Эффективность системы кондиционирования воздуха



В статье автор рассказывает о различных способах обработки воздуха в системе кондиционирования и их эффективности.

Ключевые слова: кондиционирование, энергоэффективность, i-d диаграмма .

Предметом исследования был взят проект системы кондиционирования воздуха (далее - СКВ) дома культуры на 200 человек, расположенный в городе Курск. Мы рассмотрели несколько вариантов обработки воздуха для выбора наиболее оптимального. В таблице 1 представлен воздушный баланс.

Таблица 1

Период года	Наименование помещения	Объем помещения, м 3	Кратность, ч -1		Воздухообмен
			Приток	Вытяжка	Приток, кг/ч	Система	t П, о С	Удаление, кг/ч	Система	t У, о С
Холодный	Зрительный зал	1365	4,86	4,86	7965	П1	14	7965	В1	22
Теплый			4,86	4,86	7965	П1	17	7965	В1	25

1. Выбор схемы кондиционирования

1.1 Прямоточная схема

В приточной системе обрабатывается только наружный воздух. Существуют следующие схемы обработки воздуха: с адиабатическим охлаждением и увлажнением, с политропическим охлаждением и увлажнение или осушением в камере орошения по традиционной схеме с двумя подогревами или управляемым процессом в камере орошения.

Чтобы подобрать воздухонагреватель нужно выбрать способ увлажнения воздуха. Для увлажнения воздуха применяют контактные аппараты: камеры орошения, сотовые увлажнители и увлажнение паром.

1.1.1 Теплый период. Обработка приточного воздуха при осушении и охлаждении в поверхностном аппарате

Графическая последовательность процессов изображена в Приложении А.

Отложив по линии

перепад температур равный 1°С (нагрев в вентиляторе), получается точка °С.

Из точки проводим луч через точку до пересечения с линией насыщения φ=100%. Луч характеризует управляемый процесс обработки воздуха в поверхностном аппарате. Так как луч не пересекает линию насыщения, то процесс невозможен.

Следовательно, нужно менять исходные данный или ставить калорифер второго подогрева.

1.1.2 Теплый период. Обработка приточного воздуха при осушении и охлаждении в поверхностном аппарате. С калорифером второго подогрева

Построение процессов показано в Приложении В.

Из точки

опускается луч до пересечения с линией φ=91% и ставится точка О. Далее проводится луч из точки до точки О. Луч – Охарактеризует процесс обработки воздуха в поверхностном аппарате. Луч О – характеризует процесс нагрева приточного воздуха в воздухонагревателе. Точка К на пересечении продолжения луча О – с линией насыщения φ=100% определяет температуру воды для поверхностного аппарата . В результате построения получаем на i-d диаграмме параметры характерных точек.

Используя полученные данные, проводится расчет:

— Расход холода, для охлаждения воды в поверхностном аппарате, Вт

,

(1)

Вт.

— Расход воды, сконденсирующейся в поверхностном аппарате, кг/ч

,

(2)

кг/ч.

— Расход тепла на нагревание приточного воздуха после воздухоохладителя в калорифере второго подогрева до температуры притока перед вентилятором, Вт

,

(3)

Вт.

Температура воды для воздухоохладителя должна быть не выше °С.

1.1.3 Холодный период Обработка приточного воздуха при увлажнении в камере орошения. Калорифер второго подогрева

Из точки проводим луч

до пересечения с кривой относительной влажности φ=66% и ставим точку , характеризующую параметры воздуха после камеры орошения. Важно, чтобы была равна или выше +5°С, потому что воздух может замерзнуть. Из точки проводим луч с постоянной энтальпией до пересечения с лучом проведенным из точки . На пересечении лучей ставим точку , характеризующую параметры воздуха на выходе из калорифера первого подогрева (на входе в камеру орошения). Луч – характеризует процесс нагрева приточного воздуха в воздухонагревателе первого подогрева (сухой нагрев) (Приложение Г).

Луч

– характеризует процесс увлажнения и охлаждения приточного воздуха в камере орошения. Луч - характеризует процесс нагрева приточного воздуха в воздухонагревателе второго подогрева (сухой нагрев).

— Расход тепла на нагревание приточного воздуха в воздухонагревателе первого подогрева, Вт

,

(4)

Вт

— Расход тепла на нагревание приточного воздуха в воздухонагревателе второго подогрева

,

(5)

Вт.

— Общий расход теплоты на подготовку приточного воздуха, Вт

,

(6)

Вт

— Расход воды на увлажнение воздуха в камере орошения, г/ч

,

(7)

г/ч

1.1.4 Холодный период Обработка приточного воздуха при увлажнении паром

При увлажнении воздуха паром процесс увлажнения будет проходить с постоянной температурой. Для построения процесса нужно по изотерме провести луч из точки в сторону оси ординат до пересечения с линией постоянного влагосодержания . Полученная точка характеризует состояние воздуха на входе в камеру увлажнения. Процесс нагрева воздуха в поверхностном воздухонагревателе проходит без изменения влагосодержания "сухой нагрев" .

