Лекция №9

помощью трехходового смесительного клапана; д – непосредственное присоединение к линиям с помощью пропорционального регулятора.

Присоединение камеры орошения с помощью индивидуального циркуляциионного насоса и трехходового смесительного клапана к линии холодной воды показано на рис. 13.1а. Вода из поддона поступает к трехходовому клапану, смешивается с холодной водой, поступающей от источника холода, и подается насосом к форсункам. Соотношение рециркуляционной и холодной воды изменяется по сигналу терморегулятора, датчик которого установлен за камерой орошения. Недостатком схемы является неустойчивая работа смесительного клапана, вызванная тем, что смешиваемые потоки поступают в клапан с разными давлениями.

Поэтому в настоящее время широко применяется схема, показанная на рис. 13.1б. Количество поступающей воды регулируется проходным клапаном, для предотвращения попадания холодной воды в поддон на рециркуляционной линии установлен обратный клапан.

Характерной особенностью схем (см. рис. 13.1, а, б, в) является разрыв струи после форсунок и вследствие этого возврат отепленной воды в источник холодоснабжения по самотечным трубопроводам. Для сбора отепленной воды на источнике устанавливают открытые баки, которые должны быть заглублены по отношению к уровню поддонов камер орошения.

Система холодопроводов значительно упрощается и удешевляется, если применять замкнутую схему циркуляции холодоносителя, например, с использованием воздухоохладителей поверхностного типа (рис. 13.1, г, д).

Схемы холодоснабжения СКВ от естественных источников холода

К естественным источникам холода относятся: лед; артезианские воды, воды холодных рек и озер; естественное испарение воды в устройствах испарительного охлаждения.

Схемы холодоснабжения СКВ от льда как источника холода

В установках кондиционирования воздуха применение льда может оказаться целесообразным в районах с коротким жарким летом и холодной зимой. В кондиционерах, где лед непосредственно соприкасается с воздухом, лед должен быть изготовлен из воды питьевого качества. Лед, намороженный в естественных условиях, наиболее целесообразно использовать путем стаивания непосредственно в бунте по методу инженера В.А. Бобкова. Лед намораживают на железобетонной площадке в виде бунта и укрывают слоем засыпной теплоизоляции (рисунок 13.2).

Основным недостатком такой системы является ее громоздкость. Так, для установки кондиционирования воздуха, предназначенной для работы в течение 100 летних дней по 8 часов со средней производительностью 230 кВт, требуется наморозить в течение зимы бунт объемом 2200 м3, для размещения которого требуется площадка размером 20 60 м. Разместить такую площадку не всегда возможно как в связи с большой занимаемой площадью, так и по архитектурным соображениям. Поэтому такие установки

применяют в основном для технологического кондиционирования воздуха, например на молокозаводах.

Рис. 3.2.

1 – лед; 2 – насыпная изоляция; 3 – трехходовой клапан; 4 – центробежный насос; 5 – перелив воды в канализацию; 6 – фильтр; 7 – приямок талой воды; 8 – гравийный фильтр; 9 – площадка; 10 – коллектор отепленной воды.

Для установок кондиционирования небольшой мощности можно исполь-зовать схему, приведенную на рисунке 13.3.

Рис. 13.3

1 – лед; 2- бак-холодогенератор; 3 – подача в бак отепленной воды; 4 – обводной вентиль для регулирования температуры воды; 5 – насос.

Лед загружают в теплоизолированный ледовый танк 2, в верхнюю часть которого подается отепленная вода из поддона кондиционера. Орошение льда производится с помощью форсунок или перфорированных труб. При

контакте с поверхностью льда вода охлаждается и затем сливается в поддон танка. Охлажденная вода насосом 5 подается к форсункам кондиционера.

Для регулирования температуры воды, подаваемой в камеру кондиционера, перед всасывающим патрубком насоса присоединяют трубу, с помощью которой к охлажденной воде можно подмешивать более теплую воду, поступающую из поддона кондиционера. Таким образом температура воды может меняться в достаточно широких пределах (от 1 - 2 оС до температуры охлаждаемого воздуха по мокрому термометру). Избыток воды, получающийся в результате таяния льда, удаляется в канализацию. Емкость ледового танка определяется частотой загрузки его новыми порциями.

