Схемы СКВ с рециркуляцией внутреннего воздуха

Затраты холода и теплоты в системах с рециркуляцией внутреннего воздуха меньше, чем в прямоточных системах. Поэтому если только санитарные нормы допускают рециркуляцию, необходимо ее использовать. Однако системы со 100%-ной рециркуляцией применяют только в специальных сооружениях (газоубежища и т.п.).

В обычных СКВ приточный воздух состоит из смеси наружного воздуха с рециркуляционным. При этом расход наружного воздуха при расчетных наружных условиях ограничивают санитарным минимумом (20 м³/ч на 1 человека), а в переходные периоды (весна, осень) экономически целесообразно расход наружного воздуха увеличить вплоть до 100%.

Потоки наружного и рециркуляционного воздуха в центральных кондиционерах смешиваются, как правило, перед фильтром и воздухонагревателем первого подогрева. Это позволяет очищать от пыли весь обрабатываемый воздух и предохранять воздухонагреватели первого подогрева от загрязнения. Однако в районах с низкой зимней температурой параметры точки смеси могут оказаться в области тумана (ниже кривой = 100%), т.е. из смеси воздуха будет выпадать влага. В этих случаях вначале наружный воздух нагревают в воздухонагревателях первого подогрева, а затем смешивают с рециркуляционным. При осуществлении такой схемы обработки воздуха принимают специальные меры против размораживания воздухонагревателей первого подогрева. [1]

В летний период воздух из помещения рециркуляционным вентилятором (при двухвентиляторной схеме) или вентилятором кондиционера (при одновентиляторной схеме) забирается из кондиционируемого помещения, частично удаляется наружу, а большая часть поступает в камеру (секцию) смешения кондиционера (рисунок 10). Там он смешивается с наружным воздухом, расход которого ограничивают минимально допустимой нормой, после чего смесь воздуха очищается в фильтре, охлаждается и осушается в камере орошения или в поверхностном воздухоохладителе блока тепломассообмена.

Рисунок 10- Система кондиционирования воздуха с частичной рециркуляцией внутреннего воздуха. Структурная схема

 

В установках для помещений с малыми влаговыделениями (например, жилые помещения) и небольшим количеством подмешиваемого наружного воздуха параметры воздуха после воздухоохладителя могут быть близкими к требуемым параметрам приточного воздуха.

В этом случаевоздух после воздухоохладителя без дополнительной обработки подают в кондиционируемое помещение. Именно по такой схеме работают большинство автономных кондиционеров.

Однако в установках для помещений с большими влаговыделениями необходимо подавать приточный воздух, влагосодержание которого значительно меньше, чем в помещении. Для этого смесь наружного и рециркуляционного воздуха охлаждают глубже, чем это требуется для компенсации теплопритоков. Поэтому переохлажденную смесь после воздухоохладителя перед подачей в помещение нагревают до температуры приточного воздуха (с учетом подогрева в вентиляторе). Необходимость в последующем подогреве возникает также при охлаждении воздуха в камерах орошения, из которых воздух выходит с относительной влажностью, близкой к =0,95.

В установках, где весь рециркуляционный воздух смешивается с наружным (схема с первой рециркуляцией), для подогрева воздуха после его охлаждения и осушения используются воздухонагреватели второго подогрева. Преимущество данной схемы заключается в возможности точного регулирования температуры воздуха в помещении, а ее недостаток — в необходимости подогрева воздуха даже в летнее время. Поэтому применяют схему, по которой только часть рециркуляционного воздуха поступает для охлаждения, а остальной рециркуляционный воздух по обводному каналу байпасируется мимо камеры орошения и смешивается с охлажденной первой смесью (схема с первой и второй рециркуляцией). Благодаря этому воздух может быть нагрет до температуры приточного воздуха без использования воздухонагревателя второго подогрева. Преимущество этой схемы заключается в отсутствии посторонних источников для подогрева воздуха, и, следовательно, в ее экономичности, недостаток — в трудности точного поддержания параметров приточного воздуха путем количественного регулирования потоков воздуха створчатыми клапанами. Кроме того, при таком способе нагревания воздуха происходит и его одновременное доувлажнение, что снижает осушающую способность установки. Поэтому применение схем с первой и второй рециркуляцией для помещений с большой нагрузкой по скрытой теплоте (большими влаговыделениями) не может быть рекомендовано.

В зимний период в СКВ е первой рециркуляцией смесь рециркуляционного и наружного воздуха очищается в фильтре, нагревается в воздухонагревателе первого подогрева, увлажняется в камере орошения рециркулирующей водой (адиабатическое увлажнение), нагревается в воздухонагревателе второго подогрева и подается вентилятором в помещение. Оттуда воздух забирается рециркуляционным вентилятором, меньшая часть его (равная количеству наружного воздуха) удаляется наружу, а большая часть поступает обратно в кондиционер (см. рисунок 10).

