и В, г/кг (см. табл. 4.1).
Для дальнейшего расчета принимается максимальный из рассчитанных расходов:
Gмас = 11,8 кг/с
Объемный расход воздуха:
V = Gмас vп = 11,8*0,86=10,148 м3/с =36532,8 м3/ч, (4.4)
где vп = 0,86 м3/кг - удельный объем подаваемого в помещение воздуха.
В рециркуляционных системах необходима подача свежего (наружного) воздуха.
Полную подачу свежего наружного воздуха принимаем 20% Gмас=11,8*0,2=2,36кгс учитывая санитарные нормы:
Gн = Gн чел n =30*1,18*40/3600= 0,39 кг/с, Gн чел =Vн чел* (4.5)
где=1,18кг/м3плотность воздуха, Vн чел = 30м3/с - требуемый обьёмный расход воздуха в помещении на одного человека по сан. нормам [11,табл.3]; n = 40 чел. - число людей в помещении.
Строим точку М - воздух после обработки в камере орошения. Для этого через точку П проводим прямую до пересечения с линией = 90 % по d = const.
Чтобы найти точку С (воздух после смешения), необходимо знать количество Gр. Для его нахождения составим уравнение смешения по линии Н-В (итоговая точка С):
Известно, что:Gн = 2,36 кг/с;
Gобщ=(Gpl+Gн)= 11,8 кг/с;
Тогда:
Gp=Gобщ - Gн; Gp=9,44 кг/с. (4.6) Gp iв+Gн iн=(Gр+Gн)ic; ic=(Gpiв+Gнiн)/(Gр+Gн)=(2,36*60+9,44*28)/(2,36+9,44)=34,4кДж/кг (4.7)
Таблица 4.1 Параметры точек процесса обработки воздуха летом
|
Параметр
|
Узловые точки изменения состояния воздуха
|
|
|
|
П
|
В
|
Н
|
С
|
К
|
|
|
t, °С
|
7,2
|
12
|
29,5
|
15,8
|
5
|
|
|
, %
|
90
|
70
|
48
|
67
|
100
|
|
|
i, кДж/кг
|
22
|
28
|
61,1
|
34,4
|
18
|
|
|
d, г/кг
|
5,8
|
6,1
|
7,8
|
12,2
|
5,7
|
|
|
- Примечание точка М совпадает с точкой П
Тепловые нагрузки на оборудование:
- тепловая нагрузка на камеру орошения:
Qо лет =1,1 (Gр+ Gн) (iс - iм) =1,1*11,8*(34,4-22)=161кВт. (4.8)
- влажностная нагрузка на камеру орошения:
W лет = (Gр + Gн) (dс - dм) = 11,8*(12,2-6)=73,16кг/с. (4.9)
- тепловая нагрузка на калорифер:
Qк лет =(Gр+ Gн) (iп - iм)=0 кВт. (4.10)
4.2 Расчет процессов обработки воздуха для зимнего режима работы
Параметры точек В и Н известны (см. п. 2).
Принимается рабочая разность температур процесса в помещении tр = 5 °С [7, стр. 181]. Из точки В на диаграмме с учетом тепловлажностного коэффициента е, строим процесс в помещении и находим точку П.
Определяется необходимое количество подаваемого воздуха.
а) Расчет по разности энтальпий:
Gмас = Q / (iв - iп) = -12516,973/(30-28)=6,3 кг/с, (4.11)
где iв, iп - энтальпии воздуха в точках В и П, кДж/кг (см. табл. 4.2).
б) Расчет по разности температур:
Gмас = Qявн / (Св tр) = -12586,8/5000=2,52кг/с, (4.12)
где Св = 1 кДж/(кг °С) - теплоемкость воздуха.
в) Расчет по разности влагосодержания:
Gмас = W / (dв - dп) =0,00254/(6,1-5,3)=3,175 кг/с, (4.13)
где dв, dп - влагосодержание воздуха в точках В и П, г/кг (см. табл. 4.2).
Для дальнейшего расчета принимается максимальный расход приточного воздуха:
Gмас = 6,3 кг/с
Объемный расход воздуха:
V=Gмас*vn = 6,3*0,85 *3600 = 19287м3/ч, (4.14)
где vп = 0,85 м3/кг - удельный объем подаваемого в помещение воздуха.
Полная подача свежего воздуха принимаем Gн=1,77кг/с, что больше требуемого по сан-нормам: Gн = Gн чел n = 0,39 кг/с, (4.15)
Графически на I-d диаграмме находим точку окончания обработки воздуха в камере орошения М, она будет лежать на пересечении линии про ходящей через точку П по d = const и линии относительной влажности = 90 %. Точку С находим из теплового баланса (4.7)
ic=(Gpiв+Gнiн)/(Gр+Gн)=(1,77*(-4)+4,53*28)/6,3=19кДж/кг
Таблица 4.2 Параметры точек процесса обработки воздуха зимой
|
Параметр
|
Узловые точки изменения состояния воздуха
|
|
|
В
|
П
|
М
|
Н
|
С
|
К
|
|
|
t, °С
|
12
|
17
|
5,7
|
-8
|
7
|
5,4
|
|
|
, %
|
70
|
46
|
90
|
92
|
80
|
100
|
|
|
i, кДж/кг
|
28
|
30,1
|
19
|
-4
|
19
|
19
|
|
|
d, г/кг
|
6,1
|
5,7
|
5,5
|
1,8
|
5
|
5,8
|
|
|
Тепловые нагрузки.
