122957 (Выбор и обоснование типа систем кондиционирования воздуха), страница 3

В теплый период года расход теплоты во втором воздухонагревателе, Вт

Q^т_ВН2 = G(J_п΄ - J_о)·0,278, (25)

где J_п΄ - удельная энтальпия воздуха на выходе из второго воздухонагревателя, кДж/кг;

J_о - удельная энтальпия воздуха на входе во второй воздухонагреватель, кДж/кг.

Q^т_ВН2 = 14493,6 (38 – 32,2)·0,278 = 23369,5 Вт

Расход холода для осуществления процесса охлаждения и осушки, Вт, определяем по формуле

Q_охл = G(J_с - J_о)·0,278,(26)

где J_с -удельная энтальпия воздуха на входе в оросительную камеру, кДж/кг;

J_о - удельная энтальпия воздуха на выходе из оросительной камеры, кДж/кг.

Q_охл = 14493,6 (56,7 – 32,2)·0,278 = 47216 Вт

Количество сконденсировавшейся на воздухе влаги, кг/ч

W_К = G(d_с - d_о)·10^-3 ,(27)

гдеd_с – влагосодержание воздуха на входе в оросительную камеру, г/кг;

d_о - влагосодержание воздуха на выходе из оросительной камеры, г/кг.

W_К = 14493,6 (11,5 – 8)·10^-3 = 50,7 кг/ч

В холодный период года расход теплоты в первом воздухонагревателе, Вт

Q^х_ВН1= G(J_к- J_н)·0,278,

гдеJ_к – удельная энтальпия воздуха на выходе из первого воздухонагревателя, кДж/кг;

J_н - удельная энтальпия воздуха на входе в первый воздухонагреватель, кДж/кг.

Q^х_ВН1= 14493,6 (30- (-16,3))·0,278=18655,3 Вт

Расход теплоты в холодный период года во втором воздухонагревателе, Вт

Q^х_ВН2 = G(J_п - J_о)·0,278,(28)

гдеJ_п – удельная энтальпия воздуха на выходе из второго воздухонагревателя в холодный период года, кДж/кг;

J_о -удельная энтальпия воздуха на входе во второй воздухонагреватель в холодный период года, кДж/кг.

Q^х_ВН2 = 14493,6 (38,6 – 37)·0,278 = 6447 Вт

Расход воды на увлажнение воздуха в оросительной камере (на подпитку оросительной камеры), кг/ч

W_П = G(d_о – d_с)·10^-3(29)

W_П = 14493,6 (9,2 – 4,8)·10^-3 = 63,8 кг/ч.

3.7 Выбор марки кондиционера и его компоновка

Кондиционеры марки КТЦЗ могут работать в двух режимах производительности по воздуху:

- в режиме номинальной производительности

- в режиме максимальной производительности

Кондиционеры марки КТЦЗ изготавливают только по базовым схемам компоновки оборудования или с их модификациями, образующимися путем доукомплектования необходимым оборудованием, замены одного оборудования другим или исключения отдельных видов оборудования.

Индекс кондиционера марки КТЦЗ определяют с учетом полной объемной производительности.

L·1,25 = 12078·1,25 = 15097,5 м³/ч

Выбираем кондиционер марки КТЦЗ – 20.

3.8 Расчеты и подбор элементов кондиционера

3.8.1 Расчет камеры орошения

Расчет ОКФЗ производим по методике ВНИИКондиционер.

а) теплый период

Определяем объемную производительность СКВ

L =12078м³/ч

Принимаем оросительную камеру типа ОКФЗ – 10, индекс 01,

исполнение 1, общее число форсунок n_ф = 18 шт.

Определяем коэффициент адиабатной эффективности процесса с учетом характеристик луча процесса камеры по формуле

Е_а = ( J₁ – J₂ )/( J₁ – J_пр ),(30)

где J₁, J₂ – энтальпия воздуха на входе, на выходе из камеры, соответственно,

кДж/кг;

J_пр -энтальпия предельного состояния воздухана J-d диаграмме,

кДж/кг.

Е_а = ( 56,7 – 32,2 )/( 56,7 – 21 ) = 0,686

Коэффициент орошения определяем из графической зависимости Е_а=f(μ).

Также графическим путем по значению μ находим численное значение коэф-

фициента приведенной энтальпийной эффективности Е_п.

