Шиляев.Типовые приверы расчета систем.Оторления вентиляции и кондиционирования

параметры, что может вызывать перерасход жидкости, а следовательно, и энергозатраты на обработку воздуха, в отличие от разработанной модели расчета оросительных камер кондиционеров воздуха.

3.3.2. Расчет воздухонагревателей

Расчет воздухонагревателей осуществляют на два периода года: в начале производят расчет на холодный период, затем – на теплый период года. Также раздельно производят расчет воздухонагревателей первого и второго подогрева.

Целью расчета воздухонагревателей является определение требуемой и располагаемой поверхностей теплопередачи и режима их работы [1, 33].

Исходными данными для расчета являются: массовый расход воздуха через воздухонагреватель Gпр , кг/ч; начальная и ко-

нечная температура воздуха tн и tк соответственно в ºС; начальная и конечная температура горячего теплоносителя (перегретой воды) twн и twк соответственно в ºС (принимается для расчета twн= 150 ºС, twк= 70 ºС).

При поверочном расчете задаются типом и числом базовых воздухонагревателей исходя из марки центрального кондиционера (прил. 31), т. е. вначале принимают стандартную компоновку, а расчетом ее уточняют.

Вычисляют теплоту, необходимую для нагрева воздуха, Вт, по формуле

где своз – удельная теплоемкость воздуха (своз= 1,005 кДж/(кгºС)).

Вычисляют коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 ºС), по формуле

231

Взависимости от марки кондиционера выбирают число

итип базовых теплообменников (прил. 31), для которых вычис-

ляют массовую скорость движения воздуха в живом сечении воздухонагревателя кг/м2с:

3600 fвоз

где fвоз – площадь живого сечения для прохода воздуха в возду-

хонагревателе, м2.

Определяют скорость движения горячей воды по трубкам теплообменника, м/с:

ρw fw 3600

где ρw – плотность воды при ее средней температуре, кг/м3; fw – площадь сечения для прохода воды, м2.

Вычисляют среднюю разность температур между теплоносителями:

Находят требуемую площадь теплообмена, м2:

232

При этом необходимо выполнять следующие условия: между располагаемой поверхностью Fр (предварительно выбранным воздухонагревателем) и требуемой поверхностью Fтр запас

При большем чем на 15 % расхождении величин (Fр> Fтр) рекомендуют уменьшить скорость движения воды до минимума, равного 0,15 м/с, откорректировать расход воды и ее конечную температуру, а также повторно произвести расчет требуемой поверхности теплообмена.

При наличии двух и более базовых теплообменников на каждой ступени кондиционера выполнить условия (3.75) возможно также путем изменения схемы обвязки воздухонагревателей. Снизить Fр можно путем уменьшения рядности теплообменника.

Расчет воздухонагревателей второго подогрева осуществляют по той же методике, что и расчет воздухонагревателей первого подогрева (при необходимости расчета воздухонагревателя для теплого периода года начальную температуру горячей воды следует принимать не выше 70 ºС).

Для определения аэродинамического сопротивления воздухонагревателя, Па, применяют уравнение

где b, m – коэффициенты, принимаемые по табл. 3.10; N1 – число теплообменников, установленныхпоследовательно по ходувоздуха.

Пример 3.11. Поверочный расчет воздухонагревателя второй ступени для холодного периода

Исходные данные

1. Процесс нагрева воздуха во второй ступени воздухонагревателя для холодного периода построен на рис. 3.12 примера 3.9.

2.В качестве теплоносителя применяется перегретая вода

спараметрами twн 150 ºС, twк = 70 ºС.

233

Порядок расчета

1. Согласно прил. 31 принимаем базовый теплообменник

fвоз = 3,315 м2, площадь сечения для прохода воды fw = 0,00296 м2.

2. Вычисляем теплоту, необходимую для нагрева воздуха, по формуле (3.68)

Qвоз 0,278 32400 1,005 22,5 8 131257Вт.

