Лекция №5

Лекция №5 СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА (СКВ)

Кондиционированием воздуха называют создание и автоматическое поддержание в закрытых помещениях t, , v (температуру, относительную влажность, скорость движения воздуха на рабочем месте) и чистоту воздуха. Дополнительная задача – поддержание давления, газового состава и ионного состава воздуха в помещении. Основные термодинамические процессы при кондиционировании воздуха: зимой – нагревание и увлажнение воздуха; летом – воздух осушается и охлаждается. Схематично СКВ представлена на рис. ниже.

Рис. 7.1.

Через воздухозаборное устройство 1 наружный воздух попадает в кондиционер 2, где проходит тепловлажностную обработку и вентилятором 3, как правило, входящим в состав кондиционера отдельной секцией, через центральный воздуховод 4, местные воздуховоды 5 и через устройства подачи воздуха 6 подается непосредственно в рабочую зону помещения. Рабочей зоной считается область помещения, находящаяся на расстоянии 1,5 м от пола или рабочей площадки, где находится работающий человек.

В некоторых случаях, допускаемых санитарными нормами по содержанию вредных веществ в воздухе обслуживаемых помещений, используют возвращаемый через рециркуляционный воздуховод 7 на вход кондиционера 2 воздух из помещения. Это мероприятие позволяет экономить энергию в виде теплоты и холода в процессе обработки воздуха. Для обеспечения работы кондиционера необходимы подача охлажденной в холодильной установке 8 (или холодильной станции) воды насосом 9.

Классификация СКВ

Установившейся классификации СКВ не существует. В литературе указывается, по каким признакам приблизительно можно провести класси-

фикацию СКВ. Согласно этим признакам СКВ подразделяются следующим образом.

1) По назначению – на комфортные и технологические, а также технологически - комфортные в помещениях с длительным пребыванием людей. Комфортные СКВ предназначены для создания и автоматического поддержания температуры t C, относительной влажности %, чистоты и скорости движения воздуха, наиболее отвечающих санитарно-гигиеническим требованиям; технологические СКВ предназначены для обеспечения параметров воздуха, в максимальной степени отвечающих требованиям производства продукции. Технологическое кондиционирование в помещениях, где находятся люди, осуществляется с учетом санитарногигиенических требований.

2)По режиму работы – на круглогодичные, поддерживающие требуемые параметры воздуха в течение всего года, и сезонные, осуществляющие для холодного периода года нагрев и увлажнение воздуха,

адля теплого периода – охлаждение и осушку воздуха.

3)По характеру связи с обслуживаемым помещением - на центральные и местные. В центральных СКВ кондиционеры устанавливаются вне обслуживаемых объектов. Системы предназначены для создания микроклимата в одном большом или нескольких мелких помещениях.

Центральные СКВ подразделяются в свою очередь на воздушные, при которых в обслуживаемые помещения подается только воздух (по одним или двумя каналам) и водовоздушные, при которых в кондиционируемые помещения подводятся воздух и вода, несущая теплоту или холод (или то и другое вместе).

В местных СКВ кондиционеры расположены и создают заданные условия воздушной сферы в небольших помещениях. Возможна установка местных кондиционеров на рабочих местах, в этом случае они создают нужный микроклимат только в части объема помещения (в зонах обслуживания).

4)По схеме обработки воздуха - на прямоточные, характеризующиеся обработкой в кондиционерах лишь наружного воздуха; частично рециркуляционные системы и с полной рециркуляцией, когда весь воздух из помещения подается на обработку в кондиционере (без подмешивания наружного воздуха).

На рис. 7.2 в виде схем представлены все существующие схемы

Рис. 7.2.

Схема на рис. 7.2а - прямоточная. Схемы на рис. б, в - с частичной рециркуляцией, при этом схема в кроме рециркуляционной линии имеет воздуховод, через который часть рециркуляционного воздуха пропускается мимо оросительной камеры кондиционера (другое название этой линии - байпас). Схема г - с полной рециркуляцией воздуха из помещения, такая схема обычно используется в технологических СКВ.