Если схемой предусмотрено увлажнение воздуха паром, воздухонагреватель второго подогрева не нужен.

Применение в зимнее время схемы с первой и второй рециркуляцией также позволяет исключить воздухонагреватели второго подогрева. Однако, как и в летнее время, эта схема не позволяет осуществить точное поддержание параметров воздуха в помещении.

Построение процессов обработки воздуха в i-d -диаграмме сходно с таковым для прямоточных систем. Основное различие заключается в том, что тепловлажностной обработке в кондиционере подвергается не наружный воздух, а его смесь с рециркуляционным.Поэтому построение процессов начинают с определения расхода наружного воздуха [см. формулу (24)], приточного , [см. формулу (35)] и рециркуляционного воздуха

Рассмотрим последовательность построения обработки воздуха для летнего расчетного режима на рисунке11, на котором показаны только аппараты, участвующие в обработке.

На i-d -диаграмму наносят точки Н, В и П, соответствующие параметрам наружного, внутреннего и приточного воздуха, а также линию луча процесса изменения параметров воздуха в помещении .

Рисунок 11 - Изображение в i — d -диаграмме процессов обработки воздуха в СКВ с рециркуляцией для летнего расчетного периода:

а — структурная схема установки с первой рециркуляцией; б — то же, с первой и второй рециркуляцией; в — изображение процессов в i — d -диаграмме

 

Для СКВ с первой рециркуляцией положение точки смеси на линии, соединяющей точки В и Н, находят на пересечении этой линии с изоэнтальпией , значение которой находят по правилу смешения:

(39)

где и — энтальпия (в кДж/кг) и плотность (в кг/м³) наружного воздуха; и = — энтальпия и плотность рециркуляционного воздуха, принимаемые равными энтальпии и плотности внутреннего воздуха.

Далее при построении режима обработки проводят через точку П вертикальную линию () до пересечения с линией = 0,95 (точка ) и соединяют точки С и прямой линией. Температуру воздуха в точке К (на выходе из воздухонагревателя второго подогрева) принимают на 1 — 2°С ниже, чем в точке П. [1]

Тепловую нагрузку на воздухоохладитель (в кВт) определяют по формуле

(40)

Тепловую нагрузку на воздухонагреватель второго подогрева находят по формуле

(41)

где , , —удельные энтальпии в соответствующих точках, кДж/кг; — средняя плотность воздуха в процессе охлаждения или нагревания.

При построении процесса обработки воздуха в СКВ с первой и второй рециркуляцией необходимо определить количество воздуха, проходящего через воздухоохладитель и байпас .

Принимаем во внимание, что параметры точки К должны быть одинаковы для обеих схем обработки: в СКВ с первой рециркуляцией это параметры воздуха после воздухонагревателя II подогрева, а в СКВ с первой и второй рециркуляцией это параметры воздуха после второго смешения. Поэтому проводим линию ВК до пересечения с линией = 0,95 в точке и измеряем длину отрезков и . Соотношение количеств воздуха, проходящих через обводной канал (байпас) и воздухоохладитель, находят по правилу смешения:

откуда, с учетом баланса воздушных потоков:

(42)

(43)

Состояние воздуха после первого смешения характеризуется точкой , лежащей на линии ВН. Параметры воздуха в этой точке находим по правилу смешения потоков и L.

Тепловая нагрузка на воздухоохладитель в СКВ с первой и второй рециркуляцией

(44)

Из рисунка 12 видно, что в СКВ с первой и второй рециркуляцией воздух необходимо охлаждать более глубоко, чем в СКВ с первой рециркуляцией. Таким образом, экономя теплоту на подогрев воздуха в воздухонагревателе второго подогрева, мы перерасходуем мощность, потребляемую холодильной установкой. Поэтому схему обработки воздуха необходимо выбирать на основании технико-экономического сравнения вариантов.

Рисунок 12 -Изображение в i — d -диаграмме процессов обработки воздуха в СКВ с рециркуляцией для зимнего расчетного периода:

а — структурная схема при смешении потоков воздуха перед первым подогревом; б — структурная схема при смешении потоков воздуха после первого подогрева; в — изображение процессов в i — d -диаграмме

 

Рассмотрены два варианта: смешение наружного и рециркуляционного воздуха с последующим подогревом смеси и предварительным нагреванием наружного воздуха перед смешением.

ОРОСИТЕЛЬНЫЕ КАМЕРЫ

Такие камеры (рисунок 13) служат для охлаждения и осушения воздуха путём его непосредственного контакта с холодной водой, разбрызгиваемой в камере, или для адиабатического его увлажнения в зимнее время.

Разбрызгивание воды в камере осуществляется форсунками, установленными на водораспределительных коллекторах в два ряда по ходу воздуха.

Для разбрызгивания воды в форсунках сделаны выходные отверстия. Для осуществления процесса охлаждения и осушения воздуха применяют широкофакельные форсунки ШФ5/9 с выходным диаметром 9 мм, создающий грубый распыл воды. При этом давление воды перед форсунками должно быть 0,15 – 0,25 МПа.

Вода разбрызгиваемая в камере, сливается в поддон (бак) оросительной камеры, снабженной патрубками, через которые вода может быть отведена в систему охлаждения, или забирается насосом для повторного разбрызгивания (при адиабатическом разбрызгивании воздуха).[1]

Рисунок 13 - Оросительная камера:

1 – бак; 2 – стенка передняя; 3 – пакеты воздухораспределителей; 4 – потолок; 5 – коллекторный ряд; 6 – стенка; 7 – светильник; 8 – пакеты каплеуловителей; 9 – дверка герметичная; 10 – стояк.

 

Масса разбрызгиваемой воды, приходящаяся на 1 кг обрабатываемого воздуха, называется коэффициентом орошения В. Для процессов адиабатического увлажнения В=0,5 – 1, а для процессов охлаждения и осушения воздуха В=1,5 – 2.

Важной характеристикой оросительной камеры является коэффициент эффективности η, который вычисляется по формуле:

 

(45)

 

Из этой формулы можно определить температуру воды на выходе из камеры орошения:

(46)

Опытные значения коэффициентов орошения и эффективности приведены в таблице 4.

 

Таблица – 4.

 

Расход охлаждающей воды вычисляется по формуле:

(47)

 

Нагрузка на холодильную установку вычисляется по формуле:

 

(48)

 

Начальная температура охлаждающей воды вычисляется по формуле:

 

 

(49)

 

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Спроектировать установку кондиционирования воздуха для компьютерного класса. Исходные данные: требуемая температура в помещении - плюс 22°С, количество обучающихся 12 человек, город Архангельск.

 

Рисунок 14 Схема обмера наружных ограждений при теплотехнических расчетах:

а — разрез здания; б — план; НС — наружная стена; Вс — внутренняя стена, О — оконный проём; Пл — пол; Пт — потолок, Д – дверь

 

Планировка помещения приведена на рисунке 14. Коэффициент теплопередачи ограждений: стены 0,7 Вт/(м²× К),. Температура вышележащих помещений 30°С, нижележащих 25°С, соседних помещений 28°С.

 

Расчет для летнего режима.

 

Расчетные параметры наружного воздуха:

= 27°С, = 63% (для Архангельска).

 

Расчетные параметры внутреннего воздуха принимаем:

= 22°С, = 60%.

Определяем тепло- и влагопритоки в кондиционируемое помещение.

Теплопритоки через ограждения:

пол — 0,7 × 40 × (25-22)=84 Вт;

потолок — 0,7 × 40 ×(30 — 22) = 224 Вт;

внешняя стена – 0,7 × 24 × (27-22)=84 Вт;

внутренние стены – 0,7 × 78 × (28-22)=327,6 Вт;

окна – 2,3 × 6 × (27-22)=69 Вт;

от солнечной радиации через наружную стену — 0,7 × 24× 5 = 84 Вт.

Итого = 873 Вт

Теплопритоки от обрабатываемых материалов =0 Вт.

Теплоприток с наружным воздухом . Инфильтрацией можно пренебречь. Теплоприток от оборудования _o6 = (10 × 100) + (10 × 150) = 2500 Вт.Теплоприток от освещения очень мал, и им можно пренебречь.

Теплопритоки от людей _л = 68 · 12 = 816 Вт

Эксплуатационные теплопритоки ₄ = _o6 + _осв + _л = 2500 + 0 + 816 = 3316Вт.

Общее количество явной теплоты, поступающей в помещения,

= 873 + 3316 = 4189Вт.

Влагоприток с наружным воздухом

W₃ = W_инф= 0.

Влагопритоки от людей

W₄ = W_л = 19,4× 10^-6 × 12 = 233 × 10^-6кг/с

Общее поступление влаги в помещения

= 233 × 10^-6= 0,000233кг/с

Тепловлажностное отношение

кДж/кг

Изображаем процесс обработки воздуха в i-d -диаграмме. Для этого наносим на диаграмму точку В, соответствующую параметрам внутреннего воздуха t_B = 22°С, = 0,6. Через точку В проводим линию с наклоном = 17981 кДж/кг. Задаваясь разностью температур в помещении и приточного воздуха = 2°С и пренебрегая подогревом воздуха в вентиляторе, находим температуру приточного воздуха:

На пересечении изотермы t = 20°С с линией процесса в помещении лежит точка П, соответствующая параметрам приточного воздуха. Двигаясь из точки П вертикально вниз до пересечения с = 0,95, находим точку .