3. Определяем расход горячей воды по формуле (3.69):

6. Коэффициент теплопередачиопределим по формуле (3.70):

K25,5(2,715)0,4850,1320,127 32,0 Вт/(м2 ºС).

7.Вычислим среднюю разность температур между теплоносителями по формуле (3.73):

tср 150 70 8 22,5 94,75 ºС. 2 2

8. Требуемая площадь теплообмена согласно уравнению

(3.74) равна:

9. Согласно выражению (3.75) проверяем условие:

234

120,8 43,3100 % 179% > 15 %. 43,3

Условие не выполняется.

10. Принимаем к установке однорядный теплообменник.

Согласно прил. 31 Fр = 60,4 м2, fвоз = 3,315 м2, fw = 0,001486 м2. 11. Определим скорость воды по трубкам теплообменни-

ка по формуле (3.72):

12.Коэффициенттеплопередачиопределимпо формуле(3.70):

K 28,0(2,715)0,4480,2650,129 36,9 Вт/(м2 ºС).

13.Требуемая поверхность по формуле (3.74):

15. Согласно выражению (3.75) проверяем условие:

60,4 37,5100 % 61,1% > 15 %. 37,5

Условие (3.75) не выполняется, тогда уменьшаем скорость движения воды до 0,16 м/с, корректируем расход воды и ее конечную температуру, повторно проводим расчет требуемой поверхности теплообмена.

Gw 0,16 1000 0,00148 3600 852,5кг/ч.

16.Конечнуютемпературуводыопределимизформулы(3.69):

twк 150 0,86 131257 17,6 ºС. 852,5

17.Уточняемсреднююразностьтемпературпоформуле(3.73):

tср 150 17,6 8 22,5 68,55 ºС. 2 2

18.Уточнимкоэффициенттеплопередачипо формуле(3.70):

K28,0(2,715)0,4480,160,129 34,6 Вт/(м2 ºС).

19.Требуемаяповерхностьтеплопередачипо формуле(3.74):

235

20. Запас поверхности по формуле (3.75):

60,4 55,3100 % 9,2% < 15 %. 55,3

Условие выполнено. Расчет воздухонагревателя закончен.

3.3.3.Расчет воздухоохладителей

Вкачестве воздухоохладителей в СКВ могут применяться поверхностные теплообменники с наружным оребрением с циркуляцией холодной воды в трубном пространстве.

Охлаждение может осуществляться при постоянном влагосодержании (сухое охлаждение), а также при уменьшении влагосодержания, т. е. охлаждение сопровождается его осушением. Рассмотрим методики расчета воздухоохладителей в зависимости от режима работы.

3.3.3.1. Расчет воздухоохладителей при сухом охлаждении

Расчет и выбор режимов работы воздухоохладителей приводится с помощью показателей t , Nt , W .

Показатель теплотехнической эффективности для сухого охлаждения воздуха имеет вид:

twн tр ,tк > tр .

Таким образом, предлагается такая последовательность расчета воздухоохладителя [24]:

1.Задаются параметры воздуха G, tн, dн, Iн, tк.

2.Принимают начальную температуру воды twн tр .

3.Задают показатель отношения теплоемкостей потоков (водяных эквивалентов) W = 0,1–0,6.

236

5. Определяют и уточняют конечную температуру воды (на выходе из воздухоохладителя) twк :

twк twн W(tн tк ). (3.79)

При этом ограничивают tw twк twн 2–6 ºС путем изме-

нения W и, соответственно, Gw по формуле (3.78).

6. В соответствии с расходом охлаждаемого воздуха G выбирают тип воздухоохладителя (прил. 31). В зависимости от конструктивных размеров блока воздухоохладителя, схем обвязки определяют скорости движения воздуха , кг/м2с, воды w, м/с, по формулам (3.71) и (3.72).

Согласно рекомендациям [24], оптимальная скорость воды по трубкам теплообменника w = 0,6–1,0 м/с. Этой предельной величиной ограничивают данный параметр.

7.Определяют показатель теплотехнической эффективности t по формуле (3.77).

