Система кондиционирования воздуха в производственном помещении

Расчет систем кондиционирования воздуха для основной категории жилых и производственных помещений, в том числе и для рассматриваемой задачи, производится на расчетную температуру по группе Б, обеспечивающую «нормальное» состояние воздушной среды в помещении с отклонениями в экстремальных летних и зимних условиях.

Численные значения расчетных параметров наружного воздуха для г. Астрахань принимаются по климатологическим данным в соответствии со СНиП:

тёплый период: 

холодный период: 

Расчетная температура внутреннего воздуха в рабочей зоне помещения выбирается в зависимости от характеристики помещения и категории выполняемых работ.

Рабочей зоной считается пространство высотой до двух метров над уровнем пола или площадкой обслуживания, на котором находится рабочее место. Постоянным рабочим местом считается то место, где работающий находится большую часть (более 50% или более двух часов непрерывно) своего рабочего времени.

При определении расчетных метеорологических условий в помещении учитываются способность человеческого организма к акклиматизации в разное время года, интенсивность производимой работы и характер тепловыделений в рабочем помещении.

Параметры воздуха нормируются в зависимости от периода года. Различают три периода года: холодный, теплый и переходный. Переходным считается период, когда средняя температура наружного воздуха составляет +8 °С.

При учёте интенсивности труда все виды работ делятся на три категории: легкие, средней тяжести и тяжелые. По условиям рассматриваемого задания категория работ в производственном помещении относится к группе IIа.

Численные значения основных параметров воздуха в помещении регламентируются СНиП для категории IIа:

тёплый период:

температура – 

относительная влажность – 

скорость воздуха не более – 

холодный и переходный период:

температура – 

относительная влажность – 

скорость воздуха не более – 

2.2 Расчёт теплопоступлений  в помещение

Тепловыделения от работающего оборудования с электрическим приводом за счет перехода механической энергии в тепловую определяется по выражению

,

где Nуст - установленная мощность привода электродвигателя в расчёте на единицу оборудования, кВт, определяется заданием; kисп - коэффициент использования мощности электродвигателя, обычно рекомендуется принимать 0,8; kв - коэффициент одновременности работы оборудования, определяемый заданием, можно принять равным 1. Величина Qоб от периода года не зависит.

Теплопоступления от освещения для теплого и холодного периода года рассчитываются

,

где F=2280м2 - поверхность пола в помещении;

qoc = 40 Вт/м2 - норма освещенности 1 м2 в соответствий со СНиП;

kв - коэффициент одновременности работы осветительных установок: в холодный период можно принимать kв =1,0, в тёплый период kв = 0,5 - 0,6.

Теплопоступления от обслуживающего персонала для холодного и теплого периодов года рассчитываются по выражению

,

где m – число работников; Qявн - явные тепловыделения от одного человека, кДж/ч; r = 2250 кДж/кг - скрытая теплота парообразования; Wп – влаговыделения от одного человека, г/ч.

Теплопоступления от солнечной радиации через световые (оконные) проемы рассчитываются только для теплого периода года

,

где Focт - суммарная поверхность остекления, м2 ; qocт - плотность теплового потока, передаваемого за счет солнечной радиации, зависящая от ориентации световых проемов по сторонам света; Аост - эмпирический коэффициент, зависящий от вида остекления; k – эмпирический коэффициент зависящий, от прозрачности стекол.

Теплопоступления через внешние ограждения извне за счет более высокой температуры наружного воздуха при проектировании систем кондиционирования рассчитываются для теплого периода в том случае, если расчетная температура наружного воздуха превышает расчетную температуру воздуха внутри помещения на 5°С и более, т.е. tн т – tв т > 5 °С

где Foгp - поверхность внешнего ограждения за вычетом поверхности остекления, м2 ; koгp - коэффициент теплопередачи через ограждения, Вт/(м2 *0 С);tн т и tв т - соответственно расчетная температура наружного воздуха и воздуха внутри помещения, 0 С; aв и aн - соответственно коэффициент теплоотдачи от воздуха внутри помещения к стене и от наружной поверхности стены к наружному воздуху, Вт/(м2 *0 С); di - толщина отдельных слоев, составляющих стену, м; li - коэффициент теплопроводности материалов, из которых выполнена стена, Вт/(м*0 С).