5)По давлению P, развиваемому вентилятором, - на системы низкого ( P < 1,0 кПа), среднего (1,0 Р 3,0 кПа) и высокого давления (ΔР 3,0 кПа).

6)По производительности - (имеются в виду отечественные кондиционеры) от 10 до 250 тыс. м3/ч (их принято называть центральными СКВ) и от 0,5 до 18 тыс. м3/ч (местные СКВ).

7)По способам обслуживания помещений с различными параметрами воздуха и тепло-влажностными режимами - на однозональные, многозональные (рис. 7.3). В многозональных СКВ подача воздуха в помещение осуществляется по однотрубным или двухтрубным схемам с применением доводчиков и смесителей.

Рис. 7.3.

В качестве однозональной, одноканальной СКВ может быть представлена раньше СКВ. В этом случае воздух подготавливается в центральном кондиционере и подается в обслуживаемое помещение. На рис. а изображена схема многозональной, одноканальной СКВ. Здесь предусматривают для каждого обслуживаемого помещения 7 отдельный воздухоподогреватель - доводчик с регулируемой теплопроизводительностью.

На рис. б приведена схема двухканальной, многозональной (в данном случае три зоны) СКВ. По одному каналу в смесители 6 подается воздух с максимальной для данного типа кондиционера относительной влажностью,max, %. По другому каналу подается в смесители нагретый в воздухоподогревателе воздух. В процессе смешения воздуха в смесителях 6 достигаются требуемые параметры воздуха t С, % подготовленного для подачи в соответствующие помещения. Расчетные параметры наружного воздуха для СКВ выбираются в зависимости от климатических условий местности и назначения обслуживаемого помещения.

8) По степени обеспечения требуемых параметров воздуха в обслуживаемом помещении в течение всего года СКВ подразделяют следующим образом:

а) СКВ для термоконстантных помещений. Такие СКВ используются для подачи воздуха в помещения лабораторий и промышленных предприятий прецизионного приборостроения.

б) СКВ для особо чистых помещений. Такие СКВ применяют при проведении процессов производства полупроводников, точной оптики и механики, где требуется высокой чистоты воздух.

Состояния воздуха и процессы на «i, d» – диаграмме влажного воздуха

Л.К.Рамзин построил «i, d» – диаграмму, которая широко используется в расчетах сушки, кондиционирования воздуха в ряде других расчетов, связанных с изменением состояния влажного воздуха. Эта диаграмма выражает графическую зависимость основных параметров воздуха (t, φ, pп, d, i) при заданном барометрическом давлении.

Элементы «i, d» – диаграммы показаны на рис. 7.4. Диаграмма построена в косоугольной системе координат с углом между осями i и d 135 . По оси ординат откладываются величины энтальпий и температур воздуха (i, кДж/кг сухого воздуха и t, С), по оси абсцисс – величины влагосодержаний влажного воздуха d, г/кг.

Рис. 7.4. Примерная «i, d» – диаграмма

Ранее уже упоминалось, что параметры (t C, i кДж/кг, φ %, d г/кг, pП Па), определяющие состояние влажного воздуха, на «i, d» – диаграмме можно графически изобразить точкой. Например, на рис. ниже точке А соответствуют параметры влажного воздуха: температура t = 27 С, относительная влажность φ = 35 %, энтальпия i = 48 кДж/кг, влагосодержание d = 8 г/кг, парциальное давление пара pП = 1,24 кПа.

Необходимо учитывать тот факт, что полученные графическим путем параметры влажного воздуха соответствуют барометрическому (атмосферному) давлению 760 мм рт. ст., для которого была построена приведенная на рис. «i, d» – диаграмма.

Практика использования графоаналитических расчетов для определения парциального давления пара с помощью «i, d» – диаграмм показывает, что расхождения между полученными результатами (в пределах 1 - 2 %) объясняется степенью точности построения диаграмм.

Если параметры точки А на «i, d» – диаграмме (рис. 7.5) iА,dА, а конечного Б – iБ , dБ , то отношение (iБ – iА) / (dБ – dА) · 1000 = ε представ-ляет собой угловой коэффициент линии (луча), характеризующий данное изменение состояния воздуха в координатах «i, d» – диаграммы.