Такая установка фригаторного типа получила применение в США. Она состоит из стального или железобетонного изолированного бака – холодогенератора, обычно размещаемого в подвальном этаже. Вода в холодогенераторе охлаждается вследствие контакта ее с поверхностью льда. Емкость холодогенератора обычно принимают в соответствии с суточной потребностью льда из расчета 150 кг льда на 1 м3 охлаждаемой воды.

Емкость холодогенератора в нем принимают в соответствии с суточной потребностью льда из расчета 150 кг льда на 1 м3 охлаждаемой воды.

Для приближенного расчета ледового танка рекомендуют следующую методику. Количество холода, получаемое при плавлении 1 кг льда и нагревании образовавшейся талой воды до температуры t2, равно 335,2 + t2 ср = 335,2 + 4,218t2 (где 335,2 – теплота плавления льда, кДж/кг, ср – удельная теплоемкость воды при 0 С, кДж/кг С) кДж/кг.

Если обозначить через t1 и t2 соответственно начальную и конечную температуры охлаждаемой воды, то количество воды, которое может быть охлаждено за счет плавления 1 кг льда, равно, кг:

Охлаждать воду можно путем погружения льда в воду или орошением ею льда. Непрерывное таяние льда в процессе охлаждения воды сопровождается уменьшением его поверхности, с уменьшением которой уменьшается и скорость таяния льда. С известным приближением скорость плавления льда можно определить по формуле, кг/ч

Для кусков льда, имеющих форму цилиндра, значение может быть

Значения коэффициента А и показателя степени n приведены в табл.

13.1.

Таблица 13.1.

Продолжительность плавления льда зависит от размера его кусков и разности температур. Эта зависимость имеет следующий вид:

a z

где Fo = d2 - критерий Фурье;

a – коэффициент температуропроводности воды; z – продолжительность таяния льда, час.;

d – диаметр цилиндрического куска льда,м;= r/ ср t – критерий Кутателадзе;

r – теплота плавления льда; ср – теплоемкость воды;

t = (t1 + t2)/2 – разность между средней температурой воды и температурой поверхности тающего льда, равной 0 С.

Раскрывая критерии в выражении (13.4), после соответствующих преобразований получают, час.:

Так как в действительности куски льда отличаются по форме от правильного цилиндра, использование приведенных выше зависимостей может дать только приближенный результат.

Исследования установки для кондиционирования воздуха с охлаждением водой после таяния льда показали, что при производительности установки в 62850 кДж/ч расход льда составлял около 2 т. в сутки. На 1 м3 рабочего объема танка при интенсивности орошения 2,13 м3/м2 ч коэффициент теплоотдачи колебался в пределах от 14665 до 16760 кДж/м2 ч С.

К числу преимуществ льда, применяемого в качестве источника холода, относят низкую первоначальную стоимость устройства и несложное холодильное оборудование. К недостаткам относят значительные эксплуатационные расходы, зависимость от источника льдоснабжения и трудности эксплуатации, связанные с транспортировкой, дроблением и загрузкой льда в танк.

Исследование на установке для кондиционирования воздуха с охлаждением воздуха с помощью льда, произведенное А.А.Гоголиным, показало, что при производительности установки 15000 ккал/ч расход льда составлял около 2 т в сутки. На 1м3 рабочего объема танка при интенсивности орошения 2,13

м3/м2 ч коэффициент теплопередачи колебался в пределах от 3500 до 4000 ккал/м3 ч град.

К числу преимуществ льда, применяемого в качестве источника холода, относят низкую первоначальную стоимость устройства и относительно

несложное холодильное оборудование. К недостаткам относятся значительные эксплуатационные расходы, зависимость от источника льдоснабжения и трудности эксплуатации, связанные с транспортировкой, дроблением и загрузкой льда в танк.

Использование артезианской и грунтовых вод

Возможность использования артезианских и грунтовых вод в качестве источника холода для СКВ определяется водоносностью почвенных горизонтов, температурой воды, ее химическим и бактериальном составом, жесткостью. Из перечисленных свойств температура является основным фактором применимости в СКВ. Артезианская вода должна быть тем холодней, чем более низкая температура воздуха должна поддерживаться в помещении и чем большей является нагрузка на СКВ по скрытой теплоте (от влагопритоков).