Суммарные теплопоступления в помещение для теплого периода года в общем случае составляют

,

для холодного периода года

2.3 Расчёт тепловых  потерь помещением

Тепловые потери рассчитываются только для холодного периода года.

Тепловые потери через остеклённые оконные световые проёмы определяются по выражению

,

где Focт - суммарная поверхность остекления, м2 ; k - коэффициент теплопередачи через оконные проемы, Вт/(м2 0 С); tв х и tн х - соответственно расчетные температуры воздуха внутри помещения и наружного воздуха для холодного периода года, 0 С.

Значения коэффициента теплопередачи определяются в соответствии со СНиП.

Тепловые потери через наружные ограждения (боковые стены, полы, потолки) рассчитываются по выражению

где Foгp - поверхность наружных ограждений (за вычетом площади оконных и дверных проемов), м2 ; koгp - коэффициент теплопередачи через ограждения, Вт/(м2 *0 С); tв х и tн х - соответственно расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха для холодного периода, 0 С; n - эмпирический поправочный коэффициент, зависящий от характера ограждения.

Для условий рассматриваемого задания тепловые потери для помещений первого этажа рассчитываются через оконные проёмы, боковые стены, пол.

Суммарные тепловые потери помещением для холодного периода года составят

2.4 Расчет избыточной  теплоты в помещении

Избыточная теплота в помещении рассчитывается как разность между суммарными тепловыделениями и теплопотерями и составляет для теплого периода года

,

для холодного периода

 

3. Расчёт процессов  обработки воздуха в системе  кондиционирования

3.1 Построение  в I - d диаграмме процессов обработки воздуха в тёплый период

Построение процессов обработки воздуха осуществляется на основе принятой прямоточной системы кондиционирования воздуха (рис.1) при наличии в помещении только теплоизбытков, что определено условиями рассматриваемого задания. Последовательность построения процессов в I-d диаграмме рассмотрено на рис.3 .

На поле I-d диаграммы наносится точка 1, соответствующая расчетным параметрам наружного воздуха для теплого периода при известной температуре   и относительной влажности  . Затем наносится точка 2, соответствующая расчетным параметрам внутреннего воздуха при известной температуре   и относительной влажности  . Анализ взаимного расположения точек 1 и 2 на I-d диаграмме показывает, что общее направление процесса обработки воздуха в теплый период сводится к его охлаждению и осушению. Этот процесс реализуется в камере орошения кондиционера за счет разбрызгиваемой воды, температура которой должна быть ниже температуры точки росы обрабатываемого воздуха.

При этом следует учитывать два обстоятельства: во-первых, для предотвращения механического уноса капель влаги в систему воздуховодов на выходе из оросительной камеры величина относительной влажности не должна превышать  ; во-вторых, влагосодержание обрабатываемого воздуха на выходе из оросительной камеры должно соответствовать расчетному  влагосодержанию воздуха внутри помещения (в точке 2), так как по условиям задания в помещении отсутствуют влаговыделения. Учет этих факторов позволяет на поле I-d диаграммы нанести точку 0, характеризующую параметры воздуха на выходе из оросительной камеры.

Для этого сначала осуществляют построение линии нижней: пограничной кривой   и линии относительной влажности  . Точка 0 будет находиться на пересечении луча d2 =const, проведенного из точки 2 вертикально вниз, и линии относительной влажности  . Соединив точки 1 и 0 прямой линией, получают луч процесса охлаждения и осушения воздуха в оросительной камере кондиционера. Продлив луч процесса 1-0до пересечения с линией  , определяют точку m, температура в которой с известным приближением принимается в качестве конечной температуры охлаждающей воды на выходе из оросительной камеры  .

Затем определяют температуру приточного воздуха в помещении. За счет имеющихся в помещении теплоизбытков температура воздуха в рабочей зоне будет повышаться, что дает основание принимать температуру приточного воздуха на 4-6°С ниже, чем расчетная температура воздуха в помещении. Параметры приточного воздуха характеризуются положением точки 3, расположенной на линии d2 =const и отстоящей от точки 2 по значению температуры на 4-6 °С.

В теплый период года за счет более высокой температуры окружающего воздуха происходит естественный подогрев воздуха в воздуховодах и самом вентиляторе. Величина этого подогрева оценивается в 1,5-2 °С. Это позволяет определить положение точки 4, характеризующей параметры воздуха на выходе из калорифера второго подогрева. Точка 4 расположена на линии d2 =constи отстоит от точки 3 по значению температуры на 1,5-2 °С.

Таким образом, окончательно процесс обработки воздуха в теплый период года для прямоточной системы кондиционирования воздуха при наличии в помещении только теплоизбытков осуществляется по линии 1-0-4-3-2, где 1-0- процесс охлаждения и осушения наружного воздуха в оросительной камерекондиционера; 0-4- процесс подогрева воздуха в калорифере второго подогрева; 4-3 - процесс естественного подогрева воздуха в воздуховодах и вентиляторе; 3-2 - естественный подогрев воздуха в помещении за счет имеющихся там теплоизбытков.

Рис.3. Процессы обработки воздуха в тёплый период года.

№ точки	I, кДж/кг	φ, %	t, °C	d, г/кг
1	52	61	24,5	11
0	33	95	11,8	8,4
4	41	60	20	8,4
3	39	65	18	8,4
2	43	50	22	8,4

3.2 Построение  в I - d диаграмме процессов обработки воздуха в холодный период

Наносится на поле I-d диаграммы точка 1, соответствующая расчетным параметрам наружного воздуха для холодного периода года при известной температуре   и относительной влажности  . Затем наносится точка 2, соответствующая расчетным параметрам внутреннего воздуха при известной температуре   и относительной влажности  . Анализ взаимного расположения точек 1 и 2 на I-d диаграмме показывает, что общее направление процесса обработки воздуха в холодный период сводится к его нагреванию и увлажнению. Этот процесс реализуется в камере орошения кондиционера за счет разбрызгиваемой воды, температура которой должна быть выше температуры точки росы обрабатываемого воздуха. При этом в оросительной камере кондиционера осуществляется процесс адиабатического увлажнения воздуха.

Процесс адиабатического увлажнения характеризуется равенством между количеством теплоты, полученным поверхностью жидкости от окружающего воздуха, и количеством теплоты, затраченном на испарение. Поступающая к поверхности жидкости от наружного воздуха явная теплота полностью затрачивается на испарение части жидкости, переходя при этом в скрытую теплоту водяных паров. Образовавшиеся водяные пары поступают в окружающий воздух, увеличивая его влагосодержание и теплосодержание. Тем самым воздуху компенсируется снижение его теплосодержания в связи с расходом явной теплоты на испарение. Таким образом, для практических расчетов можно предполагать, что адиабатический процесс увлажнения воздуха осуществляется по линии постоянного теплосодержания I = const.

С учетом условий рассматриваемого варианта задания, изложенных в предыдущем параграфе, на поле I-d диаграммы наносят точку 0, характеризующую параметры воздуха на выходе из оросительной камеры. Для этого сначала осуществляют построение линии нижней пограничной кривой   и линии относительной влажности  . Точка 0 будет находиться на пересечении луча  , проведенного из точки 2 вертикально вниз и линии относительной влажности  . Проведя через точку 0 луч процесса адиабатического увлажнения по линии Io =const, а через точку 1 линию луча процесса нагревания воздуха в калорифере первого подогрева, получим точку 4 пересечения этих линий, параметры которой определяют состояние воздуха на входе в оросительную камеру.

Затем определяют температуру приточного воздуха в помещении. За счет имеющихся в помещении теплоизбытков температура воздуха в рабочей зоне будет повышаться, что дает основание принимать температуру приточного воздуха на 4 - 6 °С ниже, чем расчетная температура воздуха в помещении. Параметры приточного воздуха характеризуются положением точки 3, расположенной на линии  и отстоящей от точки 2 по значению температуры на 4 - 6°С. В холодный период года естественного подогрева воздуха в воздуховодах не происходит.