Расчет и подбор автономного кондиционера.

Цель работы: научиться рассчитывать и производить подбор автономного кондиционера.

Исходные данные для проектирования

В исходных данных должны быть следующие сведения:

1. Район строительства.

2. Выкопировка из генерального плана с нанесением проекти­руемого здания и существующих или проектируемых инженерных коммуникаций (электросети, теплосети, водопровода, кана­лизации, ливнестоков).

3. Планы и разрезы здания с размещением технологического оборудования и его технической характеристикой, а также де­тальное описание строительных конструкций.

4. Краткое описание технологического процесса с указанием числа смен, количества людей в каждом помещении по сменам.

5. Назначение СКВ (технологическое или комфортное). При технологическом кондиционировании необходимо задание опти­мальных параметров воздушной среды, требуемых для техноло­гического процесса, с указанием амплитуды допустимых откло­нений от заданных значений.

6. Подробные сведения об источниках выделения тепла, вла­ги, газов, пыли и других производственных вредностей.

7. Данные о местных отсосах и объемах воздуха, удаляемого ими.

8. Сведения о теплоносителе для нагрева воздуха: давление
и температура пара либо давление и расчетные температуры в подающей и обратных линиях водяной тепловой сети.

9. Данные о параметрах электросети.

10. Сведения о помещениях, которые могут быть использова­ны для размещения оборудования СКВ.

11. Особые требования, предъявляемые к СКВ, если они име­ются.

Выбор параметров внутреннего воздуха

СКВ комфортного назначения рассчитываются на поддержа­ние параметров воздуха в кондиционируемых помещениях, опти­мальных для самочувствия находящихся в них людей. Парамет­ры определяются условиями тепло- и влагообмена, которые, в свою очередь, зависят от конституции человека, состояния его здоровья, характера выполняемой им работы, нервного напря­жения, одежды, а также от температуры, влажности, скорости движения окружающего воздуха и других факторов. Учет всех перечисленных выше условий для каждого конкретного случая весьма затруднен. Нормами регламентированы значения опти­мальных параметров воздуха для различных производственных, общественных и жилых помещений (приложения 11 и 12).

Системы кондиционирования воздуха технологического на­значения рассчитываются на поддержание параметров воздуха в помещениях, оптимальных для проведения производственных процессов, либо для хранения ценных материалов. В тех случаях, когда технологические требования выходят за пределы санитар­но-гигиенических норм, эти параметры должны согласовываться с Государственной санитарной инспекцией.

При отсутствии специальных требований в местах установки датчиков допускаются отклонения от оптимальных метеорологи­ческих условий до ±1С по температуре и ±7% —по относи­тельной влажности воздуха. При применении местных кондицио­неров-доводчиков или смесителей с индивидуальными регулято­рами прямого действия допускается отклонение оптимальной температуры в местах установки датчиков до ±2°С.

При выборе параметров воздуха в помещении необходимо иметь в виду, что стоимость устройства и эксплуатации систем кондиционирования воздуха неоправданно увеличится, если вы­бранные значения температуры и влажности будут завышены для холодного периода года или занижены для теплого.

Выбор параметров наружного воздуха

Выбор расчетных параметров наружного воздуха определяет­ся климатическими условиями местности, где будет работать СКВ, и ее назначением.

В СНиП П-33-75 приведены расчетные значения температу­ры и энтальпии (теплосодержания) воздуха для различных горо­дов. Эти значения указаны для трех катего­рий параметров климата: А, Б и В, которые определены следую­щим образом.

Для холодного периода года:

параметры А — средняя температура и энтальпия воздуха, соответствующая этой температуре и средней относительной влажности самого холодного месяца в 13 ч дня;

параметры Б — средняя температура наиболее холодной пя­тидневки и энтальпия воздуха, соответствующая этой температу­ре и средней относительной влажности самого холодного месяца в 13 ч дня;

параметры В — абсолютная минимальная температура и энтальпия воздуха, соответствующая этой температуре и средней относительной влажности воздуха самого холодного месяца в 13 ч.

