Влажностной расчет кондиционируемого помещения

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ

Федеральное государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Дальневосточный государственный технический

Рыбохозяйственный университет»

(ФГОУ ВПО «ДАЛЬРЫБВТУЗ»)

ОСНОВЫКОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

Методические указания к курсовому проекту

Для студентов специальности

140504 "Холодильная, криогенная техника

и кондиционирование",

Г. Владивосток

Г.

 

УДК 628.84

 

 

Утверждено редакционно-издательским советом Дальневосточного государственного технического рыбохозяйственного университета

 

 

Автор – Л.В. Дуболазова – доцент кафедры холодильных машин и установок Дальневосточного государственного технического рыбохозяйственного университета

 

Рецензент – Л.И. Ильченко к.т.н., доцент кафедры холодильных машин и установок Дальневосточного государственного технического рыбохозяйственного университета

 

 

Печатается в авторской редакции

 

© Дуболазова Л.В., 2007

© Дальневосточный государственный

технический рыбохозяйственный

университет, 2007

ВВЕДЕНИЕ

 

Курсовая работа по дисциплине "Основы теории кондиционирования воздуха" выполняется студентами 3 курса специальности 140504 параллельно с изучением дисциплины и защищается за две недели до его окончания. При этом не исключается самостоятельная работа студентов и досрочная защита.

Курсовая работа включает тепловлажностный расчет помещения, построение и расчет процессов обработки воздуха, расчет и подбор оборудования для системы кондиционирования воздуха, аэродинамический расчет системы и расчет эксплуатационных расходов.

Исходные данные подбираются по таблицам 1 2: по первой цифре варианта – из таблицы 1, по второй цифре – из таблицы 2. Цифра варианта работы задается преподавателем.

При компоновке системы кондиционирования воздуха используется типовое оборудование.

 

Таблица 1.

 

Исходные данные	Вариант
Размеры помещения, а´в, м	9´18	12´18	18´18	9´24	12´24	12´26	18´24	18´36	24´36
Доля площади наружных стен, занятая остеклением, %
Доля площади пола, занятая смоченной поверхностью, %
Мощность оборудования, установленного в помещении, кВт
Количество выделяющегося пара от других источников, кг/ч	4,5
Количество работающих, чел.

 

Примечание: одна стена наружная, остальные – внутренние; здание одноэтажное.

Строительная конструкция ограждений принимается студентом.

 

Таблица 2.

 

Исходные данные	Вариант
Характер работы	С	Т	Л	С	Т	Л	С	Т	С	С
Тип помещения	Значительные теплоизбытки
Высота помещения,м				5,5	4,5	3,5		5,5		4,5
Место строительства	Владивосток	Хабаровск	Мурманск	Иркутск	Охотск	Брянск	Липецк	Рязань	Пермь	Улан- Уде
Материал стен	железобетон	железобетон	кирпич	железобетон	керамзитобетон	кирпич	керамзитобетон	керамзитобетон	керамзитобетон	кирпич
Расчетные параметры на ружного воздуха	А	Б	В	А	Б	В	А	Б	В	А
Тип СКВ	П	Р	К	2К	П	Р	К	2К	П	Р

 

 

Примечание: тип СКВ П – прямоточная, Р – рециркуляционная, К – комбинированная, 2К – двухканальная.

С - средняя физическая, Т – тяжелая физическая, Л – легкая физическая.

 

2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

 

Цели проектирования: закрепление теоретических знаний по отдельным разделам дисциплины "Основы теории кондиционирования воздуха", получением навыков проектирования как отдельных элементов, так и в целом системы кондиционирования воздуха. При проектировании элементов воздуховодов используются методы начертательной геометрии.

Задачи проектирования: изучение и практическое использование методов расчета процессов нагревание, охлаждение, увлажнения и осушения воздуха и подбора или конструирования аппаратов для осуществления этих процессов; использование в расчетах правил обращенных процессов и динамического равновесия для создания комфортных условий воздушной среды помещений.

 

СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

 

Курсовая работа должна состоять из следующих разделов:

расчетная часть:

Климатологические данные и комфортные условия

Расчет тепло- и влаговыделений

Расчет основных процессов обработки воздуха

Расчет и подбор аппаратов

Расчет воздуховодов, воздухораспределительных устройств и подбор вентиляторов

Расчет стоимости эксплуатационных расходов

Графическая часть:

План, разрез кондиционируемого помещения. Схема СКВ – 1 лист

Процессы обработки воздуха в СКВ (летний и зимний периоды в диаграмме d – I влажного воздуха.

