Курсовая работа: Система кондиционирования воздуха в производственном помещении

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 камере кондиционера; 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.

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.

Таким образом, окончательно процесс обработки воздуха в холодный период года для прямоточной системы кондиционирования воздуха при наличии в помещении только теплоизбытков осуществляется по линии 1-4-0-3-2, где 1-4 - процесс нагрева наружного воздуха в калорифере первого подогрева; 4-0 - процесс адиабатического увлажнения воздуха в оросительной камере кондиционера; 0-3 - процесс нагрева воздуха в калорифере второго подогрева; 3-2 - естественный процесс подогрева воздуха в помещении за счет имеющихся там теплоизбытков.

Рис.4. Процессы обработки воздуха в холодный период года.

3.3 Расчёт воздухообмена в помещении

Массовый расход кондиционируемого воздуха:

для теплого периода года:

для холодного периода года:

где  - избыточная теплота в помещении соответственно для теплого или холодного периода года; - теплоемкость воздуха;  и - соответственно расчетная температура воздуха внутри помещения для теплого или холодного периода и температура приточного воздуха в соответствующий период (см. I-d диаграммы, рис. 3 и 4).

Объёмный расход кондиционируемого воздуха:

для теплого периода года:

для холодного периода года:

где плотность воздуха.

Кратность воздухообмена:

для теплого периода года:

для холодного периода года:

 объём кондиционируемого помещения.

Кратность воздухообмена показывает, сколько раз в течение одного часа воздух в помещении полностью обновляется. Величина кратности воздухообмена регламентируется СНиП в зависимости от назначения помещения. Для условий рассматриваемой задачи нормативная кратность воздухообмена составляет . Если в результате расчета получится значение , то следует без дополнительных расчетов принять  и скорректировать расход кондиционируемого воздуха.

Холодопроизводительность кондиционера для тёплого периода года:

где,  и  - энтальпия воздуха (см. I-d диаграмму, рис.3).

3.4 Выбор основного оборудования для системы кондиционирования воздуха

Выбор вентиляторов осуществляется по производительности и располагаемому напору, Количество и тип вентиляторов выбирается исходя из обеспечения максимального требуемого воздухообмена, что характерно для теплого периода года. Располагаемый напор вентилятора должен обеспечить компенсацию общих потерь напора в системе кондиционирования воздуха, определяемых условиями задания. Выбираем 5 вентиляторов Ц4-70 №8: , максимальный расход кондиционируемого воздуха , общие потери напора в системе кондиционирования (по условию) 1350Па.

Мощность электрического двигателя для привода вентилятора:

где,  - производительность одного вентилятора;  - плотность воздуха; - располагаемый напор вентилятора; к=1,1 - коэффициент запаса производительности вентилятора; - коэффициент полезного действия электропривода.

Исходя из условия комплектования вентилятора, калориферов и оросительной камеры в едином корпусе, количество кондиционеров необходимо выбирать такое же, что и количество вентиляторов. Число и тип кондиционеров определяется максимально требуемым воздухообменом. Выбираем 5 кондиционеров КН-20:

После выбора кондиционеров необходимо проверить соответствие приведенных в табл. основных характеристик с расчетными. Приведенные характеристики должны обеспечивать необходимые параметры применительно к условиям рассматриваемой задачи.

Сравнивается мощность электрического двигателя для привода вентилятора, рассчитанная по выражению с приведенной в таблице. Приемлемым решением является условие, при котором

Калорифер первого подогрева работает только в холодный период года. Поэтому его теплопроизводительность рассчитывается на основе процессов, построенных на I-d диаграмме для этого периода (рис. 4, процесс 1-4):

где, - теплопроизводительность калорифера первого подогрева в расчете на один кондиционер; - массовый расход воздуха в холодный период в расчете на один кондиционер;  и - соответственно теплосодержание воздуха после калорифера первого подогрева и на входе в него.

Полученная расчетная теплопроизводительность сравнивается с табличной. Решение считается правильным при выполнении условия

Калорифер второго подогрева работает и в теплый, и в холодный период года.

Для теплого периода теплопроизводительность калорифера второго подогрева рассчитывается на основе процессов, построенных на I-d диаграмме (рис. 3, процесс 0-4):

Для холодного периода теплопроизводительность калорифера второго подогрева рассчитывается также на основе процессов, построенных на I-d диаграмме (рис.4 процесс 0-3):

Из двух получившихся теплопроизводительностей выбирается большая, и сравнивается с табличной теплопроизводительностью. Решение считается правильным при выполнении условия

Массовый расход воды на орошение:

где, - холодопроизводительность одного кондиционера; - температура воды на выходе из оросительной камеры, определяемая по I-d диаграмме (рис. 4, температура в точке m),  - температура воды на входе в оросительную камеру (на выходе из холодильной машины), принимается на 4-6°С ниже, чем , но не ниже +5°С;  - теплоемкость воды.

Объёмный расход воды:

где,  плотность воды.

Расчетный объемный расхода воды сравнивается с табличной производительностью насоса. Приемлемым решением является условие, при котором

Выбор холодильной установки осуществляется по величине холодопроизводительности кондиционера. Основные технические характеристики некоторых типов холодильных машин приведены в приложении.

Компоновка холодильных машин в системе кондиционирования воздуха может осуществляться либо в едином корпусе (если число холодильных машин соответствует числу кондиционеров), либо в виде отдельного узла холодопроизводства.

Выбранное оборудование для системы кондиционирования:

5 вентиляторов Ц4-70 №8;

5 кондиционеров КН-20;

8 холодильных установок ФМ 90 (отдельный узел холодопроизводства).

4. Разработка схемы воздухораспределения в помещении

4.1 Составление схемы воздухораспределения

Основной задачей воздухораспределения является обеспечение равномерной раздачи подготовленного воздуха по всему объёму помещения. При разработке схемы на основании опыта проектирования и в соответствии с требованиями СНиП необходимо обеспечить ряд условий, в частности: максимальная общая протяженность сети воздуховодов не должна превышать 50м; расстояние от боковых и торцевых стен помещения до воздухораспределителей не должно превышать 6м; расстояние между отдельными воздухораспределителями не должно превышать 12м; через каждый воздухораспределитель должно поступать одинаковое количество воздуха; скорость движения воздуха в магистральных сетях принимается 8-12м/с, а в ответвлениях и концевых участках 3-6 м/с; общее сопротивление сети воздуховодов должно быть меньше свободного давления вентилятора на выходе из кондиционера. Схема воздухораспределения с торцевым расположением приточной камеры представлена на рис. 5.

где - диаметр воздуховода.

При проектировании схемы воздухораспределения следует принимать стандартные размеры воздуховодов. Наиболее распространенные типоразмеры воздуховодов круглого сечения приведены в приложении. После выбора размеров и формы стандартных воздуховодов для дальнейших расчетов следует уточнить скорость движения воздуха:

4.2 Аэродинамический расчёт системы воздухораспределения

Целью аэродинамического расчета является определение потерь напора (сопротивления) системы воздухораспределения и сопоставление этих потерь со свободным давлением вентилятора, определяемым заданием. Расчет считается выполненным правильно, если обеспечивается условие .

Расчётное давление (потери напора) определяются по формуле:

где,  потери напора на трение отдельных участков; потери напора на местные сопротивления отдельных участков; 1,1 – коэффициент запаса на непредвиденные сопротивления.

Для выполнения расчета предварительно составляют схему и разбивают ее на отдельные участки, в пределах которых расход воздуха, размер воздуховодов и скорость движения воздуха постоянны.

Расчетная схема составляется для наиболее протяженной ветви сети воздуховодов. Расчет начинают с наиболее удаленного участка.

Потери напора на трение для каждого участка рассчитываются по выражению:

где, коэффициент сопротивления трению для отдельного участка; длина отдельного участка; диаметр круглого воздуховода; плотность воздуха; скорость движения воздуха на отдельном участке.

Определение коэффициента сопротивления трению:

где, определяющий размер воздуховода; число Рейнольдса для определённого участка воздуховода.

Число Рейнольдса для каждого участка:

Суммарные потери на трение всего воздуховода:

Потери напора на местные сопротивления на отдельных участках:

где, воздухораспределитель; отвод 90°; конфузор; тройник на проходе; диффузор после вентилятора.

Суммарные потери местных сопротивлений всего воздуховода:

Величина полных потерь напора:

Поскольку  аэродинамический расчет считается выполненным правильно.

Список литературы

1.  Расчет системы кондиционирования воздуха в производственном помещении: Методические указания по выполнению курсовых проектов/Составитель А.Ф. Мурзич; СПб ГТУРП, СПб,2001.47с.ил.7.