- тепловая нагрузка на камеру орошения отсутствует:
Qо зим = 0 кВт. (4.16)
- влажностная нагрузка на камеру орошения:
W зим = (Gр + Gн) (dм -dс) = 6,3*(5,5-5)=12,6 кг/с. (4.17)
- тепловая нагрузка на калорифер второго подогрева:
Qк зим = 1,1Gобщ (iп - iм) =1,1*6,3*(30,1-19)=63 кВт. (4.18)
5. Расчет и подбор оборудования СКВ
Предварительно по необходимому расчетному расходу воздуха принимаем прототип кондиционера, на основе которого будет производиться расчет:
Для чего определяем объемную подачу воздуха L=G*3600/1.18=36000м3/ч
Подбираем прототип КТ 40
Основные технические данные:
- подача воздуха 40 тыс. м3/час;
- размеры секции 31451739 мм;
- площадь фронтальная fф = 5,47 м2.
5.1 Расчет камеры орошения
кондиционирование воздух холодильный теплоприток
Задача расчета.
Рассчитать основные параметры камеры орошения и подобрать подходящую камеру орошения по каталогам.
Исходные данные и условия расчета.
Параметры точек процесса обработки воздуха, тепловые и влажностные нагрузки на камеру орошения, а так же расход воздуха (см. п. 4.1).
Расчет.
Летний режим работы.
На I-d диаграмме продолжаем прямую С-М до пересечения с линией = 100 % (т.К). Определяем температуру точки К tк= 50C.
Коэффициент эффективности камеры орошения:
Е = ==0,796 0,8 (5.1)
По рекомендациям [6,стр.229 ] принимаем число рядов форсунок Z = 2, c направлением факелов расположенных по ходу движения воздуха в камере орошения.
скорость воздуха в камере орошения:
wв = =м/с (5.2)
Теоретический коэффициент орошения:
т = 2,95()-0,563 (Lg 1/(1-Е))1,17 = 1,545 кг/кг (5.3)
Коэффициент орошения:
= т x y = 1,262 кг/кг (5.4)
где x = 0,86 y = 0,95 - поправочные коэффициенты.
Расход воды в камере орошения:
W = (Gн + Gр) = 1,262*11,8*3600=53621 кг/ч (5.5)
Температура воды на выходе из камеры орошения:
twк=tk-1=5-1=4°С
Подогрев воды в камере орошения:
t = Qко лет / (W св) =161*3600/(53621*4,19)=2,6 °С (5.6)
где: св = 4,19 кДж/(кг °С) - теплоемкость воды.
Температура воды на входе в камеру орошения:
twн = twк - t = 4-2,6=1,4°С (5.7)
Принимаем плотность размещения форсунок: n' = 18 шт./м2.
Число форсунок:
n = n' F Z =5,47*2*18=196,9198 шт. (5.8)
Производительность одной форсунки:
q = = 53621/198=270,8 кг/ч. (5.9)
Принимаем тангенциальную форсунку У-1 диаметром d = 4 мм
Из уравнения определяем давление воды в системе:
= кг/см2 (5.10)
Это нормальное рабочее давление для камеры орошения, и условие p?2 кг/см2 соблюдается, т.е. параметры для летнего режима работы рассчитаны подходящим образом.
Зимний режим работы (проверочный расчет).
На I-d диаграмме продолжаем прямую С-К до пересечения с линией = 100 % (т.К'). Определяем температуру точки К - tк = 5.40C.
Коэффициент эффективности камеры орошения:
Е = ==0,8 (5.11)
Число рядов форсунок, площадь камеры орошения, плотность размещения форсунок и общее число форсунок принимаем следующие:
Z = 1; F = 5,47 м2; n' = 18 шт/м2; n = 99 шт.
Массовую скорость воздуха в камере орошения определяем как:
wв = =м/с (5.12)
Теоретический коэффициент орошения:
т = 2,95()-0,563 (Lg 1/(1-Е))1,17 = 1,545 кг/кг (5.13)
Коэффициент орошения:
= т x y = 1,262 кг/кг (5.14)
где x = 0,86 y = 0,95 - поправочные коэффициенты.
Расход воды в камере орошения:
W = (Gн + Gр) = 1,262*6,3*3600=28622,16 кг/ч (5.15)
Производительность одной форсунки:
q = = 53621/99=289,1 кг/ч. (5.16)
Принимаем тангенциальную форсунку У-1 диаметром d = 4 мм
Из уравнения определяем давление воды в системе:
= кг/см2 1,24 (5.17)
Это нормальное рабочее давление для камеры орошения, и условие p?2 кг/см2 соблюдается, т.е. параметры и для зимнего режима работы рассчитаны подходящим образом; кроме того, нет необходимости менять диаметр форсунки при смене сезонов.
По каталогам подбираем наиболее близкую из существующих камер орошения: камера марки 04.0010.0 для кондиционера КТ40. Техническая характеристика табл. 5.1.
Таблица 5.1 Характеристика камеры орошения
|
Оросительная часть
|
Условные проходы
|
Сопротивление по воздуху, Па
|
Масса, кг
|
|
|
Количество рядов
|
Общее количество стояков
|
Количество форсунок
|
|
|
|
|
|
|
в стояке
|
всего
|
Dу (1), мм
|
Dу (2), мм
|
|
|
|
|
В ряду
|
всего
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2
|
6
|
12
|
12
|
198
|
100
|
125
|
165
|
1703
|
|
|
Габаритные размеры
|
|
|
А
|
А1
|
А2
|
А3
|
А4
|
Н
|
Н1
|
Н2
|
Н3
|
Н4
|
|
|
1655
|
1625
|
1703
|
1739
|
1860
|
2503
|
2375
|
2551
|
3145
|
2975
|
|
|
5.2 Расчет воздухоподогревателя (калорифера)
Задача расчета. Рассчитать основные параметры воздухоподогревателя (калорифера) и подобрать подходящий по каталогам.
Исходные данные и условия расчета.
Параметры точек процесса обработки воздуха, тепловая нагрузка на калорифер, Qк зим =66,53 кВт -второго подогрева (см. п. 4.2).
Предварительно по необходимой площади базового кондиционера КТ 40 подбираем калорифер 04.1110.0 однометровый, двухрядный.