 

Количество подаваемого воздуха:

 

Тепловая нагрузка на калорифер второго подогрева:

_К2 = 14,3·1,29·1 (42 — 39) = 55,3 кВт.

 

Расчёт оросительной камеры.

Начальные параметры берём изI-d диаграммы для летнего режима:

, , ,

, , .

 

Температура воды на выходе из камеры орошения:

 

 

Расход охлаждающей воды:

 

 

Нагрузка на холодильную установку:

 

 

Начальная температура охлаждающей воды:

 

 

 

Расчет для зимнего режима.

 

Расчетные параметры наружного воздуха:

= -32°С, = 88% (для Архангельска).

Расчетные параметры внутреннего воздуха принимаем:

= 23 °С, = 70%.

Определяем тепло- и влагопритоки в кондиционируемое помещение.

Теплопритоки через ограждения:

пол — 0,7 × 40 × (25-23)=56 Вт;

потолок — 0,7 × 40 ×(30 — 23) = 196 Вт;

внешняя стена – 0,7 × 24 × (-32-23)= -924 Вт;

внутренние стены – 0,7 × 78 × (28-23)=273 Вт;

окна – 2,3 × 6 × (-32-23)= -759 Вт;

от солнечной радиации через наружную стену — 0,7 × 24× 5 = 84 Вт.

Итого ₁ = -1074 Вт

Теплопритоки от обрабатываемых материалов ₂ =0 Вт.

Теплоприток с наружным воздухом ₃. Инфильтрацией можно пренебречь. Теплоприток от оборудования _o6 = (10 × 100) + (10 × 150) = 2500 Вт.Теплоприток от освещения очень мал, и им можно пренебречь.

Теплопритоки от людей _л = 68 · 12 = 816 Вт

Эксплуатационные теплопритоки ₄ = _o6 + _осв + _л = 2500 + 0 + 816 = 3316 Вт.

Общее количество явной теплоты, поступающей в помещения,

= -1074 + 3316 = 2242Вт.

Влагоприток с наружным воздухом

W₃ = W_инф= 0.

Влагопритоки от людей

W₄ = W_л = 19,4 × 12 = 233 × 10^-6кг/с

Общее поступление влаги в помещения

= 233 × 10^-6 = 0,000233 кг/с

Тепловлажностное отношение

кДж/кг

Изображаем процесс обработки воздуха в i-d -диаграмме. Для этого наносим на диаграмму точку В, соответствующую параметрам внутреннего воздуха t_B = 23°С, = 0,7. Через точку В проводим линию с наклоном = 9625 кДж/кг. Задаваясь суммой температур в помещении и приточного воздуха = 2°С и пренебрегая подогревом воздуха в вентиляторе, находим температуру приточного воздуха:

На пересечении изотермы t = 25°С с линией процесса в помещении лежит точка П, соответствующая параметрам приточного воздуха. Двигаясь из точки П вертикально вниз до пересечения с = 0,95, находим точку .

 

 

Количество подаваемого воздуха:

Тепловая нагрузка на калорифер первого подогрева:

к₁ = 14,3·1,29·1 (58 — 51) = 129 кВт

 

Тепловая нагрузка на калорифер второго подогрева:

_К2 = 14,3·1,29·1 (51 — (-32)) = 1531 кВт.

 

Расчёт оросительной камеры.

Начальные параметры берём из I-d диаграммы для зимнего режима:

, , ,

, , .

 

 

Температура воды на выходе из камеры орошения:

 

 

Расход охлаждающей воды:

 

 

Нагрузка на холодильную установку:

 

 

Начальная температура охлаждающей воды:

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Явнель Б.К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха: учебник / Б.К. Явнель – Москва: Агропромиздат – 1982. – 223 с.

2. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача: учеб. пособие для вузов / В.В Нащокин. 3-е изд., испр. и доп. — Москва: Высш.школа, 1980.— 469 с.

3. Теоретические основы теплотехники: учеб. пособие / Ю.И. Бабенков [ и др.] — Ростов н/Д: Издательский центер ДГТУ, 2010. — 290 с.

4. Доссат, Рой Дж. Основы холодильной техники: учебник / Рой Дж. Доссат – Москва: Легкая и пищевая промышленность,1984. – 520 с.