 

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1. Климатологические данные и комфортные условия выбираются из данного места строительства согласно СНиП 2.04.05 –91 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха». Для летнего и зимнего режимов работы СКВ принимаются расчетные температуры и относительные влажности, определяется расчетная разность температур для расчета теплопритоков через ограждения.

2. Расчет тепло- и влаговыделений. Теплопритоки рассчитываются от следующих источников: через строительные ограждения (кровлю, наружные стены с учетом солнечной радиации, окна, пол), работающего оборудования, от работающих в помещении людей, а так же поступление пара от других источников.

Влаговыделения рассчитываются от следующих источников: от испарения воды с площади пола, при дыхании людей, от других источников (приложение 1, таблица 1).

По величине суммарных тепло- и влаговыделений определяется тепловлажностной коэффициент e = и строятся прямой и обращенный процессы (в диаграмме d – I) изменения состояния влажного воздуха в помещении.

3. Расчет основных процессов обработки воздуха.

В диаграмме d – I строятся необходимые процессы обработки воздуха для зимнего и летнего режимов работы. Определяется количество циркулирующего в каждом процессе воздуха, а также тепло- и влажностные нагрузки каждого процесса с учетом заданного типа СКВ.

4. Расчет и подбор аппаратов. Для СКВ рассчитываются форсуночная камера, калориферы, воздухоохладитель. В СКВ возможно применение парового увлажнителя.

Форсуночные камеры используются для увлажнения и охлаждения воздуха; воздухоохладитель – для охлаждения и осушения воздуха.

5. Расчет воздуховодов и подбор вентилятора. Студент по своему усмотрению принимает низко-, средне- или высокоскоростную систему воздухораспределения; конструирует схему воздухораспределения.

Компоновка системы кондиционирования воздуха должна быть выполнена с включением в систему воздуховодов, фильтров- глушителей шума, а также виброгасящих устройств.

После определения сопротивления системы воздуховодов подбирается вентилятор с учетом расчетной его производительности и потери давления в системе.

6. Расчет эксплуатационных расходов. Эксплуатационные расходы определяются в соответствии с приложением 16.

 

ОФОРМЛЕНИЕ РАБОТЫ

 

Пояснительная записка работы выполняется на стандартных листах А4. Кроме расчетной части, записка должна содержать описание работы и конструктивных особенностей СКВ, процессы обработки воздуха в СКВ (летний и зимний периоды) на d-I диаграмме.

 

 

4. ТЕПЛОВОЙ И ВЛАЖНОСТНОЙ БАЛАНСЫПОМЕЩЕНИЯ

 

Все статьи теплового и влажностного балансов можно разделить на две группы: не зависящие от параметров наружного воздуха и зависящие от них. К первой группе относятся следующие статьи теплового баланса: тепловыделения людьми Q_л., оборудованием Q_об., искусственным освещением Q_ос.,. Эти статьи соответствуют притоку теплоты в помещение, то есть являются положительными.

Ко второй группе статей теплового баланса относятся:

Приток теплоты в помещение через ограждения Q_огр., приток теплоты с наружным воздухом, поступающим за счет инфильтрации через не плотности ограждений Q_инф. Эти статьи теплового баланса летом положительны, а зимой – отрицательны.

Общее количество теплоты Q_о (кВт), которое должно быть отведено в воздухоохладителе холодильной установки:

 

Q_о = Q_огр. + Q_инф. + Q_л. + Q_об. + Q_ос.,

 

где Q_огр. - теплоприток через ограждения, Вт;

Q_инф. - теплоприток от инфильтрации воздуха, Вт;

Q_л. - тепловыделения людей, ВТ;

Q_об. - теплоприток от оборудования, Вт;

Q_ос. - теплоприток от освещения, Вт.

Теплоприток через ограждения Q_огр.

Теплоприток Q_огр рассчитывается с учетом воздействия солнечной радиации, аккумуляции теплоты стенами вследствие суточных колебаний температуры воздуха.

Общий теплоприток через ограждения Q_огр. рассчитывается по формуле:

 

Q_огр. = Q_ст. + Q_кр. + Q_ок. + Q_пол.;

 

где Q_ст – теплоприток через наружные стены, Вт;

Q_кр. – теплоприток через кровлю, Вт;

Q_ок. – теплоприток через окна и застекленные двери, Вт;

Q_пол. – теплоприток через кровлю, Вт.