Для теплого периода года:

параметры А — температура и энтальпия воздуха, более вы­сокие значения которых в данном географическом пункте наблю­даются в среднем 400 ч и менее в году. Расчетная температура для параметров А соответствует средней температуре самого жаркого месяца в 13 ч дня во всех пунктах, указанных в нормах, кроме ряда пунктов в северных районах страны, где расчетная температура на 1,5—2,5°С выше средней температуры самого жаркого месяца;

параметры Б — температура воздуха, более высокое значение которой в данном пункте наблюдается 220 ч и менее в году, и энтальпия воздуха, более высокое значение которой наблюдается 200 ч и менее в году (в среднем по многолетним наблюдениям);

параметры В — абсолютная максимальная температура и со­ответствующая этой температуре энтальпия воздуха, зарегистри­рованные наблюдениями за многолетний период в данном пункте.

В приложении 13 приведены расчетные параметры наружного воздуха для некоторых городов по данным СНиП 11-33-75.

СКВ рассчитываются на параметры Б. Параметры В прини­маются в исключительных случаях при наличии обоснованных технологических требований.

Производственные вредности

1. В результате жизнедеятельности людей (биологических про­цессов) и протекания технологических процессов в помещениях выделяются различные «вредности», которые можно сгруппиро­вать в следующие пять групп: теплопоступления, влаговыделения, вредные газы, производственная пыль и лучистое тепло. Для локализации их и доведения до допустимых концентраций, в по­мещениях должен быть организован определенный воздухообмен. Количество выделяющихся вредностей и требуемый воздухооб­мен в помещениях определяются общеизвестными методами, принятыми в отопительно-вентиляционной технике.

Рассмотрим основные источники тепло- и влагопоступлений в помещения.

Выделение тепла в помещения в теплый период года опреде­ляются суммированием поступлений его через ограждающие конструкции, от технологического оборудования, искусственного освещения и от людей. Эти поступления, как правило, являются переменными во времени, так как зависят от температуры на­ружного воздуха, солнечной радиации и тепловыделений в поме­щении. Поэтому необходимо составлять почасовой (или с интер­валом в 2—3 ч) расчет поступлений тепла в помещение, в резуль­тате которого может быть определена максимальная тепловая нагрузка на СКВ и ее действие.

Средние амплитуды колебания температуры наружного воз­духа в течение расчетных суток для городов европейской части составляют 11—14°С.

Тепло, выделяемое людьми, складывается из явного, т. е. пе­редаваемого в воздух помещения конвекцией и лучеиспусканием, и скрытого тепла, затрачиваемого на испарение влаги с поверх­ности кожи и из легких. Соотношения между количеством явного и скрытого тепла зависят от интенсивности мускульной работы, производимой человеком, и от параметров окружающего возду­ха. С повышением интенсивности работы и температуры окру­жающего воздуха увеличивается доля скрытого тепла.

Тепло- и влаговыделения людьми в зависимости от темпера­туры воздуха в помещении и интенсивности работы приведены в приложении 14.

Количество явного тепла, выделяемого людьми в помещение,

Q_я = q∙n, (49)

Где q — количество явного тепла, выделяемое одним человеком, ккал/ч (см. приложение 14);

п — число человек в помещении.

Поступление тепла через наружные и внутренние ограждения вследствие разности температур в помещении и наружного возду­ха (или внутреннего в смежном помещении) в теплый период го­да определяется теми же общими методами, что и теплопотери в холодное время.

При расчете поступлений тепла через чердачные перекрытия в летнее время следует учитывать, что на чердаке температура более высокая, чем наружная, вследствие облучения крыши солн­цем. Ориентировочно можно принимать температуру на чердаке для местностей средней полосы при стальных кровлях 45°С, а при этернитовых кровлях 35°С. Коэффициент теплопере­дачи чердачного перекрытия для помещений, оборудуемых СКВ, по технико-экономическим соображениям должен быть не более 0,6 ккал/(м²∙ч∙°С).

Значительные поступления тепла происходят через кровлю в тех случаях, когда помещение имеет совмещенное покрытие. Эти поступления для географических широт 50—55° можно прини­мать ориентировочно равными 15 ккал/(м²∙ч).

Поступления тепла от солнечной радиации * через световые проемы часто бывают весьма значительны. Поэтому правильный учет этих теплопоступлений, а также мероприятия по их сниже­нию имеют большое значение при определении тепловой нагруз­ки на СКВ.