Основные технические данные:
- суммарная площадь поверхности теплообмена: Fбаз = 55,8 м2;
- суммарное живое сечение прохода воздуха: fвозд = 1,44 м2;
- живое сечение прохода воды одного ВП: fвод = 0,00254 м2. - сопротивление по воздуху 52Па; - габаритные размеры А = 1963 мм, Н = 2040 мм, Н0 = 2000 мм, n = 46 мм; - масса 32 кг.
Принимаем температуру воды на входе в ВП: tw1 =80 °С
Принимаем температуру воды на выходе из ВП: tw2 = 40 °С
Температура воздуха на входе в ВП: tк = 6 °С
Температура воздуха на выходе из ВП: tп = 12 °С
Скорость движения воды:
w = Qвп / (в fтр(сw (tw1 - tw2)) = 66530/(958*0,00254*4,19*(80-40))=0,163м/с (5.18)
где сw = 4,19 кДж/(кг °С) - теплоемкость воды. в = 971,8 кг/м3 - плотность воды;
fтр - площадь живого сечения трубок калорифера для прохода воды.
Массовая скорость движения воздуха:
в = Gв / fвозд = 11,8/1,44=8,194 кг/(м2 с) (5.19)
Коэффициент теплопередачи ВП по [6, табл. 14.5 стр. 224]:
k = 23,7 Вт/(м2 °С)
Необходимую площадь теплопередающей поверхности ВП:
= м2 (5.20)
Использование площади теплопередающей поверхности:
n = (F / Fбаз )100 % = (55,04/55,8)*100 % =98,6% (5.21)
Запас площади составляет 2 %, т.е. предварительно подобранная секция калорифера 04.1110.0 для кондиционера КТ 40 может быть принята к использованию.
5.3 Расчет и подбор фильтра
Задача расчета.
Рассчитать основные параметры процесса фильтрования воздуха и подобрать подходящий для данной установки фильтр по каталогам.
Исходные данные и условия расчета.
Место строительства, количество подаваемого в помещение воздуха (см. п. 4).
Расчет:
Принимается, что помещение расположено в сильно загрязненном индустриальном районе промышленного города, отсюда средняя концентрация пыли в воздухе n1 = 1 г/м3.
Коэффициент эффективности фильтра:
Е = (n1 - n2) / n1 100% = 80 % (5.22)
где n1 = 1 мг/м3 - содержание пыли до очистки; n2 = 0,2 мг/м3 - содержание пыли после очистки.
Кондиционер КТЦ 40 комплектуется фильтром типа КТ (масляный самоочищающийся, эффективность Е = 65-90%).
Фильтры масляные самоочищающиеся КТ предназначены для очистки наружного и рециркуляционного воздуха от средне и мелкозернистой неволокнистой пыли при концентрации пыли до 10 мг/м3. Эффективность фильтров при среднедисперсной пыли 90%, при мелкодисперсной 65%. Принципиальная схема фильтра представлена на рис. 5.1.
Рис. 5.1. Принципиальная схема масляного самоочищающегося фильтра
Фильтр состоит из следующих основных узлов: фильтрующих элементов в виде двух бесконечных металлических сеток, натянутых с помощью натяжного устройства 5 между верхними ведущими и нижними натяжными валами, бака для масла 8, в нижней части которого расположен шнек 7, предназначенный для очистки бака от шлама. В торце бака имеется шламовый колодец. Элеваторное устройство выгребает шлам и через лоток выбрасывает в бачок-шламосборник. Между сетками в баке установлен промыватель 9, который во время работы фильтра колебательным движением создает в верхних слоях масла волну. Масляная волна, направленная перпендикулярно в поверхности сеток, смывает накопившийся на них слой пыли. Для подогрева масла в зимнее время с целью поддержания его постоянной вязкости внутри бака установлен змеевик 6. К змеевику подводится горячая вода или пар. В стойках 3 каркаса фильтра расположены направляющие фильтрующих сеток. С помощью привода 10 сообщается: вращательное движение приводным валам, а следовательно, и фильтрующим сеткам. Первая по ходу воздуха сетка движется со скоростью 16 см/мин, а вторая -- со скоростью 7 см/мин. От привода вращательное движение передается также, шламоудаляющему устройству. Конструкция рычага привода позволяет менять скорость движения фильтрующих сеток, для чего в рычаге предусмотрены четыре отверстия, расположенные на разных расстояниях от центра вращения рычага. Скорость движения сеток выбирают в зависимости от концентрации пыли воздуха. При концентрации пыли, близкой к 10 мг/м3, скорость движения сеток должна быть максимальной. За каждой фильтрующей сеткой по ходу воздуха установлены ограничители 4. При движении сетки из бака происходит накапливание в ней и на ведущих валах масла. Для предотвращения выноса воздушным потоком скапливающегося масла предусмотрены верхние и нижние маслосъемники 2, которые снимают с сеток и валов излишнее масло и возвращают его в бак. До и после фильтра предусмотрены специальные штуцера для подсоединения мановакуумметра, с помощью которого замеряется разность давления воздуха.
Очистка воздуха от пыли осуществляется следующим образом: частички пыли, проходя вместе с воздухом через движущиеся и смоченные маслом фильтрующие сетки, прилипают к ним, а затем во время прохождения через бак смываются и оседают на дне, откуда шламоудаляющим устройством отводятся в шламосборник. Фильтры различаются только количеством секций и приводов.
Периодичность операций по осмотру и текущему ремонту самоочищающихся фильтров Кт приведена далее.
Ежедневно осматривают фильтр для выявления технических повреждении и течи масла.
Ежедневно контролируют сопротивление фильтра по стационарному микроманометру.