 

Теплоприток Q_ст. состоит из теплопритоков за счет разности температур снаружи ограждения и внутри кондиционируемого помещения, а также теплопритока за счет воздействия солнечной радиации через наружные стены

Q_ст. = Q_{т. ст.} + Q_{с. ст.};

 

Q_{с. ст.} = к_д × F_огр. × (Т_н – Т_п)

 

где к_д – действительный коэффициент теплопередачи ограждения,

Вт/(м² × К);

F_огр. – площадь поверхности ограждения, м²;

Т_н – температура снаружи ограждения, ⁰К;

Т_п – температура воздуха кондиционируемого помещения, ⁰К;

 

Действительное значение коэффициента к_д определяется по формуле

 

к_д = ,

 

где a_н – коэффициент теплоотдачи с наружной стороны ограждения, Вт/(м² × К);

a_в - коэффициент теплоотдачи с внутренней стороны ограждения, Вт/(м² × К);

l_i - коэффициент теплопроводности строительных материалов, составляющих конструкцию ограждения, Вт/(м × К);

d_i - толщина отдельных слоев конструкции ограждения, м.

 

При расчете наружных стен - a_н = 23,3 Вт/(м² × К), a_в = 8 Вт/(м² × К); внутренних стен - a_н = a_в = 8 Вт/(м² × К).

Термическое сопротивление перехода тепла от грунта к конструкции пола = 0. конструкции стен и кровель представлены на рисунках 1, 2.

1 2

Рис. 1. Конструкции стен:

1 – цементная штукатурка (d = 10 – 15 мм, l = 0,88 Вт/(м × К);

2 – кирпичная кладка ((d = 630 мм, l = 0,82 Вт/(м × К);

3 – железобетонная стена (d = 220 мм, l = 1,5 Вт/(м × К) или

керамзитобетонная стена (d = 300 мм, l = 0,7 Вт/(м × К).

 

Рис. 2. Конструкция кровли:

 

1 – кровельный рулонный ковер (d = 10 – 15 мм, l = 0,3 Вт/(м × К);

2 – армированная бетонная стяжка (d = 40 – 50 мм, l = 1,4 Вт/(м × К);

3 – засыпная теплоизоляция – керамзитовый гравий (d = 300 мм,

l = 0,2 Вт/(м × К);

4 – железобетонная плита (гладкая, с пустотами), (d = 220 мм,

l = 1,5 Вт/(м × К);

 

 

Рис. 3. Конструкция пола

1 – чистый пол из бетона (d = 40 – 50 мм, l = 1,4 Вт/(м × К);

2 - армированная стяжка (d = 100 – 120 мм, l = 1,5 Вт/(м × К);

3 - пароизоляция (битум) (d = 5 – 10 мм, l = 0,18 Вт/(м × К);

4 - подсыпка из песка (d = 300 – 350 мм, l = 0,52 Вт/(м × К);

5 – уплотненный грунт.

 

Определение поверхностей ограждений производится в соответствии со следующими указаниями к рисунку 4:

 

Рис. 4. План помещения

 

1. Длина наружной стены не углового помещения определяется как расстояние между осями внутренних стен.

2. Длина внутренних стен определяется как расстояние между внутренней поверхностью наружных стен до оси перпендикулярных внутренних стен (размеры е и д) или между осями внутренних стен (размер в).

3. Длина и ширина пола и кровли определяется, как длина внутренних стен (размеры г и д или в и е).

4. Высота стен считается от уровня пола до верха засыпки перекрытия.

 

Теплоприток Q_{с. ст.} за счет воздействия солнечной радиации через наружные стены и кровлю определяется по формуле:

 

Q_{с. ст.} = к_д × F_огр. × Dt_с.,

 

где × Dt_с – избыточная разность температур, ⁰С.

Рис. 5. Разрез помещения

 

Для плоских кровель без окраски (темные) избыточную разность температур принимают 17,7 ⁰С, с окраской светлых тонов – 14,9 ⁰С.

Для наружных стен избыточную разность температур можно принять по таблице 3.

 

Теплоприток Q_ок. через окна и застекленные двери определяется по формуле:

 

Q_ок = F_ок. × [К₁ × К₂ × К₃ × q_с + к_о (Т_н – Т_п)],

 

где F_ок. – суммарная площадь остекленных поверхностей, м;

К₁ – коэффициент, учитывающий затенение переплетом, загрязнение атмосферы;

К₂ – коэффициент, учитывающий загрязнение стекла (0,75);

К₃ – коэффициент, учитывающий затеняющее действие штор, жалюзи, карниза;

q_с – удельный теплоприток от солнечной радиации через одинарное чистое стекло, Вт/(м² × К);

к_о – коэффициент теплопередачи окна, Вт/(м² × К);

 

Для одинарного остекления к_о = 3 Вт/(м² × К); для двойного остекления к_о = 1,5 Вт/(м² × К).