Поступление тепла от солнечной радиации зависит от угла, под которым солнечные лучи падают на поверхность, ориента­ции по странам света облучаемой поверхности и пр. Тепло сол­нечной радиации, поступая в помещение, нагревает пол, стены, мебель, оборудование, а потом уже переходит в воздух помеще­ния. Следовательно, нагревание воздуха в помещении запазды­вает относительно времени поступления тепла. Расчет макси­мальных поступлений тепла в кондиционируемые помещения производится для расчетных суток, когда максимальная темпе­ратура наружного воздуха равна расчетной для теплого пе­риода. Как правило, согласно требованиям СНиП 11-33-75, эта температура соответствует расчетным параметрам наружного воздуха Б. В отдельных случаях, при наличии технологических обоснований, допускается расчет по параметрам В. Параметры А при расчетах систем кондиционирования воздуха применяются очень редко в связи с низкой обеспеченностью заданных внутрен­них параметров для многих населенных пунктов.

Поступления тепла в помещения за счет солнечной радиации и разности температур наружного и внутренного воздуха через световые проемы Q₀, ккал/ч, определяются по формуле

(50)

где q'_, q" — количества тепла, поступающие в помещения в июле через одинарное остекление световых проемов, ккал/(м²∙ч); F₀=F'₀+F"₀ — площадь световых проемов, определяемая по наименьшим размерам (в свету), м²; С — коэффициент солнцезащиты, принимаемый по приложениям 15 и 16; R₀ — сопротив­ление теплопередаче заполнения светового проема, принимаемое по приложениям 15 и 16, м²∙ч∙°С/ккал; t_H , t_B — расчетные тем­пературы соответственно наружного и внутреннего воздуха, °С.

Значения величин q' и q", ккал/(м²∙ч), для расчетного часа суток (по истинному солнечному времени) следует определять, исходя из расчетной географической широты места строительства и ориентации световых проемов в зданиях и сооружениях по формулам:

для вертикального остекления световых проемов, частично или полностью облучаемого прямой солнечной радиацией,

(51)

где q_в.п, q_в.р — поступления тепла соответственно от прямой и рассеянной солнечной радиации в июле через вертикальное остекление светового проема, принимаемые для расчетного ча­са суток по приложению 17, ккал/(м²∙ч); К₁ — коэффициент, учитывающий затенение световых проемов переплетами и загряз­нение атмосферы, принимаемый по приложению 18; К₂ — коэф­фициент, учитывающий загрязнение стекла и принимаемый по приложению 19;

для вертикального остекления световых проемов в тени или при затенении светового проема наружными затеняющими конст­рукциями или откосами проема

(52)

для горизонтального остекления световых проемов, облу­чаемого прямой солнечной радиацией,

(53)

где q_г.п, q_г.р — поступления тепла, ккал/(м²∙ч), соответственно от прямой и рассеянной солнечной радиации в июле через горизонтальное остекление светового проема, принимаемые для рас­четного часа суток по приложению 17.

При расчетах СКВ следует принимать наибольшие значения суммарной или рассеянной радиации через световые проемы за­данной ориентации за те часы, в течение которых помещение эксплуатируется (приложение 17).

При определении поступлений тепла в помещения, имею­щие остекленные проемы в противоположных стенах, следует рассчитывать поступления тепла через каждое ограждение от­дельно и принимать в расчет наибольшую их сумму за период эксплуатации помещения (если не задан расчетный час суток).

При определении поступлений тепла в помещения, имеющие световые проемы в стенах, расположенных под углом друг к дру­гу, большее значение поступлений тепла (когда не задан расчет­ный час суток) следует определять, составляя почасовой график поступлений тепла по ходу солнца за период эксплуатации поме­щения, начиная с предшествующего часа. При применении на­ружных солнцезащитных строительных конструкций для затенен­ной площади следует учитывать поступления тепла только от рассеянной радиации.

При определении расчетного количества тепла, поступающе­го в помещение за счет солнечной радиации через световые про­емы без средств солнцезащиты в помещении или-в межстекольном пространстве, следует учитывать аккумуляцию части тепла внут­ренними ограждениями помещения. Это позволяет снизить мак­симальное поступление тепла в помещение за счет солнечной ра­диации в среднем на 10—20%.