Построение процессов обработки воздуха показан в Приложении Д.

— Расход пара на увлажнение воздуха (производительность парогенератора), г/ч

,

(8)

г/ч

— Расхода тепла на нагревание приточного воздуха в воздухонагревателе, Вт

,

(9)

Вт

— Расход тепла на выработку пара, Вт

,

(10)

Вт

— Общий расход теплоты на подготовку приточного воздуха, Вт

,

(11)

Вт

1.2. Обработка воздуха в центральном кондиционере с частичной рециркуляцией.

Для увеличения энергетической и экономической эффективности СКВ часть воздуха, удаляемого из помещения, подмешивают к приточному, тем самым сохраняют энергию на нагрев зимой или энергию на охлаждение летом, обязательно учитывая нормируемый воздухообмен.

Любой процесс обработки воздуха на i-d диаграмме изображается линией, соединяющей точки, соответствующие состоянию воздуха в начале и в конце процесса. Параметры смеси воздуха могут быть определены аналитическим способом или графически при помощи i-d диаграммы.

Если требуется смешать G ₁ воздуха с параметрами t ₁ , d ₁ ,i ₁ и G ₂ воздуха с параметрами t ₂ ,d ₂ ,i ₂ , то аналитически параметры смеси воздуха G _СМ определяют из уравнения тепловлажностного баланса.

Энтальпия смеси, кДж/кг

,

(12)

Температура смеси, °С

,

(13)

Влагосодержание смеси, г/кг

.

(14)

Остальные параметры точки смеси можно найти построениями по i-d диаграмме. Точка смеси всегда будет ближе к параметрам того воздуха масса которого выше.

1.2.1. Обработка воздуха для теплого периода в центральном кондиционере с частичной рециркуляцией. Охлаждение и осушение поверхностным охладителем

Обработка воздуха в поверхностном аппарате.

Определим параметры точки смеси , °С, по формулам 12, 13, 14. Смешивание делается 50 на 50.

, °С;

, г/кг;

, кДж/кг.

Проводится луч смешивания – соединяются точки и

. Наносится точка , которая будет характеризовать параметры воздуха перед воздухоохладителем.

Из точки проводим луч через точку до пересечения с линией насыщения φ=100%. Получает процесс охлаждение и осушения приточного воздуха поверхностным охладителем (управляемый процесс). Так как луч не пересекает линию насыщения, то процесс невозможен (Приложение Е).

1.2.2. Обработка воздуха для теплого периода в центральном кондиционере с частичной рециркуляцией. Охлаждение и осушение поверхностным охладителем. С калорифером второго подогрева

Исходные данные из п.1.2.1.

Из точки опускается луч до пересечения с линией φ=91% и ставится точка О. Далее проводится луч из точки

до точки О. Луч – Охарактеризует процесс обработки воздуха в поверхностном охладители. Луч О – характеризует процесс нагрева приточного воздуха в воздухонагревателе. Точка К на пересечении продолжения луча О – с линией насыщения φ=100% определяет температуру воды для поверхностного аппарата . В результате построения получаем на i-d диаграмме параметры характерных точек (Приложение Ж).

Используя полученные данные, проводится расчет:

— Расход холода, для охлаждения воды в поверхностном аппарате, Вт

,

(15)

Вт.

— Расход воды сконденсирующейся в поверхностном аппарате, кг/ч

(16)

кг/ч.

— Расход тепла на нагревание приточного воздуха после воздухоохладителя в калорифере второго подогрева до температуры притока перед вентилятором, Вт

(17)

Вт.

Температура воды для воздухоохладителя должна иметь температуру не выше °С.

1.2.3. Обработка воздуха для холодного периода в центральном кондиционере с частичной рециркуляцией. При увлажнении в камере орошения. С калорифером второго подогрева

Построение процесса выполняют в следующем порядке: на i-d диаграмму наносят точки и , характеризующие состояние внутреннего и наружного воздуха, через точку проводят линию луча процесса в помещении

до пересечения с изотермой приточного воздуха и получают точку . Отложив по линии перепад температур равный 1°с (нагрев в вентиляторе), получают точку . На луче процесса ставят точку .

Далее соединяют точки и (процесс смешивания). На линии смеси определяют положение точки характеризующей параметры смеси.

Определим температуру точки смеси , °С, по формуле 13. Смешивание делается 50 на 50.

, °С;

Из построения видно, что если мы примем параметры точки К1 = , то приточный воздух нужно будет увлажнить и подогреть. Рассмотрим положение точки К2. Если принять параметры точки К2, то воздух нужно только нагреть. Это приемлемо. Теперь нужно найти массы смешиваемых частей воздуха. Измерим длины участков – К2 и К2 – . получается соотношение длин 1 к 1,5. Значит наружного воздуха нужна одна часть, рециркуляционного воздуха полторы части. По исходным данным кг/ч G _П =16800 кг/ч, значит количество воздуха, удаляемого из помещения, нужно кг/ч. Вывод: данный процесс не осуществим.

Чтобы решить поставленную задачу нужно наружный воздух вначале нагреть в воздухонагревателе первого подогрева, а уже потом смешивать.

Нагреем наружный воздух до °С в воздухонагревателе первого подогрева и получим точку . Соединим полученную точку с точкой

(процесс смешивания).

Точка смеси будет равна , °С

Из точки проводим луч до пересечения с кривой относительной влажности φ=66% и ставим точку , характеризующую параметры воздуха после камеры орошения. Из точки проводим луч с постоянной энтальпией до пересечения с линией процесса смешивания и ставим точку , характеризующую параметры воздуха после смешения на входе в камеру орошения. Луч –

характеризует процесс обработки воздуха в камере орошения (увлажнение и охлаждение). Далее луч проведенный из точки до точки будет характеризовать процесс нагрева воздуха в воздухонагревателе второго подогрева. Выполним расчеты по полученным параметрам и определим затраты тепла и расход воды для осуществления данных процессов:

— Расход тепла на нагревание приточного воздуха в воздухонагревателе первого подогрева, Вт

(18)

Вт

— Расход тепла на нагревание приточного воздуха в воздухонагревателе второго подогрева

,

(19)

Вт.

— Общий расход теплоты на подготовку приточного воздуха, Вт

,

(20)

Вт

— Расход воды на увлажнение воздуха в камере орошения, г/ч

,

(21)

г/ч

(Приложение И)

1.2.4. Обработка воздуха для холодного периода в центральном кондиционере с частичной рециркуляцией. При увлажнении паром. С калорифером второго подогрева

Исходные данные из п.1.2.3.

Проведем луч до пересечения с кривой относитеьной влажности 89% и определим температуру смеси для данных условий = 1°С.

Нагреем приточный воздух в воздухонагревателе первого подогрева до = –20°С.

Соединим точки и получим процесс смешивания.

Определим параметры точки смеси: температуру, °С; влагосодержание, г/кг; теплосодержание, кДж/кг, смешивание делается 50 на 50.

, °С;

, г/кг;

, кДж/кг.

Увлажним приточный воздух паром (изотермический процесс). Проведем луч из точки по изотерме до пересечения с лучом проведенным из точки получим точку , характеризующую параметры воздуха перед калорифером второго подогрева после увлажнения. Луч из точки , до точки характеризует процесс нагрева воздуха в калорифере второго подогрева (сухой нагрев).

Процесс закончен. (Приложение К).

Выполним расчеты по полученным параметрам и определим затраты тепла и пара для осуществления данных процессов:

— Расход тепла на нагревание приточного воздуха в воздухонагревателе первого подогрева, Вт

,

(22)

Вт

— Расход тепла на нагревание приточного воздуха в воздухонагревателе второго подогрева

,

(23)

Вт.

— Общий расход теплоты на подготовку приточного воздуха, Вт

,

(24)

Вт

— Расход электроэнергии на выработку пара, Вт

,

(25)

Вт

— Расход пара на увлажнение, г/ч

,

(26)

г/ч

1.3. Выбор оптимального варианта

Для того чтобы оценить варианты обработки воздуха и сделать правильный выбор нужно составить таблицу основных показателей по затратам энергоносителей.

Сравним полученные результаты в таблице 2.

Таблица 2

Пункт	Расход тепла ЦК, Вт по периодам		Расход холода ЦК, Вт по периодам		Расход энергии на выработку пара, Вт		Температура воды для обработки воздуха, о С теплый период
	теплый	холодн.	теплый	холодн.	Расход пара, г/ч	Расход эл.энергии Вт
1.1.1	–	–	–	–	–	–	–
1.1.2	8852	–	61184	–	–	–	8,1
1.1.3	–	99642	–	–	–	–	–
1.1.4	–	81928	–	–	25886	17898	–
1.2.1	–	–	–	–	–	–	–
1.2.2	17714	–	104785	–	–	–	9,1
1.2.3	–	68642	–	–	–	–	–
1.2.4	–	62000	–	–	9558	5310	–

В целях снижения стоимости проекта был выбран первый вариант прямоточной системы как самый экономичный.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

ПРИЛОЖЕНИЕ И

ПРИЛОЖЕНИЕ К

Литература:

1. Титов В.П., Сазонов Э.В., Краснов Ю.С., Новожилов В.И. Курсовое и дипломное проектирование по вентиляции гражданских и промышленных зданий - М: Стройиздат, 1985.
2. СНиП 2.01.01.82 «Строительная климатология и геофизика».
3. СНиП 2.04.05.84 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха».