Для анализа работы СКВ при неполном заполнении помещения людьми или при частичном отключении тепловыделяющего оборудования строят процесс обработки воздуха для расчетных зимних и летних условий аналогично рассмотренному в Главе 5, принимая измененные значения тепло-влажностного отношения е и минимального расхода наружного воздуха в схеме с рециркуляцией воздуха. Сравнивая результаты построения процессов для расчетных и измененных нагрузок, делают вывод об изменении режимов работы отдельных аппаратов СКВ — воздухонагревателей, воздухоохладителей, блока увлажнения, которые следует учесть при подборе соответствующего оборудования и при разработке функциональной схемы автоматического регулирования.
На рисунке 7.9 показано сравнение работы центральной установки кондиционирования воздуха при расчетных и измененных нагрузках в холодный и теплый периоды года для помещения с прямоточной СКВ при неполном заполнении его людьми. Точки, имеющие индекс т, соответствуют измененным нагрузкам. В теплый период года при снижении тепло- и влагопоступлений в помещении уменьшится угловой коэффициент процесса, и станет равным г"1. Яри сохранении расхода приточного воздуха потребуется увеличение температуры приточного воздуха и точка, характеризующая состояние приточного воздуха, переместится из точки Пт в точку //.". Для доведения наружного воздуха до нового состояния приточного воздуха потребуется при неизменной температуре холодной воды, поступающей в поверхностный воздухоохладитель, увеличить ее расход, чтобы довести воздух до состояния точки От, после чего нагреть воздух в воздухонагревателе второй ступени.
Воздухонагреватели второго подогрева следует рассчитывать для режима минимальной нагрузки. По мере увеличения теплопоступлений в помещении необходимо уменьшать расход горячей воды через теплообменник. Если схема не включала воздухонагреватель второй ступени, следует изменить направление процесса мокрого охлаждения воздуха, уменьшая начальную температуру холодной воды, а также снизить степень охлаждения воздуха, уменьшая расход холодной воды, чтобы довести воздух на выходе из поверхностного воздухоохладителя до состояния, характеризуемого точкой ПТ"'. Такую возможность должна обеспечить система автоматического регулирования СКВ. В холодный период года точка, характеризующая состояние приточного воздуха при уменьшенной нагрузке, займет положение Я/. Чтобы довести наружный воздух до этого состояния, по сравнению с максимальной нагрузкой, необходимо увеличить расход теплоты в воздухонагревателе первой ступени и изменить соотношение количества увлажняемого воздуха и проходящего через байпас. В схеме со вторым подогревом необходимо увеличить расход теплоты, передаваемой воздуху, в воздухонагревателе — как первой, так и второй ступени. В этом случае оба воздухонагревателя следует рассчитывать на режим минимальной нагрузки в помещении.
Posts Tagged ‘теплообменник’
Анализ работы СКВ при неполном заполнении помещения людьми
Понедельник, сентября 28, 2009Горячая вода в теплообменниках ЭКД
Понедельник, сентября 28, 2009В холодный период года в теплообменники ЭКД, размещенные в периметральной зоне, может подаваться горячая вода, и они берут на себя функцию отопительных приборов. Точка Вх определяет состояние внутреннего воздуха во всех помещениях в холодный период года. Температура и энтальпия первичного воздуха при поступлении в ЭКД должны быть ниже температуры и энтальпии внутреннего воздуха, что позволяет удалять теплоизбытки в отдельных помещениях, например внутренней зоны. Они могут быть определены расчетом из уравнения теплового баланса для характерного помещения с максимальными теплопоступлениями. Влагосодержание первичного воздуха определяют по формуле 6.30 для помещения, где наблюдаются наименьшие влагопоступления. На пересечении линии d4n = const afe- 90% получают точку 0х, характеризующую состояние первичного воздуха после блока адиабатного увлажнения. Наружный воздух (точка // ) нагревается в воздухонагревателе до состояния в точке К, полученной на пересечении линии постоянного влагосодержания dxH = const и постоянной энтальпии if = const, и увлажняется и охлаждается в блоке адиабатного увлажнения до состояния точки О. Через точку Вх проводят лучи изменения состояния воздуха в помещениях с соответствующими значениями угловых коэффициентов процесса ех и е/, на пересечении которых с изотермами приточного воздуха находят точки П,х и Я/, характеризующие состояние смеси первичного и вторичного воздуха на выходе из ЭКД в соответствующих помещениях. Линии П,ХВХ, П2ХВХ — лучи процессов изменения состояния приточного воздуха в этих помещениях. Температуру приточного воздуха в соответствующих помещениях вычисляют из уравнений теплового баланса по явной теплоте при известном количестве приточного воздуха, определенном для теплого периода года при выборе ЭКД. Далее соединяют точку Пх с точками Я/ и Я/. Во втором помещении с максимальными теплопоступлениями не требуется нагревание воздуха в теплообменнике ЭКД, в первом помещении с недостатком теплоты воздух нагревается в теплообменнике ЭКД до состояния в точке К,, полученной на пересечении линий постоянного влагосодержания de - const и продолжения линии ПХПХ.
Система кондиционирования воздуха с зжекционными кондиционерами-доводчиками
Понедельник, сентября 28, 2009Центрально-местная система с эжекционными кондиционерами-доводчиками получила распространение в СССР. В этой разновидности водовоздушной системы в качестве местных агрегатов используют эжекционный кондиционер-доводчик. В настоящее время ведущие фирмы-производители сетевого оборудования для систем кондиционирования воздуха, например TROX, выпускают индукционные устройства для работы в системах вытесняющей вентиляции, принцип работы которых подобен принципу работы эжекционных кондиционеров доводчиков. Такие системы находят применение для помещений с особыми требованиями по шуму, а также для взрывоопасных помещений.
Центральная система кондиционирования воздуха (рисунок 6.22) обеспечивает подачу в эжекционный кондиционер-доводчик 5, установленный в помещении, первичного воздуха. Эжекционный кондиционер-доводчик (ЭКД) (рисунок 6.23) имеет встроенный теплообменник для охлаждения или нагревания рециркуляционного воздуха, в трубках которого циркулирует соответственно холодная или горячая вода. Подача и смешение рециркуляционного воздуха обеспечивается за счет эффекта эжекции при движении первичного воздуха через сопла с высокой скоростью. Смесь охлажденного или нагретого рециркуляционного воздуха с первичным, обработанным в центральном кондиционере 2, поступает в помещения. К теплообменникам эжекционних доводчиков подводится холодная или горячая вода через систему трубопроводов, которая может быть чаще всего двух- и четырехтрубной. Четырехтрубная система обеспечивает включение холодо- и теплоносителя в любой доводчик в любое время, а при двухтрубной системе — только сезонное общее, пофасад-ное или групповое включение. Горячая и холодная вода подается к теплообменникам ЭКД от центральных источников тепло- и холодоснабжения. Регулирование температуры воздуха в помещении осуществляется изменением расхода холодо- теплоносителя с помощью регулирующего клапана 6 на обратном трубопроводе, встроенного в эжекционный доводчик, по сигналу датчика температуры воздуха в помещении.
Температура приточного воздуха в центральной системе
Понедельник, сентября 28, 2009Температура приточного (наружного) воздуха в центральной системе определяется условиями воздухораспределения, принятым типом воздухораспределителя, способом вентиляции (вытесняющая или перемешивающая). Как правило, предварительно задают рабочую разность температур в пределах рекомендуемых значений в зависимости от способа вентиляции и выбранного типа воздухораспределителя.
Температура воздуха после охлаждения в фэнкойле или напольном конвекторе изменяется в диапазоне 12-16°С и зависит от параметров воздуха в помещении, скорости вращения вентилятора, количества рядов трубок воздухоохладителя, расхода воды через теплообменник. Может быть ориентировочно принято среднее значение 14°С, которое уточняют после выбора типоразмера фэнкойла или напольного конвектора.
По ориентировочному расходу рециркуляционного воздуха подбирают типоразмер фэнкойла так, чтобы полученный расход был равен или близок расходу воздуха при максимальной или средней скорости вращения вентилятора через фэнкойл.
При построении процессов обработки воздуха возникает вопрос о способах охлаждения наружного воздуха в центральном кондиционере и рециркуляционного воздуха в поверхностном теплообменнике местного агрегата. Речь идет о так называемом "сухом" охлаждении, когда процесс охлаждения воздуха в поверхностном воздухоохладителе-теплообменнике происходит при постоянном влагосодержании, и "мокром" охлаждении, когда при температуре наружной поверхности теплообменника ниже точки росы охлаждаемого воздуха происходит конденсация водяных паров, содержащихся в воздухе, при этом воздух охлаждается с уменьшением влагосодержания.
Охлаждение воздуха в центральном кондиционере и местных агрегатах при постоянном влагосодержании возможно, например, для Москвы, когда влагосодержание наружного воздуха по параметрам Б меньше максимально возможного влагосодержания при верхнем уровне комфортных параметров и наблюдаются незначительные влаговыделения в помещении. Для тех географических пунктов, где расчетное влагосодержание наружного воздуха имеет более высокие значения, возникает необходимость в осушении воздуха для поддержания в помещении относительной влажности воздуха в диапазоне оптимальных значений. Осушение воздуха реализуется при "мокром" охлаждении.
Водовоздушная система кондиционирования воздуха
Понедельник, сентября 28, 2009В водовоздушных системах в кондиционируемое помещение вводится воздух, обработанный в центральном кондиционере, и вода, несущая тепло или холод. В отечественной практике эти системы называются местно-центральные. Воздух, называемый первичным, и вода обрабатываются в центральных установках, а затем по системе воздуховодов и трубопроводов подаются во все помещения здания. Вода используется для охлаждения или нагревания вторичного (рециркуляционного) воздуха помещения в теплообменниках местных агрегатов. Водовоздушные системы применяются для помещений со значительными явными тепловыделениями, где не требуется жесткое поддержание заданного значения относительной влажности воздуха. Эти системы хорошо себя зарекомендовали за рубежом в офисных зданиях, больницах, гостиницах, школах, жилых зданиях, исследовательских лабораториях. Они могут применяться в многозональных производственных помещениях точного машиностроения, радиотехнической, фармацевтической, пищевой промышленности и т.д. В последние годы получили широкое распространение в России. В водовоздушных системах в качестве местных агрегатов, устанавливаемых в помещении, применяют эжекционные, вентиляторные доводчики, напольные конвекторы и охлаждающие панели.
Особенностью проектирования водовоздушных СКВ является необходимость определения технологических нагрузок на СКВ раздельно для центральной системы и местных агрегатов. Кокорин О. Я. предлагает разделять общие избытки или недостатки теплоты в помещении на отдельные доли или составляющие с тем, чтобы одна доля ассимилировалась соответственно в аппаратах центральной системы, а другая — местными агрегатами. Для исключения перерасхода холода и теплоты в ранней отечественной литературе по местно-центральным СКВ было рекомендовано, чтобы центральная система ассимилировала 30-40% от общего количества избыточной теплоты в помещении, а местная система — 60-70%. В последних работах [29, 30] для поглощения постоянных теплоприто-ков (люди, оргтехника) для гражданских зданий рекомендуют в рабочее время использовать воздух, охлаждаемый в центральных аппаратах СКВ, а отвод переменных теплопритоков (солнечная радиация, поток за счет теплопередачи через наружные ограждения) осуществлять местными агрегатами. На основе этого разделения предложено определять нагрузки по холоду и теплоте на центральную систему и местные агрегаты. Более правильный путь — определение технологических нагрузок одновременно с выбором технологической схемы обработки воздуха в ходе построения на i - d диаграмме с учетом конкретных технических характеристик устанавливаемых местных агрегатов [8].
В зависимости от решаемых задач, особенностей объекта и применяемых местных агрегатов можно выделить возможные схемы, определяющие последовательность обработки воздуха во всех элементах водовоздушной СКВ. При использовании в качестве местных агрегатов вентиляторных доводчиков (фэнкойлов) таких схем три:
а) с независимой обработкой рециркуляционного воздуха в фэнкойле и наружного воздуха в центральном кондиционере (рисунок 6.19);
б) с предварительным смешением наружного необработанного воздуха с рециркуляционным в фэнкойле, а затем его обработкой — нагреванием или охлаждением (рисунок 6.20);
в) с предварительным смешением обработанного в центральном кондиционере наружного воздуха с рециркуляционным в фэнкойле, а затем его обработкой — нагреванием или охлаждением (рисунок 6.21). В схеме а) в теплообменнике фэнкойла охлаждается рециркуляционный (внутренний) воздух, поступающий в помещение независимо от потока обработанного в центральном кондиционере наружного воздуха. Приточный воздух в размере минимального расхода наружного воздуха обрабатывается в центральном кондиционере и поступает в помещения через воздухораспределители. Смешение двух потоков происходит непосредственно в самом помещении. В схемах обработки воздуха 6) и в) первоначально происходит смешение двух потоков наружного и рециркуляционного воздуха в смесительной камере фэнкойла, а затем — охлаждение или нагревание смеси в теплообменнике. При этом в схеме в) наружный воздух проходит соответствующую обработку в центральном кондиционере.
Применение двухканальных систем кондиционирования воздуха
Понедельник, сентября 28, 2009Применение двухканальных систем кондиционирования воздуха дает возможность снизить расход теплоты и холода по сравнению с центральными системами, но они все равно больше минимально неизбежных значений. Из-за отсутствия производства двухканальных смесителей эта схема не получила широкого распространения в России. Такие системы очень популярны в последнее время в Соединенных Штатах, особенно для административных зданий и гостиниц.
Преимущества таких систем:
— возможность индивидуального регулирования не только температуры, но и относительной влажности воздуха в отдельных помещениях;
— отсутствие в обслуживаемых помещениях теплообменников, трубопроводов тепло- и холодоно-сителя, все они размещены в вентиляционном центре;
— малая инерционность системы, быстрая реакция на изменение нагрузки;
— регулируемое количество наружного воздуха и постоянный расход приточного воздуха в помещение, что позволяет применять стандартные воздухораспределители, обеспечивать хорошее перемешивание воздуха в помещении и равномерное поле температуры;
— возможность ввода системы в эксплуатацию по частям и этажам по мере строительства здания;
— канал горячего воздуха обеспечивает поддержание температуры воздуха в зонах с низкой тепловой нагрузкой в режиме охлаждения, когда возможны утечки холодного воздуха через смесительный клапан.
Недостаток двухканальных СКВ:
— использованы противоположные процессы «охлаждение» и «нагревание», связанные с затратами энергии, что приводит к снижению энергетической эффективности системы;
— сложность и увеличение затрат на устройство и тепловую изоляцию прокладки двух каналов воздуховодов;
— высокие скорости и потери давления из соображения экономии места для прокладки воздуховодов;
— утечки воздуха в воздуховодах;
— утечки воздуха через смесительный клапан вызывают необходимость увеличения тепловой мощности воздухонагревателя и воздухоохладителя;
— необходимость поддержания постоянства расхода воздуха, подаваемого в помещение, требует затрат на автоматизацию смесительных устройств;
— сложность обеспечения гидравлической устойчивости сети воздуховодов.
Устойчивая работа системы с переменным расходом воздуха
Понедельник, сентября 28, 2009Устойчивая работа системы с переменным расходом воздуха предполагает управление расходами приточного и вытяжного воздуха в одних ответвлениях таким образом, чтобы это не влияло на изменения этих расходов в других ответвлениях. Это частично преодолевается при конструировании и аэродинамическом расчете таких систем методом постоянных статических давлений. В противном случае требуется расчет потокораспределения в вентиляционной сети для каждого шага управления, для чего необходимо соответствующее программное обеспечение.
В то же время система с переменным расходом позволяет экономить определенные статьи капитальных затрат (трубопроводы, арматура, насосы, теплообменники, система отвода конденсата), а также эксплуатационные затраты за счет снижения расхода электроэнергии, теплоты и холода с изменением общего расхода воздуха. Однако высокая стоимость микропроцессорной системы управления повышает единовременные затраты и делает их сопоставимыми, например, с затратами на систему с вентиляторными доводчиками.
Преимущества системы с переменным расходом воздуха:
— экономия энергии за счет снижения мощности, потребляемой вентилятором, и уменьшения расходов холода, теплоты и воды на обработку воздуха в центральном кондиционере;
— снижение шума при уменьшении нагрузки;
— высокая гибкость системы, возможность наращивания мощности.
Прямоточная схема с равняемым процессом
Понедельник, сентября 28, 2009Под управляемым процессом в поверхностном воздухоохладителе или камере орошения при политропном охлаждении понимают процессы тепломассообмена при изменении параметров воздуха и воды на выходе из теплообменника и, соответственно, количества передаваемой теплоты (холода) под действием управляющих воздействий. В качестве управляющего воздействия изменяют расход холодной воды с помощью двухходовых или трехходовых регулирующих клапанов на трубопроводах или переменного числа оборотов насоса. Этот способ называется количественным регулированием. Если начальная температура холодной воды остается неизменной, а расход воды через теплообменник изменяется, то параметры конечного состояния воздуха будут находиться на линии процесса охлаждения, направленной на точку с температурой поверхности на линии насыщения, определяемой начальной температурой холодной воды. При изменении температуры воды, поступающей в воздухоохладитель путем подмешивания обратной воды, прошедшей теплообменник, происходит изменение направления процесса охлаждения. Этот способ называется качественным регулированием. Второй способ применяется редко.
Схема компоновки оборудования центрального кондиционера, соответствующая прямоточной схеме с управляемым процессом, представлена на рисунке 5.11 а. В схеме предусмотрена возможность изменения расхода воды через поверхностный воздухоохладитель с помощью трехходового разделительного регулирующего клапана по сигналу датчика температуры воздуха в помещении (температуры приточного воздуха).
Для построения управляемого процесса следует соединить точку TV с точкой Н и продлить полученную линию до пересечения с ср = 100% в точке предельного состояния воздуха (средняя температура охлаждающей поверхности) (рисунок 5.11 б). Для проверки возможности реализации процесса «мокрого» охлаждения в воздухоохладителе центрального кондиционера на линии насыщения ср = 100% проверяют соотношение 5.15. Если соотношение выполняется, то НП1 — процесс охлаждения и осушения всего количества воздуха при уменьшенном расходе воды через теплообменник, НО — воображаемый (теоретический) процесс охлаждения и осушения воздуха при максимальном расходе воды через теплообменник.
Cхема с использованием воздухонагревателя второго подогрева
Понедельник, сентября 28, 2009Прямоточная схема применяется в том случае, когда рециркуляции невозможна, нецелесообразна (энтальпия удаляемого воздуха из помещения больше энтальпии наружного воздуха iy > iH) или необходимость в рециркуляции отсутствует (минимально необходимый расход наружного воздуха больше расхода приточного воздуха, определенного на удаление полных теплоизбытков в помещении, G„ > G„). При проектировании следует всегда стремиться к исключению рециркуляции и применению прямоточной схемы обработки воздуха. Схема компоновки оборудования центрального кондиционера, соответствующая прямоточной схеме с воздухонагревателем второго подогрева, представлена на рисунке 5.9 а. В схеме предусмотрена возможность регулирования температуры внутреннего (приточного) воздуха путем изменения расхода воды через поверхностный воздухонагреватель второго подогрева по сигналу датчика температуры воздуха в помещении (температуры приточного воздуха) и косвенное регулирование относительной влажности воздуха.
Для построения процесса при прямоточной схеме обработки воздуха линию dnl = const продляют до пересечения с линией ф„ = const в точке О,, отвечающей значению конечной относительной влажности воздуха на выходе из применяемого для целей охлаждения и осушения воздуха тепло-обменного аппарата (рисунок 5.9 б).
Для охлаждения и осушения воздуха может быть использована камера орошения, в которую для реализации политропного процесса подают воду на распыление с температурой ниже температуры точки росы начального состояния воздуха. Конечную относительную влажность воздуха на выходе из камеры орошения принимают равной в диапазоне 90-95%. Для охлаждения и осушения воздуха чаще используют поверхностные воздухоохладители, в которых при контакте воздуха с охлажденной поверхностью рекуперативного теплообменника наблюдается конденсация водяных паров и происходит уменьшение влагосодержания воздуха; этот процесс называют «мокрым» охлаждением. Конечная относительная влажность охлажденного и осушенного воздуха в поверхностном воздухоохладителе зависит от начальной относительной влажности воздуха.
Двухступенчатое испарительное охлаждение
Понедельник, сентября 28, 2009Температура мокрого термометра основного потока воздуха после охлаждения в поверхностном теплообменнике косвенного испарительного охлаждения имеет более низкое значение по сравнению с температурой мокрого термометра наружного воздуха, как естественный предел испарительного охлаждения. Поэтому при последующей обработке основного потока в контактном аппарате методом прямого испарительного охлаждения можно получить более низкие параметры воздуха по сравнению с естественным пределом. Такая схема последовательной обработки воздуха основного потока воздуха методом косвенного и прямого испарительного охлаждения называется двухступенчатым испарительным охлаждением. Схема компоновки оборудования центрального кондиционера, соответствующая двухступенчатому испарительному охлаждению воздуха, представлена на рисунке 5.7 а. Для нее также характерно наличие двух потоков воздуха: основного и вспомогательного. Наружный воздух, имеющий более низкую температуру по мокрому термометру, чем внутренний воздух в обслуживаемом помещении, поступает в основной кондиционер. В первом воздухоохладителе он охлаждается с помощью косвенного испарительного охлаждения. Далее он поступает в блок адиабатного увлажнения, где охлаждается и увлажняется. Испарительное охлаждение воды, циркулирующей через поверхностные воздухоохладители основного кондиционера, осуществляется при ее распылении в блоке адиабатного увлажнения во вспомогательном потоке. Циркуляционный насос забирает воду из поддона блока адиабатного увлажнения вспомогательного потока и подает ее в воздухоохладители основного потока и далее — на распыление во вспомогательном потоке. Убыль воды от испарения в основном и вспомогательном потоке восполняется через поплавковые клапаны. После двух ступеней охлаждения воздух подается в помещение.
Построение процессов изменения состояния воздуха при двухступенчатом испарительном охлаждении представлено на рисунке 5.7 б. Через точку Я проводят линию постоянного влагосодержания до пересечения с изотермой tK = const в точке К, характеризующей конечное состояние воздуха на выходе из поверхностного воздухоохладителя.