μ = 1,22

Е_п = 0,42

Определяем относительный перепад температур воздуха

Θ = 0,33·с_w·μ·(1/ Е_п – 1/ Е_а) (31)

Θ = 0,33·4,19·1,22·(1/ 0,42 – 1/ 0,686) = 1,586

Вычисляем начальную температуру воды в камере

t_w1 = t_{в пр} -Θ(J₁ – J₂)/ с_w·μ, (32)

где t_{в пр} – предельная температура воздуха, °С.

t_w1 = 6,5 -1,586(56,7 – 32,2)/ 4,19·1,22 =3,32 °С

Рассчитываем конечную температуру воды (на выходе из камеры) по формуле

t_w2 = t_w1 + (J₁ – J₂)/ с_w·μ(33)

t_w2 = 1,32 + (56,7 – 32,2)/ 4,19·1,22 =9,11 °С

Определяем расход разбрызгиваемой воды

G_w = μ·G(34)

G_w = 1,22·14493,6 = 17682,2 кг/ч (~17,7 м³/ч)

Вычисляем расход воды через форсунку (производительность форсунки)

g_ф = G_w/n_ф (35)

g_ф = 17682,2 /42 = 421 кг/ч

Необходимое давление воды перед форсункой определяем по формуле

ΔР_ф = (g_ф/93,4)^1/0,49 (36)

ΔР_ф = (421/93,4)^1/0,49 = 21,6 кПа

Устойчивая работа форсунок соответствует 20 кПа ≤ ΔР_ф ≤ 300кПа. Условие выполняется.

Расход холодной воды от холодильной станции определяют по формуле

G_wх = Q_хол/ с_w(t_w1 - t_w2)(37)

G_wх = 47216/ 4,19(9,11 – 3,32) = 4935,8 кг/ч (~4,9м³/ч).

б) холодный период

В этот период года ОКФЗ работает в режиме адиабатического увлажнения воздуха.

Определяем коэффициент эффективности теплообмена по формуле

Е_а = ( t₁ – t₂ )/( t₁ – t_м1 )(38)

Е_а = ( 25 – 14,2 )/( 25 –13,1 ) = 0,908

Коэффициент орошения определяем из графической зависимости Е_а=f(μ).

Также графическим путем по значению μ находим численное значение коэф-

фициента приведенной энтальпийной эффективности Е_п.

μ = 1,85

Е_п = 0,57

Вычисляем расход разбрызгиваемой воды по формуле (34)

G_w = 1,85·14493,6 = 26813,2 кг/ч (~26,8 м³/ч)

Определяем производительность форсунки по формуле (35)

g_ф = 26813,2 /42 = 638 кг/ч

Определяем требуемое давление воды перед форсунками по формуле (36)

ΔР_ф = (638/93,4)^1/0,49 = 50,4 кПа

Вычисляем расход испаряющейся воды в камере по формуле

G_w^исп = G(d_o – d_с)·10^-3(39)

G_w^исп = 14493,6 (9,2 – 4,8)·10^-3 = 63,8 кг/ч

Как видно из расчета, наибольший расход воды (26,8 м³/ч) и наибольшее давление воды перед форсунками (50,4 кПа) соответствуют холодному периоду года. Эти параметры принимаются за расчетные при подборе насоса.

3.8.2 Расчет воздухонагревателей

Расчет воздухонагревателей осуществляют на два периода года: вначале производят расчет на холодный период, затем – на теплый период года.

Также раздельно производят расчет воздухонагревателей первого и второго подогрева.

Целью расчета воздухонагревателей является определение требуемой и располагаемойповерхностей теплопередачи и режима их работы.

При поверочном расчете задаются типом и числом базовых воздухонагревателей, исходя из марки центрального кондиционера, то есть вначале принимают стандартную компоновку, а расчетом ее уточняют.

ВН1

- холодный период

При расчете вычисляют:

- теплоту, необходимую для нагрева воздуха, Вт

Q_воз = 18655,3Вт;

- расход горячей воды, кг/ч:

G_w = 3,6Q_воз/4,19(t_wн – t_wк) = 0,859Q_воз/(t_wн – t_wк) (40)

G_w =0,859·18655,3/(150 – 70) = 200,3 кг/ч;

В зависимости от марки кондиционера выбирают число и тип базовых теплообменников, для которых вычисляют массовую скорость движения воздуха в живом сечении воздухонагревателя, кг/(м²·с):

ρv = G_воз/3600·f_воз,(41)

гдеf_воз – площадь живого сечения для прохода воздуха в воздухонагревателе, м²

ρv = 14493,6 /3600·2,070 = 1,94 кг/(м²·с);

- скорость движения горячей воды по трубам теплообменника, м/с

w = G_w/(ρ_w·f_w·3600), (42)

где ρ_w – плотность воды при ее средней температуре, кг/м³;

f_w – площадь сечения для прохода воды, м².

w = 200,3/(1000·0,00148·3600) = 0,038 м/с.