Один раз в неделю проверяют работу приводов: уровень вибрации,нагрев подшипников, повышенный шум и т. д. Вибрация и повышенный шум могут быть вызваны выходом из строя подшипников электродвигателей, увеличением зазора в подшипниках редукторов, нарушением центровки электродвигателей и редукторов, ослаблением болтовых соединений и др.
Один раз в месяц проверяют натяжения цепи элеваторного устройства шламового колодца. Натяжение цепи регулируется двумя болтами, установленными в верхней части шламового колодца.
Ежедневно осматривают фильтрующие сетки с проверкой их натяжения между приводными и натяжными валами и при необходимости производят их подтяжку. Подтяжку производят, вращая гаечным ключом S = 14 хвостовики натяжных валов. В процессе работы фильтров сетки вытягиваются. Максимальное вертикальное перемещение натяжных валов составляет 120 мм. Исчерпав этот ход, выбрасывают 10--20 звеньев сетки и снова сшивают ее проволокой диаметром 1,2 мм.
Ежедневно проверяют уровень масла в баке щупом-масломером.
Один раз в неделю проверяют уровень масла в корпусах редукторов. Смазывают трущиеся узлы. При концентрации пыли 0,07--0,15 кг на литр масла сливают масло и промывают бак и сетки. Для слива масла на торец сливной трубки надевают шланг диаметром 32 мм, предварительно соединив его с пустой емкостью. Затем отпускают два болта на 1,5--2 оборота и поворачивают сливную трубу в положение Л3. Перед спуском масла удаляют весь шлам из бака. Бак и фильтрующие панели промывают 10%-ным водным раствором моющих порошков или паст. Раствор разогревают до 70--80° С и заливают в бак, после чего фильтр включают на 3 ч, затем раствор сливают, а сетки и бак промывают струей воды. После промывки бак заполняют маслом.
При повышенном уносе масла очищают лотки верхних маслосъемников. Снимают крышки в верхней части стенок фильтра и проволокой диаметром 6 мм прочищают лотки.
Через 2500 ч работы, но не реже одного раза в год, промывают редукторы керосином и заливают свежее масло до уровня контрольного отверстия.
Капитальный ремонт самоочищающихся фильтров Кт включает демонтаж всех элементов с их ревизией и заменой вышедших из строя и последующая сборка фильтра.
Таблица 5.2 Техническая характеристика фильтра КТ 40
|
Рабочее сечение, м2
|
номинальная производительность по воздуху м3/ч
|
Число электродвигателей
|
Сопротивление, Па
|
Количество заливаемого замасливателя л
|
Е, %
|
Установленная мощность электродвигателей, кВт
|
|
|
6,63
|
|
1
|
100
|
290
|
80
|
1,1
|
|
|
Электродвигатель типа АОЛ2-21-4 n=1400 об/мин
5.3 Подбор водяных насосов
Подбор водяного насоса производится по рассчитанному объемному расходу воды через камеру орошения и через воздухоподогреватели.
Камера орошения - W = 53621 кг/ч=14,895кг/с= 0,015м3/с=53,6 м3/ч
Калорифер первого подогрева - не установлен
Калорифер второго подогрева - W = 1429,2кг/ч=0,397 кг/с= 0,0004 м3/с=1,43 м3/ч Для подачи воды принимаем насосы, основные технические характеристики которых, приводим в таблице 5.3.
Таблица 5.3 Техническая характеристика насосов
|
Параметр
|
Камера орошения
|
Калорифер второго подогрева
|
|
|
Марка
|
4К-90/20а(4К-18а)
|
1,5К-8/19б(1,5К-6б)
|
|
|
Диаметр рабочего колеса
|
136
|
105
|
|
|
Производительность
|
65 м3/ч 18л/с
|
9,4м3/ч 2,6 л/с
|
|
|
Напор
|
185кПа
|
116 кПа
|
|
|
К.п.д.
|
78%
|
49%
|
|
|
Мощность на валу насоса
|
4,5кВт
|
0,6 кВт
|
|
|
6. Расчет воздуховодов и подбор вентилятора
6.1 Расчет воздухораспределения в помещении
Задача расчета.
Принять и рассчитать схему воздухораспределения в помещении по допустимой скорости подаваемого воздуха. Произвести аэродинамический расчет воздуховодов, подсчитать потери напора на участках воздушной сети.
Исходные данные и условия расчета.
Размеры помещения (см. исходные данные), количество подаваемого воздуха (см.п.6), допустимая скорость подаваемого воздуха на поверхности объекта кондиционирования l = 0,25 м/с (по условиям комфортного кондиционирования).
Объемный расход воздуха: L = 36000 м3/ч=10 м3/с;
Размеры помещения: 18245 м;
Параметры воздуха в помещении: 12 °С;
Рабочая разность температур: Дt = 5°С.
Расчет:
Расчет производится по методике изложенной в [4], [9], [10].
Принимаем распределение воздуха в верхнюю зону через два воздухораспределителя постоянного статического давления круглого сечения. Вытяжку проектируем из нижней зоны через пристенные и приколонные тумбочки, снабженные регулируемыми решетками. На рисунке 6.1 и 6.2 изображена схема воздухораспределения и схема подачи воздуха в помещение.
Принимаем длину воздухораспределителя L=22м; количество отверстий n=12шт; Расчетные участки разбиваем в направлении, обратном движению воздуха. Чтобы получить возможно больший угол истечения струи из отверстий а, необходимо, задаваться относительно небольшими скоростями в воздуховоде. Примем vK=3 м/сек. Потери давления на местные сопротивления проходу воздуха при делении потоков ввиду их малой величины не учитываем. Для упрощения расчета будем считать, что деление потоков происходит в центре отверстий. Линейные удельные потери давления принимаем не по средней скорости vср, а по скорости в начале каждого участка Vк Так как Vн>Vср , то мы компенсируем не учитываемые потери давления при делении потоков.