Для уменьшения теплопоступлений от солнечной радиации ре­комендуется, по возможности, ориентировать помещения с кон­диционированием воздуха световыми проемами на север и севе­ро-запад, устраивать минимальное число световых проемов, избегать устройства фонарей, применять защитные противора­диационные приспособления: двойные остекленные проемы, шторы, козырьки, жалюзи и т. д. Это может значительно умень­шить поступление тепла от солнечной радиации.

Поступление тепла от работающих в помещении электродви­гателей и механического оборудования следует определять раз­дельно. Это обусловлено тем, что в зависимости от назначения оборудования потребляемая им энергия может полностью пере­ходить в тепло в помещении (ткацкие станки, крутильные ма­шины) либо частично удаляться из него с обрабатываемым про­дуктом или перекачиваемой жидкостью (насосы).

Тепловыделения от электродвигателей, ккал/ч

(54)

где N — установленная мощность электродвигателя, кВт; ƞ₁ — коэффициент загрузки электродвигателя, равный отношению сре­дней мощности, потребляемой оборудованием, к номинальной мощности электродвигателя; ƞ₂ — коэффициент одновременности работы электродвигателей; ƞ_э — коэффициент полезного дейст­вия электродвигателя, определяемый по каталожным данным.

Формула учитывает поступление тепла в помещения то­лько от электродвигателей, не имеющих принудительного охлаж­дения, отводящего тепло за пределы помещения.

Тепловыделения от оборудования, которое приводится в дей­ствие электродвигателями, ккал/ч

(55)

где ƞ₃— коэффициент перехода тепла в помещение, учитываю­щий часть тепла, которая может быть унесена из помещения об­рабатываемым материалом, перекачиваемой жидкостью или воз­духом.

Общие тепловыделения от электродвигателей и оборудования определяются суммированием результатов расчета по формулам.

Тепловыделения от электрического освещения и электрона­гревательных приборов, ккал/ч

(56)

где N — установленная мощность осветительной и нагреватель­ной аппаратуры, кВт.

Тепловыделения от нагретого производственного оборудова­ния и материалов, как правило, должны определяться по данным технологических тепловых балансов. Тепловыделения от нагре­тых поверхностей, ккал/ч

(57)

где F — теплоотдающая поверхность, м²; α_от — коэффициент те­плоотдачи, ккал/(ч∙м²∙°С); t_n — температура нагретой поверх­ности, °С; t_B — температура воздуха в помещении, °С.

Значения α_от для укрытий, воздуховодов и зонтов определя­ют по формуле

(58)

где v — скорость движения воздуха, м/с.

Тепловыделения от продуктов сгорания и химических реак­ций, если таковые протекают открыто в помещении (газовая сварка, стеклодувные работы), ккал/ч

(59)

где G — расход горючего, кг/ч;

Q^н_p —теплота сгорания горюче­го, ккал/кг;

ƞ_х=0,9 - 0,97 — коэффициент, учитывающий непол­ноту химического сгорания горючего.

Значение теплоты сгорания Q^н_p для некоторых газообразных горючих приведены в табл. 2.

Тепло- и влагопоступления от инфильтрации, т. е. проникно­вения наружного воздуха в помещение, происходят, главным

Количество вредных веществ, выделяющихся в производст­венные помещения, следует принимать по данным технологической части проекта или по нормам технологического проектиро­вания. При отсутствии этих данных допускается определять их по санитарным характеристикам, указанным в паспортах техно­логического оборудования, по материалам обследования анало­гичных предприятий или расчетом.

Производительность систем кондиционирования воздуха

Производительность СКВ следует рассчитывать отдельно для теплого, переходного и холодного периодов года.