Так, для местности с расчетной температурой наружного воздуха 35 оС и относительной влажностью 35…40 % в жилых и общественных зданиях поддерживают температуру около 27 оС при относительной влажности 50…55 %. При обычных соотношениях тепло- и влагопритоков температура воздуха на выходе из воздухоохладителя должна быть около 15о С, что достигается применением воды, начальная температура которой 11…12 оС. Чтобы получить температуру воздуха в помещении порядка 24 оС при тех же параметрах наружного воздуха, необходима вода с температуру не выше 9 оС. При этом даже незначительное повышение начальной температуры воды приведет к резкому ухудшению влажностного режима внутри помещения. Это относится в первую очередь к помещениям с высоким влаговыделениям - театрам, кинотеатрам, залам заседаний и т.д.

При использовании в качестве источника холода артезианской воды целесообразнее применять двухступенчатое орошение воздуха (рисунок 13.4). Такая схема имеет экономические преимущества вследствие более эффективного использования запаса холода воды (при этой схеме обработки воды можно достичь большего температурного перепада охлаждающей воды). Как видно из рисунка, оросительная камера с помощью сепаратора разделена на две части, представляющие собой как бы две самостоятельные оросительные камеры. Вода из артезианской скважины смешивается с водой, стекающей из поддона первой ступени камеры по ходу воздуха. Затем смесь определенной температуры с помощью насоса 4 направляется в камеру второй ступени, в которой она разбрызгивается с помощью форсунок.

Рис.3.4

1 – сепаратор; 2 – первая ступень; 3 – вторая ступень; 4 – насос второй ступени; 5,7 – фильтр; 6 – насос первой ступени.

Выпавшая в поддон второй ступени отработанная вода забирается насосом 6 и подается в форсунки первой ступени. В результате контакта с воздухом поступающем в первую ступень температура воды еще повышается. Таким образом, температурный перепад воды в целом для камеры двухступенчатого орошения получается большим, чем у одноступенчатой камеры.

При использовании в качестве воздухоохладителя форсуночной камеры, где вода непосредственно контактирует с воздухом, артезианская вода должна быть питьевого качества. Поэтому необходимо бурить глубокие скважины несмотря на то, что чем глубже скважина, тем она дороже и тем выше температура получаемой воды. Вторым недостатком схем с использованием артезианской воды в форсуночной камере является большой расход воды на каждый киловатт холодопроизводительности, так как подогрев воды в ней небольшой (2…4 оС).

Удешевление системы может быть достигнуто за счет использования воздухоохладителя поверхностного типа вместо форсуночной камеры. В них вода может подогреваться на 8…10 оС и более. Поскольку в поверхностном воздухоохладителе нет непосредственного контакта воздуха с водой, то вода необязательно должна быть питьевого качества, лишь бы температура была низкой. Это позволяет использовать в СКВ грунтовые воды, залегающие на небольшой глубине, воды горных рек и т.п.

Для крупных СКВ при наличии артезианских скважин с водой, имеющей недостаточно низкую температуру, рекомендуют использовать комби-

нированные системы, где дополнительно используются холодильные установки. Эти системы можно подразделить на две основные группы: системы с предварительным охлаждением воздуха и системы с предварительным охлаждением воды.

На рисунке 13.5а показана схема с предварительным охлаждением воздуха, на рисунке 13.5б – схема с предварительным охлаждением воды.

В системах с предварительным охлаждением воздуха артезианская вода используется в воздухоохладителе первой ступени 2, а во второй ступени используется воздухоохладитель, питаемый искусственно охлажденной в испарителе 8 холодильной установки 6 водой. Эту систему применяют в тех случаях. Когда располагают небольшим количеством артезианской воды достаточно низкой температуры. Для того, чтобы как можно полнее использовать охлаждающую способность воды, после первой ступени охлаждения вода поступает в промежуточный бак 3, куда также сливают большую часть отепленной воды после конденсатора 9. В результате смешения обоих потоков артезианская вода нагревается на 20…25 оС, а конденсаторная вода охлаждается на 4…5 оС, после чего смесь из бака насосом 7 направляется в конденсатор холодильной машины.

Рис. 13.5

1 – артезианская скважина; 2 – воздухоохладитель предварительного охлаждения; 3 – бак артезианской воды; 4 – основной воздухоохладитель; 5,7 – центробежный насос; 6 – холодильная машина; 8 – испаритель холодильной машины; 9 – конденсатор холодильной машины;

10 – диффузионная скважина; 11 – канализационный коллектор.