Расстояние между осями первого и последнего отверстия l=L/n=22/12=1,83м;
Расход воздуха в каждом отверстии: L0=L/(2*12)=10/24=0,416м3/с
где 2- количество воздуховодов, 12- количество отверстий. Сечение 0-0 Динамическое давление в конце воздуховода:
Скорость воздуха в сечении: (6.3) Число Рейнольдса Re = в dэ / н (6.4)
Определяем величину коэффициента трения на участке по формуле:
= 0,11(k/dвн+64/Re)0,25 для Re > 100000 (6.5)
= 1/(1,82 lg Re-1.64)2 для Re < 100000
Падение давления на участке, вызванное трением:
Ртр = (L / dэ) (wв2 / 2), Па (6.6)
где L - длина данного участка воздуховода, м;
= 1,18 кг/м3 - плотность воздуха.
Углы наклона струй: в первом ответвлении
tg=6/3,8=1,5789 =57 (6.7)
tg=6/3=2 =64 (6.8)
среднее значение =60
Определяем коэффициент расхода =0,591 [10] в зависимости от расхода воздуха и угла ответвления.
Находим статическое давление
кг/м2 (6.9)
где принимаем 6м/с статическая скорость.
Находим площади отверстий: (6.10)
Требуемое давление в воздухораспределителе:
H=Hст+Hд=2,49+0,91=3,4кг/м2
с учётогм 25% H= 3.4*0.25+3.4=4.25кг/м2
Результаты расчётов сводим в таблицу 6.1.
Далее проведём расчёт местных потерь по давлению, для чего разбиваем линию воздуховодов на участки
Падение давления на участке, вызванное местными сопротивлениями:
Рм = (wв2 / 2), Па (6.11)
где - коэффициент местного сопротивления участка, зависящий от наличия и типа местных сопротивлений. (таб. 6.2)
Принимаем воздуховод сечением 800*600мм F=0,48м2; dэкв=600мм. таблица 7.10 [4 стр 181]
Принимаем длину воздуховодов между первым и вторым участком 4,5м и между участком 2 и кондиционером 6м.
Скорость в воздуховоде после кондиционера:
(6.12)
Местные потери на участке 2 равны нолю, так как при наличии одинаковых сечений ветвей это не вызовет невязки в них. Местные потери на участке 1 и 3 (потери в колене и при внезапном расширении)
=10,415м/с
1,1*10,4152*1,18/2+0,8*10,4152*1,18/2=121Па=12,1кг/м2
т.к. две линии =2*12,1=24,2кг/м2 (6.13)
Рассчитаем воздуховод ведущий на рециркуляцию: Принимаем воздуховод сечением 800*600мм F=0,48м2; dэкв=600мм. таблица 7.10 [4 стр 181] Вход в отверстие с закруглёнными краями
Расход воздуха в воздуховоде:
L=G/=9,44/1,18=8м/с (6.14)
Скорость в воздуховоде:
(6.15)
Потеря при входе в отверстие:
=0,12*16,72*1,18/2=19,75Па (6.16)
Потери через 2 колена:
2*=1,1*16,72*1,18=181Па (6.17)
Рассчитаем воздуховод наружного воздуха: Принимаем воздуховод сечением 800*600мм F=0,48м2; dэкв=600мм. таблица 7.10 [4 стр 181] Вход в отверстие с закруглёнными краями
Расход воздуха в воздуховоде:
L=G/=2,36/1,18=2м/с (6.18)
Скорость в воздуховоде:
(6.19)
Потеря при входе в отверстие:
=0,12*4,172*1,18/2=1,23Па (6.20)
Потери через 2 колена:
2*=1,1*4,172*1,18=22,6Па (6.21)
Таблица 6.1
|
№ п/п
|
Hд
|
, м/с
|
d м
|
Re
|
|
Hтр кг/м2
|
L
|
|
|
0-0
|
0,551
|
3
|
0,42
|
8400
|
0,033
|
0.07635
|
0.416
|
|
|
1-1
|
0,62735
|
3,2
|
0,5755
|
39288
|
0,022
|
0.0425
|
0.832
|
|
|
2-2
|
0,66987
|
3,3
|
0,694
|
50384,4
|
0,021
|
0.03558
|
1.248
|
|
|
3-3
|
0,705
|
3,39
|
0,79
|
60525
|
0,02
|
0.0314
|
1.664
|
|
|
4-4
|
0,7364
|
3,47
|
0,874
|
70158,3
|
0,0194
|
0.02886
|
2.08
|
|
|
5-5
|
0,76526
|
3,53
|
0,9
|
74765,4
|
0,0191
|
0.0286
|
2.496
|
|
|
6-6
|
0,7939
|
3,6
|
1,03
|
89029
|
0,0184
|
0.025
|
2.912
|
|
|
7-7
|
0,819
|
3,66
|
1,076
|
96091
|
0,018
|
0.02436
|
3.328
|
|
|
8-8
|
0,843
|
3,7
|
1,13
|
103131
|
0,017,8
|
0.02335
|
3.744
|
|
|
9-9
|
0,8664
|
3,75
|
1,19
|
111562,5
|
0,0174
|
0.02169
|
4.16
|
|
|
10-10
|
0,869
|
3,765
|
1,24
|
117182
|
0,0173
|
0.02145
|
4.576
|
|
|
11-11
|
0,89
|
3,8
|
1,29
|
124184
|
0,017
|
0.0205
|
4.992
|
|
|
Таблица 6.2 Местные сопротивления в воздуховодах
|
Местное сопротивление
|
|
|
|
Тройник под углом 900
|
0
|
|
|
Прямое колено под углом 900
|
1,1
|
|
|
Внезапное расширение
|
0,8
|
|
|
Вход в отверстие с закруглёнными краями
|
0,12
|
|
|
Аналогично рассчитываются сопротивления смесительных блоков и камер обслуживания кондиционера.
смесительная камера: 0,4 Па
одна камера обслуживания: 0,4 Па
6.3 Подбор вентилятора
Задача расчета.
Рассчитать основные параметры вентилятора и подобрать из существующих по каталогам.
Исходные данные и условия расчета.
Количество подаваемого воздуха (см. п. 4), потери напора на участках воздушной сети и кондиционера (см. п. 6.2, табл. 6.1).
Расчет: Суммарные потери напора в элементах кондиционера составят:
Р = (Ртр + Рм) Р = 748,4 Па
По необходимому напору и производительности подбираем вентиляторный агрегат для кондиционера КТ40.
Техническая характеристика вентиляторной установки:
· Вентилятор Ц4-70 № 10
· Частота вращения 720 об/мин
· Производительность18000м3/ч
· Напор 785Па
· КПД 75%
7. Расчет холодильной установки и подбор холодильного оборудования
Задача расчета.
Рассчитать и подобрать холодильную машину для охлаждения воды в камере орошения в летний период.
Исходные данные и условия расчета.
Расчетная наружная летняя температура: tнл = 29,5°С
Тепловая нагрузка на камеру орошения: Qко = 161 кВт
Расход воды в камере орошения: W = 53621 кг/ч
Температура воды на выходе из камеры орошения: twк = 4 °С
Подогрев воды в камере орошения: tw = 2,6 °С
Температура воды на входе в камеру орошения: twн = 1,4°С
7.1 Расчет цикла холодильной машины
Задаемся холодильным агентом: фреоном - R22, т. к. при возможной утечке в испарителе аммиачной системы аммиак будет растворяться в воде, идущей в камеру орошения и попадать в подаваемый в кондиционируемое помещение воздух, что недопустимо.
Для принятия решения о количестве ступеней сжатия холодильной установки необходимо рассчитать отношение давлений кипения и конденсации хладагента. Примем температуру кипения из условия не замерзания воды в трубках испарителя to = 0 °C.
Для определения температуры конденсации предварительно примем тип конденсатора. Выбираем конденсатор с воздушным охлаждением как более простой, легкий, удобный в монтаже, эксплуатации и обслуживании и соответствующий современным требованиям экологической безопасности. Температура конденсации: tк = tнл + 10,5 °С = 40 °С.
Температура кипения to = 0 °C
Температура конденсации tк = 40 °C
Давление кипения Po = 0,5 МПа
Давление конденсации Pк = 1,5 МПа
Отношение давлений Pк/Po = 3
Принимается схема холодильной установки с одноступенчатым сжатием ( < 8).
Принципиальная схема холодильной машины и теоретический цикл работы холодильной машины приводятся на рис. 7.1.
Для постройки теоретического цикла работы холодильной машины в тепловой диаграмме принимаем температуру перегрева пара на всасывании в компрессор tпер=20°С.
Определим параметры состояния рабочего тела в узловых точках цикла. При этом точка 4 находится из теплового баланса РТО: I4 = i3 - (i1 - i1'), кДж/кг, (7.1)
Параметры состояния хладагента в узловых точках цикла приводятся в таблице 7.1.
Таблица 7.1
|
Параметр
|
Узловые точки цикла
|
|
|
1
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
|
P, Мпа
|
0,5
|
0,5
|
1,5
|
1,5
|
1,5
|
0,5
|
|
|
t, °С
|
0
|
20
|
80
|
40
|
30
|
0
|
|
|
i, кДж/кг
|
605
|
620
|
652
|
450
|
438
|
438
|
|
|
, м3/кг
|
0,05
|
0,055
|
0,022
|
|
|
|
|
|
- Удельная массовую холодопроизводительность
- qo = i1 - i5=620-438=182 ,кДж/кг (7.2)
- Удельная объемную холодопроизводительность
- qv = qo / 1=182/0,055=3309 ,кДж/м3 (7.3)
- Работа сжатия цикла l = i2 - i1 =652-620=32,кДж/кг (7.4) Холодильный коэффициент = qo / l=182/32=5,7 (7.5)
7.2 Расчет и подбор оборудования холодильной установки
7.2.1 Расчет и подбор компрессоров
Тепловой расчет компрессора В процессе расчета определяем: G - массовый расход хладагента, кг/с; Vд - действительный объем пара, всасываемый компрессором, м3/с; - коэффициент подачи; Vh - объем, описываемый поршнями компрессора м3/с; Nа - адиабатную мощность компрессора, кВт; i - индикаторный к.п.д. компрессора. Массовый расход хладагента
G = Qко / q0=161/182=0,885 ,кг/с (7.6)
где Qко - тепловая нагрузка на камеру орошения, кВт
Действительный объем пара, всасываемый компрессором
=0,885*0,055=0,049, м3/ с (7.7) Коэффициент подачи
(7.8)
где пл = 0,97 - коэффициент, учитывающий неплотности; с = 4 % - относительная величина мертвого пространства; Po = 0,005 МПа - депрессия во всасывающих клапанах; Pк = 0,01 МПа - депрессия в нагнетательных клапанах.
= 0,77 Объем, описываемый поршнями компрессора
=0,049/0,77=0,064, м3/с (7.9)
По получению значению Vh подбираются серийно выпускаемый поршневой компрессора марки А110-7-0 с двигателем на 1470 об/мин и Vhк = 0,0836 м3/с.
Разница теоретической и реальной подач:
n = (Vhк - Vh) / Vhк 100 % = 100(0,0836-0,064)/0,0836=23,4 (7.10)
Действительный массовый расход агента
G = Vhк / v1 =0,0836*0,77/0,55=1,17кг/с (7.11)
Холодопроизводительность компрессора:
Qo = G qo =1,17*182=213 кВт (7.12)
Адиабатная мощность:
Na = G l =1,17*32=37,44 кВт (7.13)
Техническая характеристика компрессора А110-7-0 приводится в таблице 7.2.
Таблица 7.2 Техническая характеристика компрессора А110-7-0
|
Параметр
|
Размерность
|
Величина
|
Примечание
|
|
|
Хладагент
|
|
R22
|
|
|
|
Количество цилиндров
|
Шт.
|
4
|
|
|
|
Диаметр цилиндра
|
Мм
|
115
|
|
|
|
Ход поршня
|
Мм
|
82
|
|
|
|
Частота вращения
|
Об/мин
|
1470
|
|
|
|
Объем, описанный поршнями
|
м3/ч
|
0,0836
|
|
|
|
7.2.2 Определение мощности электродвигателя
Индикаторный к.п.д. компрессора:
(7.14)
i = 0,88
где b = 0,001 - коэффициент, определяемый типом компрессора; W = To /Tm - коэффициент подогрева.
Индикаторная мощность компрессора в расчетном режиме
=37,44/0,88=42,55 , кВт (7.15)
Мощность трения:
Nтр = Vh Piтр =0,0836*40=3,344, кВт (7.16)
где: Рiтр = 40 кПа - среднее индикаторное давление трения для R22. Эффективная мощность в расчетном режиме
=42,55+3,344=45,9, кВт (7.17)
Механический КПД компрессора:
=42,55/45,9=0,93 (7.18)
Мощность электродвигателя:
=45,9 кВт (7.19)
где п = 1 - КПД передаточного устройства (для эластичной муфты).
Принимается трехфазный асинхронный короткозамкнутый двигатель серии АОП2-82-4 (синхронная частота вращения n = 24,5 об/с, мощность N = 55 кВт).
Техническая характеристика электродвигателя АОП2-82-4приводится в таблице 7.3.
Таблица 7.3 Техническая характеристика электродвигателя АОП2-82-4
|
Параметр
|
Размерность
|
Величина
|
Примечание
|
|
|
Синхронная частота вращения
|
об/мин
|
1470
|
|
|
|
Мощность
|
кВт
|
55
|
|
|
|
Рабочая частота тока в сети
|
Гц
|
50
|
|
|
|
7.2.3 Расчет и подбор конденсатора
Тепловая нагрузка на КД:
Qкд = G q =0,885*(652-450)=178,77кВт (7.20)
где q кДж/кг - удельная тепловая нагрузка на конденсатор.
Температура воздуха на входе: tв1 = 29,5 °С
Подогрев воздуха (принимается): tв = 10 °С
Температура воздуха на выходе:
tв2 = tв1 + tв = 39,5 °С (7.21)
Средняя температура воздуха:
tвср = (tв1 + tв2) / 2= (29,5+39,5)/2=34,5 °С (7.22)
Среднеарифметическая разность температур:
tср = tк - tвср = 40-34,5=5,5°С (7.23)
Коэффициент теплопередачи КД:
k = 35 Вт/(м2 °С)
Удельный тепловой поток:
qкд = k tср =35*5,5=192,5 Вт/м2 (7.24)
Площадь теплопередающей поверхности:
F = Qкд / qкд =178,77/192,5=928,7 м2 (7.25)
Необходимая подача воздуха:
Vp = Qкд / (в i) =178,77/(1,18*(75-61,1))=10,9 м3/с, (7.26)
где в = 1,18 кг/м3 - плотность воздуха на выходе из КД;
i кДж/кг - разность энтальпий входящего и выходящего воздуха (находим по I-d диаграмме влажного воздуха).
По необходимой площади теплопередающей поверхности подбираем 1 воздушный конденсатор фирмы «Fincoil» марки 08М площадью 1130 м2.
Проверяем по подаче воздуха: подача вентиляторов конденсатора 22,6 м3/с. Техническая характеристика воздушного конденсатора приводится в таблице 7.4.
Таблица 7.4 Техническая характеристика конденсатора 08М
|
Параметр
|
Усл. обозн.
|
Ед. изм.
|
|
|
|
Тип
|
|
|
Воздушного охлаждения
|
|
|
Теплопередающая поверхность
|
F
|
м2
|
1130
|
|
|
Тип вентилятора
|
|
|
Осевой
|
|
|
Количество вентиляторов
|
z
|
шт
|
5
|
|
|
Суммарная мощность двигателей вентиляторов
|
N
|
кВт
|
2,5
|
|
|
Частота вращения вентиляторов
|
n
|
об/с
|
450
|
|
|
Расход воздуха
|
G
|
м3 / ч
|
81360
|
|
|
7.2.4 Расчет и подбор испарителя
Принимается горизонтальный кожухотрубный испаритель с внутритрубным кипением хладона типа ИТВР.
Исходные данные.
Расход воды в камере орошения: W = 53621 кг/ч
Температура воды на выходе из камеры орошения: twк = 4 °С
Подогрев воды в камере орошения: tw = 2,6 °С
Температура воды на входе в камеру орошения: twн = 1,4°С
Тепловая нагрузка в испарителе: Qи = Qо =195,39кВт
Начальная температура воды (на входе в испаритель): tw1 = 4 °С
Конечная температура воды (на выходе из испарителя): tw2 = 1,4 °С
Расчет.
Средняя температура воды:
twср = (tw1 + tw2)/2 =(4+1,4)/2=2,7 °С (7.27)
Среднеарифметическая разность температур в испарителе:
tср = twср- t0 = 2,7 °С (7.28)
Принимается коэффициент теплопередачи испарителя: k = 700 Вт/(м2 °С)
Удельный тепловой поток:
qи = k tср =700*2,7=1890 Вт/м2 (7.29)
Площадь теплопередающей поверхности:
F = Qи / qи =195,39/1890=103,4 м2 (7.30)
По необходимой площади теплопередающей поверхности подбираем 2 испарителя марки ИТВР-50,0. Техническая характеристика воздушного конденсатора приводится в таблице 7.6.