Рис. 7.5. Определение углового коэффициента ε с использованием «i, d» – диаграммы.

Величина ε имеет размерность кДж/кг влаги. С другой стороны, в практике использования «i, d» – диаграмм заранее известна полученная расчетным путем величина ε.

В таком случае на «i, d» – диаграмме можно построить луч, соответствующий полученному значению ε. Для этого используют набор лучей, соответствующих различным значениям углового коэффициента и нанесенных по контуру «i, d» – диаграммы. Построение этих лучей производилось следующим образом (см. рис. 7.6).

Для построения углового масштаба рассматривают различные изменения состояния влажного воздуха, приняв при этом одинаковые начальные параметры воздуха для всех рассматриваемых на рисунке 4 случаев – это начало координат (i1 = 0, d1 = 0). Если конечные параметры обозначить через i2 и d2, то выражение углового коэффициента можно записать в этом случае

Построение на «i, d» – диаграмме углового масштаба.

Определение температуры точки росы tР и температуры мокрого термометра tМ с помощью «i, d» – диаграммы.

Температура точки росы – это температура воздуха в насыщенном состоянии при данном влагосодержании. На «i, d» – диаграмме для определении tР необходимо из точки данного состояния воздуха (точка А на рис. ниже) опуститься по линии d = const до пересечения с линией насыщения φ = 100 % (точка Б). В таком случае изотерма, проходящая через точку Б, соответствует tР.

Рис. 7.7.

Определение значений tР и tМ на «i,d» – диаграмме

Температура мокрого термометра tМ равна температуре воздуха в насыщенном состоянии при данной энтальпии. В «i, d» – диаграмме tМ проходит через точку пересечения изотермы с линией φ = 100 % (точка В) и

практически совпадает (при параметрах, имеющих место в системах кондиционирования) с линией I = const, проходящей через точку Б.

Изображение процессов нагревания и охлаждения воздуха на «i, d» - диаграмме. Процесс нагревания воздуха в поверхностном теплообменнике – калорифере в «i, d» – диаграмме изображается вертикальной линией АБ (см. рис.ниже) при d = const, так как влагосодержание воздуха при кон-такте с сухой нагретой поверхностью не изменяется. Температура и энтальпия при нагревании увеличивается, а относительная влажность уменьшается.

Процесс охлаждения воздуха в поверхностном теплообменникевоздухоохладителе может быть реализован двумя путями. Первый путь – охлаждение воздуха при постоянном влагосодержании (процесс а на рис. 1.6). Этот процесс при d = const протекает в том случае, если температура поверхности воздухоохладителя будет выше температуры точки росы tР. Процесс пройдет по линии ВГ или в крайнем случае – по линии ВГ’.

Второй путь – охлаждение воздуха при уменьшении его влагосодержания, что возможно только при выпадении влаги из воздуха (случай б на рис. 7.8). Условие реализации такого процесса – температура поверхности воздухоохладителя или любой другой поверхности, контактирующей с воздухом должна быть ниже температуры точки росы воздуха в точке Д. В этом случае будет происходить конденсация водяного пара в воздухе и процесс охлаждения будет сопровождаться уменьшением влагосодержания в воздухе. На рис. этот процесс пойдет по линии СЖ, причем точка Ж соответствует температуре tП.В. поверхности воздухоохладителя. На практике процесс охлаждения заканчивается раньше и достигает, например, точки Е при температуре tЕ.

Рис. 7.8. Изображение процессов нагревания и охлаждения воздуха на «i, d» – диаграмме

Процессы смешения двух потоков воздуха в «i, d» – диаграмме.

В системах кондиционирования воздуха используются процессы смешения двух потоков воздуха с различным их состоянием. Например, использование рециркуляционного воздуха или смешение подготовлен-ного воздуха с воздухом внутри помещения при подаче его из кондицио-нера. Возможны и другие случаи смешения.

Представляет интерес для расчетов процессов смешения найти связь между аналитическими расчетами процессов и их графическими изображениями на «i, d» – диаграмме. На рис. 7.9 представлены два случая