Принимаем скорость, равную 0,1 м/с

- коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К)

К = а(ρv)^qw^r,(43)

где а, q, r – коэффициенты

К = 28(1,94)^0,4480,1^0,129 = 27,8 Вт/(м²·К);

- среднюю разность температур между теплоносителями:

Δt_ср = (t_wн + t_wк)/2 – (t_н + t_к)/2 (44)

Δt_ср = (150 + 70)/2 – (-18 +28)/2 = 35°С

- требуемую площадь теплообмена, м²

F_тр = Q_воз/(К· Δt_ср) (45)

F_тр = 18655,3/(27,8· 35) = 19,2 м²

При этом необходимо выполнять следующее условие: между располагаемой поверхностьюF_р (предварительно выбранным воздухонагревателем) и требуемой поверхностью F_тр запас поверхности теплообмена не должен превышать 15%

[(F_р - F_тр)/ F_тр]·100≤15%(46)

[(36,8 – 19,2)/ 19,2]·100 = 92%

Условие не выполняется, принимаем воздухонагреватель ВН1 с запасом.

ВН2

а) холодный период

Q_воз = 6447 Вт;

- расход горячей воды, кг/ч, по формуле (40)

G_w =0,859·6447/(150 – 70) = 69,2 кг/ч;

В зависимости от марки кондиционера выбирают число и тип базовых теплообменников, для которых вычисляют массовую скорость движения воздуха в живом сечении воздухонагревателя, кг/(м²·с), по формуле (41) ρv = 14493,6 /3600·2,070 = 1,94 кг/(м²·с);

- скорость движения горячей воды по трубам теплообменника, м/с, по формуле (42)

w = 69,2 /(1000·0,00148·3600) = 0,013 м/с.

Принимаем скорость, равную 0,1 м/с.

- коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К), по формуле (43)

К = 28(1,94)^0,4480,1^0,129 = 27,8 Вт/(м²·К);

- среднюю разность температур между теплоносителями, по формуле (44)

Δt_ср = (150 + 70)/2 – (13,8 +14,2)/2 = 26°С

- требуемую площадь теплообмена, м², по формуле (45)

F_тр = 6447/(27,8· 26) = 8,9 м²

Проверяем условие по формуле (46)

[(36,8 – 8,9)/ 8,9]·100 =313%

Условие не выполняется, принимаем воздухонагреватель ВН2 с запасом.

б) теплый период

По выше предложенным формулам (40)-(46) делаем перерасчет для теплого периода

Q_воз = 23369,5 Вт;

G_w =0,859·23369,5 /(70 – 30) = 501,8 кг/ч

ρv = 14493,6 /3600·2,070 = 1,94 кг/(м²·с);

w = 501,8 /(1000·0,00148·3600) = 0,094 м/с.

Для дальнейших расчетов принимаем скорость, равную 0,1 м/с.

К = 28(1,94)^0,4480,1^0,129 = 27,88 Вт/(м²·К);

Δt_ср = (30 + 70)/2 – (12 +19)/2 = 34,5 °С

F_тр = 23369,5 /(27,88 · 34,5) = 24,3 м²

При этом необходимо выполнять следующее условие: между располагаемой поверхностьюF_р (предварительно выбранным воздухонагревателем) и требуемой поверхностью F_тр запас поверхности теплообмена не должен превышать 15%

[(36,8 – 24,3)/ 24,3]·100 = 51%

Условие не выполняется, принимаем воздухонагреватель ВН2 с запасом.

3.8.3 Подбор воздушных фильтров

Для очистки воздуха от пыли в СКВ включают фильтры, конструктивное решение которых определяется характером этой пыли и требуемой чистотой воздуха.

Выбор воздушного фильтра осуществляют согласно [ 2, кн.2].

Исходя из имеющихся данных выбираем фильтр ФР1-3.

3.8.4 Расчет аэродинамического сопротивления систем кондиционирования воздуха

Полное аэродинамическое сопротивление СКВ находят по формуле

Р_с = ΔР_пк +ΔР_ф +ΔР_в1 +ΔР_ок + ΔР_в2 + ΔР_пр +ΔР_в.в. , (47)

гдеΔР_пк – сопротивление приемного блока, Па

ΔР_пк= Δh_пк ·(L/L_к)^1,95 (48)

(здесь L – расчетная объемная производительность СКВ, м³/ч;

L_к – объемная производительность кондиционера, м³/ч;

Δh_пк – сопротивление блока при номинальной производительности кондиционера (Δh_пк= 24 Па), Па);

ΔР_пк= 24 ·(12078/20000)^1,95 = 8,98 Па;

ΔР_ф – аэродинамическое сопротивление фильтра (при максимальной запыленности фильтра ΔР_ф = 300 Па), Па;

ΔР_в1 – аэродинамическое сопротивление первого воздухонагревателя, Па;