Для каждого из периодов года расчет выполняют по таким формулам:

при расчете по избыткам явного тепла

(60)

при расчете по избыткам влаги

(61)

при расчете по избыткам полного тепла

(62)

при расчете по количеству выделяющихся вредных веществ

(63)

где Z_оз— количество воздуха, удаляемое из рабочей или обслу­живаемой зоны помещения местными отсосами, общеобменной вентиляцией и на технологические или другие нужды, м³/ч (объ­емная масса воздуха γ=1,2 кг/м³); Q_H, Qn—избытки соответ­ственно явного и полного тепла в помещении, ккал/ч; t₀₃— тем­пература удаляемого воздуха, °С; t_n — температура воздуха, подаваемого в помещение, °С; t_yx — температура воздуха, удаля­емого из помещения, °С; W — избытки влаги в помещении, г/ч; d₀₃ — влагосодержание удаляемого воздуха, г/кг; d_n— влагосодержание воздуха, подаваемого в помещение, г/кг; İ₀₃ — эн­тальпия удаляемого воздуха, ккал/кг; İ_ух — энтальпия воздуха, удаляемого из помещения за пределами рабочей или обслужи­ваемой зоны, ккал/кг; İ_п — энтальпия воздуха, подаваемого в помещение, ккал/кг; Z — количество вредных веществ, поступа­ющих в помещение, мг/ч; z₀.з — концентрация вредных веществ в удаляемом воздухе, мг/м³; z_yx — концентрация вредных ве­ществ в воздухе, удаляемом из помещения за пределами рабочей или обслуживаемой зоны, мг/м³; z_п — концентрация вредных веществ в воздухе, подаваемом в помещение, мг/м³.

Во всех приведенных выше формулах количество воздуха определено при объемной массе воздуха γ = 1,2 кг/м³. При необ­ходимости уточненных расчетов полученные объемы следует пе­ресчитывать, исходя из удельной массы воздуха, соответствую­щей действительным условиям.

При проектировании СКВ следует принимать большую из ве­личин L₁—L₄, полученных по формулам (60) — (63). Параме­тры воздуха, удаляемого из рабочей или обслуживаемой зоны, принимают равными заданным параметрам воздушной среды в помещении.

По формулам (60) — (63) определяют общую производи­тельность СКВ, при этом количество подаваемого в помещение наружного воздуха не должно быть менее требуемого по СНиП П-33-75.

При одновременном выделении в помещения нескольких вредных веществ однонаправленного действия воздухообмен сле­дует определять в соответствии с требованиями «Санитарных норм проектирования промышленных предприятий», суммируя воздухообмены, определенные расчетом. Когда выделяющиеся в помещения газы и пары могут образовать взрывоопасные сме­си, полученный воздухообмен следует проверять расчетом. До­пускаемая концентрация газов и паров не более 5% от нижнего предела взрываемости при параметрах наружного воздуха, при­нятых для СКВ.

При расчетах СКВ большей частью встречаются помещения с одновременным выделением тепла и влаги. Расчет количества воздуха для кондиционирования рекомендуется выполнять с по­мощью i – d диаграммы влажного воздуха, составленной для барометрического давления, соответствующего расчетному для данной местности.

При пользовании i – d диаграммой количество воздуха удоб­нее выражать в килограммах в час с последующим перево­дом (для выбора кондиционеров) в объемные единицы по фор­муле

(64)

где L — количество воздуха, м³/ч; G — количество воздуха, кг/ч; V — объемная масса воздуха, кг/м³.

В большинстве случаев при расчете СКВ параметры удаляе­мого воздуха t_ух, d_ух ,I_ух, L_yx принимают равными параметрам воздуха в обслуживаемой зоне d₀.₃, t₀.₃, I_о.з, L_о.з. При этом усло­вии, а также с учетом замены объемных единиц массовыми вме­сто формул (60) — (63) для упрощения расчетов могут быть ис­пользованы следующие формулы:

при расчете по избыткам явного тепла

(65)

при расчете по избыткам влаги

(66)

при расчете по избыткам полного тепла

(67)

при расчете по количеству выделяющихся вредностей

(68)

где G₁ — С₄ — производительность СКВ, кг/ч; Δt_р = t_оз— t_п — рабочая разность температур воздуха в обслуживаемой или ра­бочей зоне t_oз и подаваемого воздуха t_п °С; Δd_p — рабочая разность влагосодержаний воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне d₀.₃ и подаваемого воздуха d_п г/кг; ΔI_р — рабочая разность энтальпий воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне I₀._з и по­даваемого воздуха I_п, ккал/кг; ΔZ_P— рабочая разность концен­траций вредных веществ в воздухе обслуживаемой или рабочей зоны z₀.₃ и в подаваемом воздухе z_п, мг/кг.

