Автоматизация комплекса центрального кондиционирования воздуха дорожного центра управления перевозками

Состояние влажного воздуха определяется совокупностью параметров: температурой воздуха t_в, относительной влажностью _в%, скоростью движения воздуха V_в м/с, концентрацией вредных примесей С мг/м³, влагосодержанием d г/кг, теплосодержанием I кДж/кг.

Относительная влажность в долях или в% показывает степень насыщенности воздуха водяными парами по отношению к состоянию полного насыщения и равна отношению давления Р_п водяного пара в ненасыщенном влажном воздухе к парциальному давлению Р_{п. н.} водяного пара в насыщенном влажном воздухе при одной и той же температуре и барометрическом давлении:

(1.1)

Влагосодержание - это масса водяных паров в г, содержащихся в 1 кг сухой части влажного воздуха:

d= или d=623, г/кг, (1.2)

где В - барометрическое давление воздуха, равное сумме парциальных давлений сухого воздуха Р_С.В. и водяного пара Р_П.

Парциальное давление водяных паров, находящихся в насыщенном состоянии, зависит от температуры:

, Па (1.3)

Теплосодержание или энтальпия влажного воздуха I кДж/кг состоит из суммы энтальпий сухой части воздуха и водяного пара:

, кДж/кг, (1.4)

где с_В - теплоемкость сухого воздуха, равная 1,005 ;

с_П - теплоемкость водяного пара, равная 1,8 ;

с_В и с_П можно считать постоянными в диапазоне температур, используемых для вентиляционных процессов;

r - удельная теплота парообразования, равная 2500 ;

I = 1,005t + (2500 + 1,8t) d * 10^-3, кДж/кг. (1.5)

I-d диаграмма влажного воздуха. Построение основных процессов изменения состояния воздуха. Точка росы и мокрого термометра. Угловой коэффициент и связь его с поступлением тепла и влаги в помещение

I-d диаграмма влажного воздуха - это основной инструмент для построения процессов изменения его параметров. I-d диаграмма основана на нескольких уравнениях: теплосодержания влажного воздуха:

I = 1,005 * t + (2500 + 1,8 * t) * d/1000, кДж/кг (1.6)

влагосодержания:

, г/кг (1.7)

в свою очередь давление водяных паров:

и (1.8)

давление водяных паров, насыщающих воздух:

, Па (Формула Фильнея), (1.9)

а - относительная влажность воздуха, %.

В свою очередь в формулу 1.7 входит барометрическое давление Р_бар, разное для различных районов строительства, следовательно, для точного построения процессов требуется I-d диаграмма для каждого района.

I-d диаграмма (рис.1.1) имеет косоугольную систему координат для увеличения рабочей площади, приходящейся на влажный воздух и лежащей выше линии = 100%. Угол раскрытия может быть разным (135 - 150є).

I-d диаграмма связывает воедино 5 параметров влажного воздуха: тепло и влагосодержание, температуру, относительную влажность и давление водяных паров насыщения. Зная два из них, по положению точки можно определить все остальные.

Основными характерными процессами на I-d диаграмме являются:

Нагрев воздуха по d = const (без увеличения влагосодержания) рис.1.1, точки 1-2. В реальных условиях это нагрев воздуха в калорифере. Увеличивается температура и теплосодержание. Уменьшается относительная влажность воздуха.

Охлаждение воздуха по d = const. Точки 1-3 на рис.1.1 Этот процесс происходит в поверхностном воздухоохладителе. Уменьшается температура и теплосодержание. Увеличивается относительная влажность воздуха. Если продолжить охлаждение, то процесс дойдет до линии = 100% (точка 4) и, не пересекая линию, пойдет вдоль нее, выделяя влагу из воздуха (точка 5) в количестве (d₄-d₅) г/кг. На этом явлении основана осушка воздуха. В реальных условиях процесс не доходит до = 100%, а окончательная относительная влажность зависит от начальной величины. По данным профессора Кокорина О.Я. для поверхностных воздухоохладителей:

_max = 88% при начальном _нач = 45%

_max = 92% при начальном 45% < _нач 70%

_max = 98% при начальном _нач > 70%.

На I-d диаграмме процесс охлаждения и осушки обозначается прямой линией, соединяющей точки 1 и 5.

Однако встреча с = 100% линии охлаждения по d = const имеет свое собственное название - это точка росы. По положению этой точки легко определяется температура точки росы.

Изотермический процесс t = const (линия 1-6 на рис 1.1). Все параметры возрастают. Увеличивается и тепло, и влагосодержание, и относительная влажность. В реальных условиях это увлажнение воздуха паром. То небольшое количество явного тепла, которое вносится паром, обычно не учитывается при построении процесса, т.к оно незначительно. Однако такое увлажнение достаточно энергоемко.

Адиабатный процесс I = const (линия 1-7 на рис.1.1). Снижается температура воздуха, увеличивается влагосодержание и относительная влажность. Процесс осуществляется при непосредственном контакте воздуха с водой, проходя либо через орошаемую насадку, либо через форсуночную камеру.

При глубине орошаемой насадки 100 мм можно получить воздух с относительной влажностью = 45% при начальной - 10%, насадка глубиной 200 мм дает = 70%, а 300 мм - = 90% (по данным блоккамер сотового увлажнения фирмы ВЕЗА). Проходя через форсуночную камеру, воздух увлажняется до величины = 90 - 95%, но со значительно большими энергозатратами на распыление воды, чем в орошаемых насадках.

Продолжив линию I = const до = 100%, мы получим точку (и температуру) мокрого термометра, это равновесная точка при контакте воздуха с водой.

Однако в аппаратах, где происходит контакт воздуха с водой, особенно по адиабатическому циклу, возможно возникновение болезнетворной флоры, и поэтому такие аппараты запрещены для использования в ряде медицинских и продовольственных отраслей.

В странах с жарким и сухим климатом аппараты на основе адиабатического увлажнения весьма распространены. Так, например, в Багдаде при дневной температуре в июне - июле 46єС и относительной влажности 10% такой кулер позволяет снизить температуру приточного воздуха до 23єС и при 10-20-кратном воздухообмене в помещении достигнуть внутренней температуры 26єС и относительной влажности 60-70%.

При сложившейся методике построения процессов на I-d диаграмме влажного воздуха наименование реперных точек получили следующую аббревиатуру:

Н - точка наружного воздуха;

В - точка внутреннего воздуха;

К - точка после нагрева воздуха в калорифере;

П - точка приточного воздуха;

У - точка воздуха, удаляемого из помещения;

О - точка охлажденного воздуха;

С - точка смеси воздуха двух различных параметров и масс;

ТР - точка росы;

ТМ - точка мокрого термометра, которая и будет сопровождать все дальнейшие построения.

При смешивании воздуха двух параметров линия смеси пойдет по прямой, соединяющей эти параметры, а точка смеси будет лежать на расстоянии, обратно пропорциональном массам смешиваемого воздуха.

Теплосодержание смеси:

, кДж/кг, (1.10)

а влагосодержание:

, г/кг. (1.11)

При одновременном выделении в помещение избыточного тепла и влаги, что обычно бывает при нахождении в помещении людей, воздух будет нагреваться и увлажняться по линии, называемой угловым коэффициентом (или лучом процесса, либо тепловлажностным отношением) е:

, кДж/кгН₂О, (1.12)

где ?Q_n - суммарное количество полного тепла, кДж/ч;

?W - суммарное количество влаги, кг/ч.

При ?Q_n = 0 е = 0.

При ?W = 0 е > ? (рис.1.2)

Таким образом, I-d диаграмма по отношению к внутреннему воздуху (или к другой точке) разбивается на четыре квадранта:

Iе от ? до 0 - это нагрев и увлажнение;

IIе от 0 до - ? - охлаждение и увлажнение;

IIIе от - ? до 0 - охлаждение и осушка;

IVе от 0 до ? - нагрев и осушка - в вентиляции и кондиционировании не используется.

Для точного построения луча процесса на I-d диаграмме, следует взять значение е в кДж/гН₂О, и отложить на оси влагосодержание d = 1, или 10 г, а на оси теплосодержание в кДж/кг соответствующее е и полученную точку соединить с точкой 0 I-d диаграммы.

Процессы, не являющиеся основными, называются политропическими.

Изотермический процесс t = const характеризуется значением е = 2530 кДж/кг.

Рис.1.1 I-d диаграмма влажного воздуха

Рис.1.2 I-d диаграмма влажного воздуха. Основные процессы

1.3 Термодинамическая модель систем кондиционирования и вентиляции

Процесс подготовки воздуха перед подачей его в кондиционируемое помещение представляет собой совокупность технологических операций и называется технологией кондиционирования воздуха. Технология тепло влажностной обработки кондиционируемого воздуха определяется начальными параметрами воздуха, подаваемого в кондиционер, и требуемыми (задаваемыми) параметрами воздуха в помещении.

Для выбора способов обработки воздуха строят I-d диаграмму, позволяющую при определенных исходных данных найти такую технологию, которая обеспечит получение заданных параметров воздуха в обслуживаемом помещении при минимальных расходах энергии, воды, воздуха и т.д. Такая схема обработки воздуха называется термодинамической моделью системы кондиционирования воздуха (ТДМ).

Параметры наружного воздуха, подаваемого в кондиционер для последующей обработки, изменяются в течение года и суток в большом диапазоне. Поэтому можно говорить о наружном воздухе как о многомерной функции Х_н = х_н (ф). Соответственно совокупность параметров приточного воздуха есть многомерная функция Х_пр = х_пр (ф), а в обслуживаемом помещении Х_пом = х_пом (ф) (параметры в рабочей зоне).

Математически технологический процесс может быть представлен аналитическим или графическим описанием движения многомерной функции Х_н к Х_пр и далее к Х_пом.

Отметим, что под переменным состоянием системы х (ф) понимаются обобщенные показатели системы в различных точках пространства и в различные моменты времени.

Термодинамическую модель движения функции Х_н к Х_пом строят на I-d диаграмме, а затем определяют алгоритм обработки воздуха, необходимое оборудование и способ автоматического регулирования параметров воздуха.

Построение ТДМ начинают с нанесения на I-d диаграмму состояния наружного воздуха данного географического пункта. Расчетная область возможных состояний наружного воздуха принимается по СНиП 2.04.05_91 (параметры Б).

Верхней границей является изотерма t_л и изоэнтальпа h_л (предельные параметры теплого периода года). Нижней границей является изотерма t_зм и изоэнтальпа h_зм (предельные параметры холодного и переходных периодов года). Предельные значения относительной влажности наружного воздуха принимаются по результатам метеорологических наблюдений. При отсутствии данных принимают диапазон от 20% до 100%.

Таким образом, многомерная функция возможных параметров наружного воздуха заключена в многоугольнике abcdefg (рис.1.3).

Затем наносят на I-d диаграмму требуемое (расчетное) значение состояния воздуха в помещении или в рабочей зоне.

Это может быть точка (прецизионное кондиционирование) или рабочая зона Р₁Р₂Р₃Р₄ (комфортное кондиционирование).

Далее определяют угловой коэффициент изменения параметров воздуха в помещении е и проводят линии процесса через граничные точки рабочей зоны. При отсутствии данных о тепловлажностном процессе в помещении ориентировочно е можно принять (в кДж/кг):

предприятия торговли и общественного питания 8 500 - 10 000

зрительные залы 8 500 - 10 000

квартиры 15 000 - 17 000

офисные помещения 17 000 - 20 000

Рис.1.3 Изображение на I-d диаграмме параметров воздуха при кондиционировании.

После этого строят зону параметров приточного воздуха. Для этого на линиях е, проведенных из граничных точек зоны Р₁Р₂Р₃Р₄, откладывают отрезки, соответствующие расчетному перепаду температур:

Дt = t_пом - t_пр, (1.13)

где t_пр - расчетная температура приточного воздуха.

Решение задачи сводится к переводу параметров воздуха из многомерной функции Х_н к функции Х_пом.

Величину Дt принимают по нормам или рассчитывают, исходя из параметров системы холодоснабжения.

Допустимый перепад температур удаляемого и приточного воздуха (Дt) для производственных помещений составляет 6-9 °С, торговых залов - 4-10 °С, а при высоте помещения более 3 м - 12-14 °С. В общем случае параметры удаляемого из помещения воздуха отличаются от параметров воздуха в рабочей зоне. Разница между ними зависит от способа подачи воздуха в помещение, высоты помещения, кратности воздухообмена и других факторов.

Зоны П, Р и У (приточная, рабочая, удаляемая) на I-d диаграмме имеют одинаковую форму и расположены вдоль линии е на расстояниях, соответствующих разностям температур Дt₁= t_пом - t_пр и Дt₂ = t_уд - t_пом.

Соотношение между t_пр, t_пом и t_уд оценивается коэффициентом:

(1.14)

Таким образом, процесс кондиционирования воздуха сводится к приведению множества параметров наружного воздуха (многоугольник abcdef) к множеству параметров приточного воздуха (многоугольник П₁П₂П₃П₄).

Техническая реализация этого преобразования может быть представлена различными структурными схемами СКВ: прямоточной, с рециркуляцией воздуха или рекуперацией тепла.

2. Механическое и электрическое оборудование приточно-вытяжной установки К1/В3