Таблица 7.6 Техническая характеристика испарителя ИТВР-50,0
|
Параметр
|
Усл. обозн.
|
Ед. изм.
|
|
|
|
Тип
|
|
|
Горизонтальный кожухотрубный
|
|
|
Теплопередающая поверхность
|
F
|
м2
|
50
|
|
|
Число труб
|
n
|
шт.
|
282
|
|
|
Длина труб
|
l
|
мм
|
2000
|
|
|
Количество ходов
|
z
|
|
12
|
|
|
Емкость по хладагенту
|
V
|
м3
|
|
|
|
Диаметр обечайки
|
D
|
мм
|
530
|
|
|
Габаритные размеры
|
|
мм
|
2500530
|
|
|
Емкость по хладагенту
|
|
м3
|
0,0412
|
|
|
Масса
|
|
кг
|
1800
|
|
|
7.2.5 Расчет и подбор регенеративного теплообменника
Тепловой поток в РТО:
Qрто = G qрто =0,885*(450-438)=10,62 кВт (7.31)
Температура входящего жидкого агента: tаж1 = 40 °С
Температура выходящего жидкого агента: tаж2 = 30 °С
Средняя температура жидкого агента: tаж ср = (tаж1 + tаж2)/2 = (40+30)/2=35 °С (7.32) Температура входящего газообразного агента: tаг1 = 0 °С
Температура выходящего газообразного агента: tаг2 = 20 °С
Средняя температура газообразного агента:
tаг ср = (tаг1 + tаг2)/ 2 =(0+20)/2=10 °С (7.33)
Средняя разность температур в РТО:
tср = tаж ср - tаг ср =35-10=25°С (7.34)
Коэффициент теплопередачи РТО: k = 250 Вт/(м2 °С)
Удельный тепловой поток:
qвн = k tср =250*25=6250 Вт/м2 (7.35)
Площадь теплопередающей поверхности:
F = Qкд / qвн =10,62/6250=1,699 м2 (7.36)
По необходимой площади теплопередающей поверхности подбираем регенеративный теплообменник марки МТВФ22-125.
Техническая характеристика регенеративного теплообменника МТВФ22-125 приводится в таблице 7.7.
Таблица 7.7 Техническая характеристика регенеративного теплообменника МТВФ22-125
|
Параметр
|
Усл. обозн.
|
Ед. изм.
|
|
|
|
Тип
|
|
|
Вертикальный
|
|
|
Теплопередающая поверхность
|
F
|
м2
|
2
|
|
|
Габаритные размеры
|
|
мм
|
2803301120
|
|
|
Масса
|
|
кг
|
50
|
|
|
Целью данного курсового проекта была задача - спроектировать систему кондиционирования воздуха для заданного помещения. Исходя из поставленных условий было принято кондиционируемое помещение - цех предприятия по выпуску колбас.
По климатологическим справочникам были взяты параметры наружного воздуха для города в котором находится предприятие, а из рекомендаций по комфортному кондиционированию были выбраны параметры внутреннего воздуха, исходя из санитарных норм. Были произведены расчеты теплопритоков и влагопритоков через ограждение в помещение. На основе этих расчетов было определено тепловлажностное отношение для летнего и зимнего периодов времени года. Исходя из полученных результатов были произведены расчеты процессов обработки воздуха и подобрано следующее оборудование системы кондиционирования воздуха:
калорифер 2-го подогрева
камера орошения
фильтр
вентиляторная установка
Далее производился расчет воздухораспределения в помещении и воздуховодов.
Для охлаждения воды циркулирующей в камере орошения в летний период было подобрана холодильная установка и расчитаны холодильные машины входящие в нее:
поршневой компрессор
воздушный конденсатор
испаритель
регенеративный теплообменник
- водяной насос.
Марки и технические характеристики приведены выше.
В ходе данной работы была спроектирована система кондиционирования воздуха и приобретены навыки в проектировании СКВ, а также закреплены знания ранее полученные в ходе изучения дисциплины”Системы вентиляции и кондиционирования воздуха''.
Список использованной литературы
Бражников А.М., Малова Н.Д. Расчеты систем кондиционирования воздуха на предприятиях мясной и молочной промышленности. -М.: Агропромиздат, 1985. - 231 с.
Захаров Ю.В. Судовые установки кондиционирования воздуха и холодильные машины. - Л.: Судостроение, 1979. - 584 с.
Захаров Ю.В., Андреев Л.М. Оборудование судовых систем кондиционирования. -Л.: 1971. -319 с.
Меклер В.Я., Овчиников П.А., Агафонов Е.П. Вентиляция и кондиционирование воздуха на машиностроительных заводах: Справочник -М.: Машиностроение, 1980. - 336 с.
Петров Ю.С. Вентиляция и кондиционирование воздуха: Учебник. - Л.: Судостроение, 1984. - 160 с.
Свердлов Г.З., Явнель Б.К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха: Учеб. пособие. - 2-е изд., перераб. -М.: Пищевая промышленность, 1978. - 264 с.
Явнель Б.К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха: Учебное пособие. 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Агропромиздат, 1989. - 223 с.
Свердлов Г.З., Явнель Б.К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных уста новок и систем кондиционирования воздуха.: Учеб.пособие. - М.: Пищевая промышленность, 1972. - 384 с.
Меклер В.Я., Овчинников П.Я. Промышленная вентиляция и кондиционирование воздуха.: Учебник. - М.: Стройиздат, 1978. - 312 с.
Пеклов А.А., Степанова Т.А. Кондиционирование воздуха.: Учебное пособие. - К.: Вища школа, 1978. - 328 с.
Тарабарин И.В. Судовые установки кондиционирования воздуха.: Учебное пособие. - М.: Транспорт, 1964, - 164 с.
12. Балыкова Л. И.,Фирюлин А. М. Вентиляция и кондиционирование воздуха : Методи ческие указания.-П.К. КГТУ, 1999. - 27с.