Как правило, фактором, определяющим требуемую произво­дительность СКВ, являются избытки тепла в кондиционируемых помещениях, подлежащие ассимиляции. В связи с этим сущест­венное значение приобретает правильный выбор рабочей разно­сти температур Δt_р, от которой зависят размеры кондиционеров, каналов, мощности электродвигателей вентиляторов и насосов, т. е. в конечном счете капитальные затраты и эксплуатационные расходы. Значение этой разности температур Δt_р должно прини­маться максимально большим для повышения экономичности СКВ. Вместе с тем значение Δt_р должно удовлетворять санитар­но-гигиеническим требованиям и поэтому определяется расчетом в зависимости от принятой схемы воздухораспределения, кон­струкции воздуховыпускных устройств и расстояния от них до рабочей или обслуживаемой зоны.

В отдельных случаях при расчетах кондиционирования воз­духа высоких помещений с неравномерной тепловой нагрузкой по объему (зрительные залы, радиостудии, производственные цехи) учитывают, что температура уходящего воздуха в данных усло­виях t_Ух≠tо.з. В связи с этим при расчете по формуле (65) на­ряду с рабочей разностью температур Δt_р следует производить расчет, принимая полную рабочую разность температур Δt_пр, значение которой определяют по формуле

(69)

где t_yx — температура воздуха в зоне помещения, из которой удаляется воздух, °С.

Отношение

(70)

называемое коэффициентом неравномерности температур по высоте определяется при расчетах воздухораспределения в зави­симости от расположения приточных и вытяжных отверстий и конструкции воздухораспределителей либо по опытным данным. Если нет опытных данных для помещений высотой более 4 м, при подаче воздуха в среднюю или нижнюю зону и удалении из верхней зоны значение п можно определять по формуле

(71)

где Н — высота помещения, м.

Если температуры воздуха, удаляемого из обслуживаемой и верхней зоны, различны и известен объем воздуха, удаляемого из обслуживаемой зоны G₀,₃, то производительность СКВ опре­деляется по формуле

(72)

Если при тех же условиях известен объем воздуха, удаляемо­го из верхней зоны G_в, то

(73)

Во всех приведенных выше формулах по расчету определяет­ся полезная производительность кондиционеров L или G, т. е. количество воздуха, которое должно быть подано в кондициони­руемые помещения. В связи с тем, что при движении воздуха в каналах (воздуховодах) имеют место потери его, вызываемые неплотностями отдельных участков, требуемую (полную) про­изводительность кондиционеров L_п, м³/ч, или G_п кг/ч, определя­ют с учетом этих потерь по формулам:

(74-75)

где К_пот — коэффициент, учитывающий потери воздуха в кана­лах (воздуховодах).

Для стальных, пластмассовых и асбоцементных воздухово­дов длиною до 50 м

К_пот = 1,1. При длине воздуховодов более 50 м

К_пот = 1 + 0.002L (76)

где L — длина воздуховодов от вентилятора кондиционера до об­служиваемого помещения, м.

На холодный период года полезная производительность СКВ обычно может быть сокращена за счет уменьшения избытков яв­ного тепла в помещениях. Однако во всех случаях полезная про­изводительность СКВ не должна быть меньше производительно­сти, необходимой для удаления выделяющихся в помещении вредностей, для создания подпора в помещении и компенсации воздуха, удаляемого местными отсосами.

Задание на практическую работу:

Определить количество тепла, поступающее через 10 м² площади окна с двойным остеклением в металлических рамах в юго-западной стене здания, расположенного в промышленном районе г. Киева, при темпе­ратуре наружного воздуха 28,7°С и внутренней температуре 24°С, при от­сутствии искусственного затенения. Остекление — обычное листовое стекло толщиной 3 мм. Максимальные теплоизбытки в помещении приходятся на 13 ч.

Контрольные вопросы для самопроверки:

1. Какие исходные данные необходимы для расчета СКВ?

2. Что рассчитывается при расчете СКВ?

3. На основании каких данных подбирается СКВ?

4. Нарисовать схему СКВ с подогревом и охлаждением?

5. Нарисовать схему СКВ с рециркуляцией воздуха?

6. Нарисовать схему СКВ с рекуперацией воздуха?

Поиск по сайту: