В системах большой производительности (60 тыс. м³/ч и более) и в случаях, когда требуется обеспечить надежный подпор воздуха в кондиционируемом помещении, воздушный клапан на выбросе К10 присоединяют к установленному в помещении регулятору избыточного давления Д₁ (в однозональных системах).

В холодный период года СКВ, работающие по двухвентиляторной схеме, следует запускать, начиная с включения рециркуляционно-вытяжного вентилятора и открытия клапанов К4 и Кб на теплоносителе у калориферов первого подогрева, тогда СКВ заполняется теплым воздухом из помещения и часть его выдавливается через неплотности закрытых клапанов К7 и К10, благодаря чему примерзшие створки клапанов быстро оттаивают и клапаны могут быть открыты без применения электропрогрева. Открытие и закрытие клапанов К7 и КЮ блокируется c пуском и остановкой приточного вентилятора.

В схему терморегулятора Т₂ может быть включен корректирующий терморегулятор Т_к, установленный в канале наружного воздуха. Для уменьшения опасности замерзания калориферов первого подогрева их следует устанавливать в два ряда последовательно (по ходу воздуха) и оборудовать отдельными регулирующими клапанами на трубопроводах, подводимых к каждому ряду.

Для предупреждения замерзания калориферов первого подогрева, до пуска кондиционера в зимнее время, следует включать теплоноситель для трех-пятиминутного прогрева калориферов при полностью открытых клапанах К4 и К6. Затем регулирование подачи теплоносителя следует вести клапаном К4, сокращая или увеличивая подачу тепла во второй ряд калориферов (считая по ходу воздуха), и только после закрытия клапана К4 следует переводить регулирование на клапан К6, управляющий первым рядом калориферов.

Калориферы первого подогрева с поверхностью нагрева, превышающей более чем на 10% потребную при теплоносителе воде, следует оборудовать ручными или дистанционно управляемыми обводными клапанами К5. При теплоносителе паре клапаны К5 должны устанавливаться на калориферах первого подогрева всегда и автоматически регулироваться одновременно с клапаном К4.

Для предупреждения замерзания калориферов первого подогрева устраивается автоматика, действующая во время работы вентилятора кондиционера и после его остановки.

При включенном приточном вентиляторе защита калориферов (при теплоносителях воде и паре) систем, работающих на наружном воздухе (без рециркуляции), производится датчиком температуры Т₅, который устанавливается в приточном воздуховоде (рис. 1.1). Датчик настраивается на аварийную температуру на 5-10°С ниже нормальной температуры, контролируемой терморегулятором Т₂ (но не ниже 2°С) и соединяется с регулятором, который выключает приточный вентилятор, подает аварийный сигнал, полностью закрывает приемный клапан К7 наружного воздуха и открывает клапаны К4 и К6 на подаче теплоносителя, если температура понизится до аварийной. В СКВ с рециркуляцией те же функции выполняет датчик Т₃, установленный на трубопроводе воды или конденсата, который выходит из первого ряда калориферов (рис 1.2, а). Датчик Т₃ обычно настраивают на температуру 30°С.

При остановленном приточном вентиляторе наиболее надежна организация постоянного прогрева калориферов путем автоматического включения подачи теплоносителя клапанами К4 и Кб на 40-60 сек через каждые 2-4 мин.

В этом режиме автоматика, защищающая калориферы первого подогрева от замораживания, включается терморегулятором Т_к, если температура наружного воздуха понижается ниже 2°С, и отключается при более высокой температуре.

В районах Крайнего Севера, где расчетные температуры наружного воздуха опускаются ниже - 40°С, в системах, работающих на наружном воздухе (см. рис. 1.1), устраивают возврат части приготовленного воздуха (до 20%) в камеру до калориферов первого подогрева. На воздуховоде возвращаемого воздуха устанавливают клапан К8 и калорифер СП₃ с клапаном К9. В этом случае терморегулятор Т_к включает оба клапана К8 и К9 при падении наружной температуры ниже опасного предела, например ниже - 35°С.

Вывод: в этой главе рассмотрены основные сведения о кондиционерах, видах, их достоинствах и недостатках.

Достоинством местных СКВ является сравнительно легкая, приспособляемость к изменению планировки и назначения помещений, а недостатками - повышенный шум, связанный с работой вентиляторов и холодильных машин внутри обслуживаемых помещений; затруднения, вызываемые обслуживанием большого числа агрегатов, а также сравнительно короткий срок службы местных кондиционеров, равный в среднем 7-10 годам.

Центральные СКВ обладают следующими преимуществами: возможностью эффективного поддержания заданной температуры и относительной влажности воздуха в помещениях; сосредоточением оборудования, требующего систематического обслуживания и ремонта в малом количестве мест или даже в одном месте; возможностями организации эффективного шумо- и виброгашения.

Центральные системы вместе с тем имеют и некоторые недостатки, основным из которых является необходимость проведения сложных монтажно-строительных работ по установке кондиционеров, прокладке воздуховодов и трубопроводов, вследствие чего применение центральных систем в существующих зданиях иногда становится невозможным. При центральных системах с разветвленными воздуховодами осложняется акустическая изоляция одних помещений от других и становится менее гибким регулирование температуры и влажности в отдельных помещениях.

2. Расчет системы кондиционирования

2.1 Исходные данные

Рассчитать систему кондиционирования воздуха предприятия пошива верхней одежды для теплого и холодного периодов года г. Казани. В целях экономии тепла и холода предусмотреть использование частичной рециркуляции воздуха из помещения и обводной линии относительно камеры орошения. Провести графоаналитические расчеты процессов кондиционирования, выбрать центральный кондиционер, произвести поверочные и тепловые и гидравлические расчеты элементов выбранного кондиционера и разработать схему автоматизации кондиционера.

Исходные данные для расчета:

кДж/кг тепловлажностное отношение в теплый период года;

кДж/кг тепловлажностное отношение в холодный период года;

W_п=160 кг/ч выделение влаги в помещении;

n_п= 180 1/ч кратность воздухообмена;

n_л= 15 чел. количество людей, работающих в помещении.

В холодный период года температура воздуха в помещении , относительная влажность , скорость движения воздуха в помещении м/с.

Для теплого периода года параметры следующие: , , м/с.

Параметры наружного воздуха для г. Казани будут следующими [1,2,3]: Параметры для холодного периода года: , кДж/кг, , расчетная скорость ветра м/с.

Параметры для теплого периода года [1,2,3]: , кДж/кг, , расчетная скорость ветра м/с.

2.2 Расчет процессов кондиционирования в теплый период года

В СКВ для теплого периода года предусматривается использование частичной рециркуляции воздуха из помещения и обводного канала вокруг оросительной камеры (байпаса).

Количество избыточного тепла, выделяющегося в помещении в теплый период года:

, кДж/ч (2.1)

кДж/ч

В результате построений получаем следующие параметры:

т.О - i_o= 20,1 кДж/кг, t_о=6 єС, d_о= 5,2 г/кг;

т.В - i_в?= 37,6 кДж/кг, t_в?=22 єС, d_в? = 6 г/кг;

т.П - i_п= 28 кДж/кг, t_п= 14 єС, d_п = 5,6 г/кг;

т.П? - i_п=26 кДж/кг, t_п?= 12 єС, d_п?= 5,6 г/кг;

т.О? - i_о?= 16,6 гДж/кг, t_о?=4,8 єС, d_o?= 5 г/кг.

Количество воздуха, соответствующего параметрам точки П, который подается помещение:

, кг/ч (2.2)

, кг/ч

, м³/ч (2.3)



Минимальное количество воздуха, подаваемое в помещение, соответствующее параметрам воздуха т.Н [1]: L_Н = 30·15 = 450 м³/ч.

Определяют количество воздуха, пропускаемого по байпасной линии:

L_Б=L_Р - L_ОР (2.4)

где: L_P - расход воздуха, возвращаемого из зала в кондиционер, м³/ч;

L_ОР - расход воздуха из помещения, подаваемого в кондиционер, м³/ч;

L_Р = L_О-L_H, м³/ч; (2.5)

L_Р = 135116 - 450 = 134716, м³/ч;

L_ОР = L_Р/(1+оп?/в?п?), м³/ч; (2.6)

L_ОР = 134716/(1+(30/32)) = 69530,8 м³/ч;

L_Б = 134716 - 69530 = 65186 м³/ч.

Определяют положение точки С. Для этого рассчитываем ее энтальпию:

(2.7)

кДж/кг

Параметры точки С: i_C = 38 кДж/кг, t_С = 23 єС, d_С = 6,3 г/кг.

Находят по диаграмме приблизительное значение температуры подаваемой в оросительную камеру воды t_m = 5,5 єС.

Делают вывод, что в теплый период года можно обойтись без включения в работу воздухоподогревателей первого и второго подогрева, используя вместо них байпасную линию [3]. При этом расчетное теплопотребление оросительной камеры составит:

, кДж/кг (2.8)

кВТ.

Очевидно, что использование байпаса при более низких и, соответственно, больших потребует еще более низких t_m, а это увеличит мощность холодильной установки, что не выгодно.

Поэтому рассматривают случай, когда линия отключена и требуется подогрев оросительной камеры. Отсюда получают следующие параметры:

т.О? - i_о?= 16,6 гДж/кг, t_о?=4,8 єС, d_о?= 5,6 г/кг.

Расчетная теплопроизводительность оросительной камеры с байпасом составляет:

, кДж/ч (2.9)

кДж/ч

кВт.

Расчетная теплопроизводительность воздухоподогревателя второго подогрева:

, кДж/ч (2.10)

, кДж/ч

кВт

Исходя из предполагаемой температуры охлажденной воды в оросительной камере, предпочтительно выбрать схему кондиционирования для теплого периода с использованием рециркуляции, но без байпаса. Далее проводят расчет экономии тепла при использовании частичной рециркулячии по сравнению с прямоточной СКВ.

Теплопроизводительность оросительной камеры в прямоточной схеме рассчитывается следующим образом:

, кДж/кг (2.11)

или кВт

Теплопроизводительность воздухоподогревателя второго подогрева в прямоточной схеме практически та же, что и в схеме с рециркуляцией.

Таким образом, экономия тепла в оросительной камере составляет:

кВт (2.12)

Так как теплопроизводительность воздухоподогревателя в схеме с частичной рециркуляцией меньше, чем в схеме с прямоточной, целесообразно выбрать схему с рециркуляцией.

3. Расчет и подбор калориферов

3.1 Расчет и подбор калорифера первого подогрева

В качестве калорифера первого подогрева выбрали кожухотрубчатый теплообменник для нагрева воздуха в количестве G₁=60 кг/с от начальной температуры = -27єC, до конечной температуры = -2єC.

Параметры воздуха при средней температуре t₁= -14,5 єС [10,11]:

- плотность с₁= 1,3673 кг/м³;

- теплопроводность л₁=0,0231 Вт/(м·К);

- теплоемкость с₁= 1005 Дж/(кг·К);

- динамическая вязкость м₁= 0,000016 Па·с.

Нагревание осуществляется водой в режиме =150 єС и =70 єС

Тепловая нагрузка аппарата:

Q = G₁·c₁·(-) = G₂·c₂·(- ), Вт (3.1)

Q = 60·1005·(-2 + 27) = 6285000 Вт

Тогда расход охлаждающей воды:

, кг/с (3.2)

кг/с

Здесь с₂= 4100 Дж/(кг·К) - теплоемкость воды приее средней температуре t₂ = 110 єC

Остальные параметры:

с₂= 958 кг/м³;

л₂= 1,06729 Вт/(м·К);

м₂= 0,000282 Па·с.

В теплообменнике реализуется противоточная схема движения теплоносителей, при этом большая разность температур составляет:

?t_б = , єC (3.3)

?t_б = 150 - 27 = 123 єС

а меньшая разность температур:

?t_м= , єС (3.4)

?t_м = 50 - 2 = 48 єС

Отношение данных величин:

значение температур напора:

(3.5)

Принимаем, что течение сред в теплообменнике турбулентное. Минимальное ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, соответствующее данному режиму течения теплоносителей равно К_ор, ВТ/(м²·К). Тогда ориентировочное значение поверхности теплообмена составит:

, м² (3.6)

 м²

Выбран теплообменник с поверхностью F_н=269 м², имеющий следующие конструктивные параметры [15]:

площадь межтрубного пространства S_м.тр= 0,101 м²;

- длина труб L= 4 м;

- диаметр кожуха D = 1000 мм;

- диаметр труб d_n = 20Ч2 мм;

- число труб n = 1072;

- число ходов z = 4;

- число труб в одном ходу n/z = 1072/4 = 268/

Уточняется средняя разность температур:

(3.7)

(3.8)

е_?t= 0,61

?t=?t_н·е_?t, єС (3.9)

?t = 79·0,61 = 48,19 єC

Уточненный расчет поверхности теплопередачи производится следующим образом.

Находится число Рейнольдса в трубном пространстве теплообменника:

(3.10)

где d_в= d_н - 2·д = 20 - 2·2 = 16 мм

Число Прандля:

(3.11)

Коэффициент теплоотдачи к жидкости, движущейся по трубам:

, Вт/(м²·К) (3.12)

Вт/(м²·К)

Минимальное сечение потока в межтрубном пространстве S_м.тр= 0,145 м², поэтому число Рейнольдса, характеризующее режим течения в этой области, будет равно:

(3.13)

а число Прандтля:

(3.14)

Для турбулентного режима в межтрубном пространстве к-т теплоотдачи к воде составит:

, Вт/(м²·К) (3.15)

Вт/(м²·К)

Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:

, (м²·К)/Вт (3.16)

(м²·К)/Вт

Коэффициент теплопередачи в теплообменнике составит:

, Вт/(м²·К) (3.17)

Вт/(м²·К)

Требуемая поверхность теплообмена:

, м² (3.18)

м²

Запас по поверхности теплообмена

(3.19)

3.2 Расчет и подбор калорифера второго подогрева

В качестве калорифера второго подогрева был выбран кожухотрубчатый теплообменник для нагрева воздуха в количестве G₁=50 кг/с от начальной температуры = 2єС, до конечной температуры =18єC.

Параметры воздуха при средней температуре t₁= 10 єС [11,14]:

- плотность с₁= 1,247 кг/м³;

- теплопроводность л₁=0,0251 Вт/(м·К);

- теплоемкость с₁= 1005 Дж/(кг·К);

- динамическая вязкость м₁= 0,0000176 Па·с.

Нагревание осуществляется водой в режиме =150 єС и =70 єС

Тепловая нагрузка аппарата (3.1):

Q =50·1005·(18 - 2) = 804000 Вт

Тогда расход охлаждающей воды (3.2):

кг/с

Здесь с₂= 4100 Дж/(кг·К) - теплоемкость воды приее средней температуре t₂ = 110 єC

Остальные параметры:

с₂= 958 кг/м³;

л₂= 1,06729 Вт/(м·К);

м₂= 0,000282 Па·с.

В теплообменнике реализуется противоточная схема движения теплоносителей, при этом большая разность температур составляет (3.3):

?t_б= 150 - 2 = 148 єC

Гидравлические потери по межтрубному пространству теплообменника:

Па.

Вывод: в результате расчетов калориферов первого и второго подогрева был выбран кожухотрубчатый теплообменник. Поверхность теплообмена для первого составила F_н = 269 м², а для второго - F_н = 176 м². Была выбрана противоточная схема движения теплоносителей, так как это наиболее эффективная схема движения при данной конструкции теплообменника.

Список литературы

1. СНиП 2.3-75 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Нормы проектирования. М: Стройиздат, 1976.

2. Голубков Б.Н, Пятачков Б.И, Романова Т.М Кондиционирование воздуха, отопление и вентиляция. Учебник для ВУЗов. М: Энергоиздат, 1982. 232 с

3. Янвель Б.К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха. М: Агропромиздат, 1980. 223 с

4. Тихомиров К.В., Сергеенко Э.С. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция: Учебник для ВУЗов. М: Стройиздат, 1991. 552 с

5. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий, СН 245-71. М: Стройиздат, 1972. 98 с

6. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник. Под. общ. ред. В.А. Григорьева и В.М Зорина. М: Энергоатомиздат, 1983. - 80 с.

7. Воронец Д., Козич Д. Влажный воздух: термодинамические свойства и применение. М: Энергоатомиздат, 1984. 136 с.

8. Риквин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник. М: Энергоатомиздат, 1984. - 80 с

9. Автоматика и автоматизация систем теплогазоснабжения и вентиляции: Учебник для ВУЗов. А.А. Колмаков, Ю.Я. Кувшинов и др. 1986. 479 с.

10. Основные процессы и аппараты химической технологии. Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 1991. 255 с.

11. Богданов С.Н., Иванов О.П., Куприянова А.В. Холодильная техника. Свойства веществ. Справочник. Л.: Машиностроение, 1976. 453 с.

12. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1987. 344 с

13. Романков П.Г., Курочкина М.И. Расчеты, диаграммы и номограммы по курсу «Процессы и аппараты химической промышленности». - Л.: Химия, 1985. 234 с.

14. Ривкин С.Л., Крамневская Е.А. Уравнения состояния воды и водяного пара для машинных расчетов процессов и оборудования электростанций. Теплоэнергетика, 1977. №3. С. 69-76.

15. Справочник по теплообменникам. Том 1. - М.: Энергоатомиздат, 1987. 278 с.

16. Промышленные тепломассообменные процессы и установки. А.М. Бакластов, В.Г. Горбенко, О.Л. Данилов и др. - М.: Энергоатомиздат, 1986. 321 с.

17. Алексеев В.П., Вайнштейн Г.Е., Герасимов П.В. Расчет и моделирование аппаратов криогенных установок. - Л.: Энергоатомиздат, 1987. 289 с.

18. Холодильные машины. Учебник для вузов по по специальности «Холодильные машины и установки». Н.Н. Кошкин, И.А. Сакун, Е.М. Бамбушек и др.; Под общ. ред. И.А Сакуна. - Л.: Машиностроение, 1985. 266 с.

Размещено на Allbest.ru