Если имеется достаточно большое количество артезианской воды с сравнительно высокой температурой, то применяют схему с предварительным охлаждением воды (рисунок 13.5б). В данной схеме производительность холодильной установки не зависит от холодонагрузки СКВ, а определяется только тем, на сколько градусов необходимо охладить артезианскую воду

для должного осушения и охлаждения воздуха. В обеих схемах артезианскую воду под должным давлением сбрасывают в диффузионную скважину.

Артезианская вода, используемая в комбинированных схемах, не должна быть слишком жесткой, так как при жесткости свыше 20 ед. происходит засорение трубок конденсаторов осаждающимися солями, что вызывает повышение температуры конденсации.

Лекция 14 Продолжение темы: Холодоснабжение СКВ

Схемы холодоснабжения СКВ от холодильных машин (ХМ)

Классификация ХМ

В зависимости от вида физического процесса, в результате которого получают холод, холодильные машины разделяют на следующие типы:

-использующие фазовый переход рабочего тела из жидкого состояние в газообразное состояние (парокомпрессионные, эжекторные, абсорбционные);

-использующие процесс расширения воздуха с производством внешней работы (воздушные детандерные), для СКВ не используются;

-использующие процесс расширения воздуха без производства внешней работы (воздушные вихревые), для СКВ не используются;

-использующие эффект Пельтье (термоэлектрические).

Взависимости от холодопроизводительности холодильные машины условно разделяют на малые (производительностью до 15 кВт); средние (от 15 до 120 кВт) и крупные (свыше 120 кВт).

Взависимости от используемого рабочего тела холодильные машины разделяют на аммиачные, фреоновые, пропановые, этановые, воздушные, пароводяные, бромистолитиевые и др.

Подавляющее большинство действующих и изготовляемых холодильных машин представляют собой парокомпрессионные машины, которые в зависимости от типа используемого компрессора разделяют на поршневые, ротационные (пластинчатые и с катящимся ротором), винтовые и центробежные. Для систем кондиционирования воздуха в основном используют парокомпрессионные малой и средней производительности, фреоновые, поршневые и винтовые холодильные машины. В зависимости от температурного уровня, с которого осуществляется отвод теплоты в СКВ используют

высокотемпературные машины (теплота отводится при температурах примерно от – 10 до + 20 оС.

Существуют две группы СКВ, использующих холодильные машины в качестве источников холода: СКВ с непосредственным охлаждением воздуха

ввоздухоохладителях поверхностного типа (в них используются в основном местные автономные кондиционеры) и СКВ с промежуточным хладоносителем (на несколько кондиционеров работает одна холодильная установка или станция из нескольких установок).

Непосредственное охлаждение воздуха рекомендуется в установках с производительностью до 350 кВт. По этой схеме каждый кондиционер работает совместно с индивидуальным холодильным агрегатом (рис. 14.1).

В качестве хладоагента применяют R12, R22 или R502. Применение систем непосредственного охлаждения позволяет создавать компактные установки, так как при этом не используются баки, насосы, водяные и рассольные трубопроводы.

Рис. 14.1.

1 – конденсатор; 2 – фреоновый воздухоохладитель; 3 – компрессорноконденсаторный агрегат; 4 – терморегулирующий вентиль.

При проектировании систем с непосредственным охлаждением необходимо соблюдать некоторые требования: каждый компрессорноконденсаторный агрегат с воздухоохладителем или группой воздухоохладителей, присоединенных к данному агрегату, должен представлять собой отдельную холодильную машину, не сообщающуюся с другими машинами; компрессорноконденсаторные агрегаты должны размещаться на расстоянии не более 10 м от воздухоохладителей; в холодильной машине и аппаратах, обслуживающих данное помещение, должно содержаться не более 0,5 кг холодильного агента R12 или R22 на 1 м3 помещения.

Холодоснабжение нескольких кондиционеров, расположенных в разных местах осуществляют с помощью промежуточного хладоносителя, который охлаждается в центральных холодильных станциях. Вид хладоносителя выбирают в зависимости от требуемой температуры. При температуре 2 оС и выше применяют воду, при более низких температурах – различные рассолы. Часто применяют мало коррозионно активные вещества (например, водный раствор этиленгликоля – теплофизические свойства приведены в таблице

14.1).

Таблица 14.1.