8.По графику (прил. 32) при известных t и W находят значения показателя Nt . Рекомендуемые рациональные пре-

дельные значения Nt соответствуют 1,6–1,8 [1].

9. Определяют требуемую площадь поверхности воздухоохладителя:

где К – коэффициент теплопередачи в воздухоохладителе, определяют по уравнению, аналогичному формуле (3.70).

10. Определяют запас поверхности воздухоохладителя по формуле (3.75). Он не должен превышать 10 %, в противном случае необходимо изменить режим работы теплообменника, приняв новое значение W, и повторить расчет [1].

237

3.3.3.2. Расчет воздухоохладителей при охлаждении и осушении воздуха

Расчет может проводиться по методике, которая предусматривает замену реального процесса охлаждения и осушения воздуха на «условно сухой режим охлаждения», эквивалентный по затратам холода [1, 24].

Порядок расчета воздухоохладителя

1.Задают начальные параметры воздуха Iн,dн(tн, н ),G.

2.Задают конечные параметры воздуха Iк ,dк (tк , к ).

Указывается в [24], что выбор конечных параметров охлажденного и осушенного воздуха Iк , к и др. не может быть про-

3. Строят реальный процесс охлаждения и осушения воздуха на I-d-диаграмме (рис. 3.13.).

Рис. 3.13. Построение реального процесса охлаждения и осушения воздуха и «условно сухого режима охлаждения»: НК – луч реального охлаждения; Н'К' – луч «условно сухого охлаждения»

238

4. Определяют точку Н (начальное состояние воздуха), точку К (конечное состояние воздуха), проводят отрезок НК, соответствующий лучу реального процесса охлаждения и осушения воздуха. На пересечении с продолжением отрезка НК с изолинией φ = 100 % находят точку f, для которой tf соответствует средней температуре наружной поверхности воздухоохладителя. Из точки f проводят изолинию df до пересечения с изолиниями Iк, Iн, получают отрезок Н'К', соответствующий лучу «условно сухого охлаждения воздуха».

5. Выполняют пп. 3–10 подразд. 3.3.3.1.

Начальную температуру холодной воды на входе в воздухоохладитель определяют из условия twн ≤ tf 2 °С [33]. С умень-

шением twн требуемая поверхность воздухоохладителя снижается.

Показатель теплотехнической эффективности в «условно сухом режиме охлаждения воздуха» вычисляют в соответствии с формулой (3.77) и рис. 3.13:

Пример 3.12. Определение конструктивных показателей поверхностного воздухоохладителя

Исходные данные

1.Расход смеси наружного и рециркуляционного воздуха составляет 21600 кг/ч.

2.Параметры смеси: Iн = 50 кДж/кг, dн = 9,8 г/кг с.в.

3.Смесь необходимо осушить и охладить до Iк = 33 кДж/кг, dк = 8,3 г/кг с.в.

Порядок расчета

1.На I-d-диаграмме строим реальный процесс охлаждения

иосушения воздуха НК (рис. 3.14), при этом принимаем

239

к = 92 %. На пересечении продолжения отрезка НК с изолини-

ей φ = 100 % находим точку f, для которой tf соответствует средней температуре наружной поверхности воздухоохладителя. Из точки f проводим изолинию df до пересечения с изолиниями Iк, Iн. Получаем отрезок Н'К', соответствующий лучу «условно сухого охлаждения воздуха».

Рис. 3.14. К примеру 3.11

2. Начальную температуру холодной воды на входе в воздухоохладитель определяем из условия twн ≤ tf 2 °С:

twн =10,5 – 2 = 8,5 °С.

3. Задаем показатель отношения теплоемкостей потоков

W = 0,2.

4. Уточняем конечную температуру воды на выходе из воздухоохладителя по формуле (3.3.40):

twк 8,5 0,2 29,5 13 11,8°С.

5. Определяем расход холодной воды по выражению (3.78):

Gw 21600 1,005 25923 кг/ч. 0,2 4,19

240