Значения коэффициентов К₁ и К₃ для различных типов окон и затеняющих устройств приведены в приложении таблице 4.

 

Значения удельного теплопритока q_с приведены в таблице 5.

Теплопритоки через полы в летний период принимаются равными 0, в зимний период определяются по зонам.

Для пола, замеры площади производятся по зонам, как это показано на рис.

Зона 1 определяется по полосе по периметру здания шириной 2 м от внутренней поверхности наружных стен. От границ зон строится новая 2 - метровая полоса - зона 2, далее - аналогично 3 зона. Вся оставшаяся внутренняя площадь здания, не вошедшая в зоны 1 - 3, составляет зону 4.

Полные теплоизбытки (теплопотери) через пол в зимний период будут составлять

 

Q_пол. = к_зоны × F_зоны × (Т_н – Т_п),

 

где F_зоны – площадь четырех зон пола, отложенных от наружной стены помещения, м²;

к_зоны - действительный коэффициент теплопередачи пола каждой зоны, Вт/(м² · К);

T_н – температура снаружи ограждения, ⁰К;

T_п – температура воздуха кондиционируемого помещения, ⁰К;

 

Рис. 6. Схема разбивки зон пола по грунту при расположении

торцевого помещения

 

Значения действительного коэффициента теплопередачи (К_зоны) пола каждой зоны принимаются следующие:

1-я зона 0,4 Вт/(м² · К);

2-я зона 0,3 Вт/(м² · К);

3-я зона 0,2 Вт/(м² · К);

4-я зона 0,06 Вт/(м² · К).

Теплоприток от инфильтрации воздуха Q_инф.

В кондиционируемое помещение обычно подается больше воздуха, чем удаляется из него. В результате создается в помещениях избыточное давление, препятствующее проникновению воздуха с инфильтрацией. Поэтому в расчетах обычно теплоприток Q_инф. принимается равным нулю.

 

Тепловыделения людей Q_л.

Q_л. = n × q_л.,

 

где n – расчетное число людей, одновременно находящихся в помещении;

q_л. – тепловыделение от человека, зависящее от характера работы, Вт/чел,

Значение величины q_л приведены в приложении таблице 7.

 

Тепловыделения от оборудования Q_обор.

 

Количество теплоты, выделяемой механическим оборудованием с электроприводом, определяется по формуле

 

Q_обор. = ,

 

где N – мощность электродвигателя, кВт;

n – число единиц оборудования;

а – коэффициент загрузки электродвигателя;

в – коэффициент рабочего времени оборудования,

ξ = h ¸ 1 – часть мощности, расходуемой внутри помещения;

h = 0,8 ¸ 0,92 – коэффициент полезного действия электродвигателя; при увеличении мощности возрастает

 

Величина e определяется различно для трех случаев:

электродвигатель и оборудование находятся в помещении ξ = 1; электродвигатель вне помещения, а оборудование – в помещении ξ = h_е,

где ξ = h_е, - к.п.д. электродвигателя;

электродвигатель в помещении, а выделение теплоты оборудованием вне его e = 1 - h_е.

Значение к.п.д. электродвигателя принимается по каталожным данным. При отсутствии данных к.п.д. можно оценить по мощности электродвигателя:

Таблица 8.

 

КВт	1,0	5,0	10,0	20,0	30,0		50,0	Более 50,0
hе	0,8	0,84	0,86	0,88	0,89	0,9	0,91	0,92

Теплопритоки от освещения Q_осв.

 

Теплопритоки от освещения определяются по формуле

 

Q_осв. = F × q_осв. × Е,

 

где F – площадь пола, м²;

q_осв. – удельные тепловыделения от освещения, Вт/(м² × лк);

Е – освещенность, лк.

 

Выделение теплоты на 1 лк освещенности характеризуется данными таблица 9.

 

Таблица 9

Светильник	Лампы
Люминисцентные	Накаливания
Прямого света	0,056	0,130
Рассеянного света	0,078	0,175
Отраженного света	0,132	0,260

 

 

Освещенность Е зависит от назначения помещения. Нормы освещенности (10-500 лк) для различных помещений приведены в строительных нормах.

Нормативные данные по освещенности для некоторых производственных помещений следующие

 

Таблица 3. Избыточная разность температур при ориентировке по сторонам света

 

Стены	Географическая широта
40о	50о	60о	40-60о
Ю	Ю	Ю	ЮВ	ЮЗ	В	З	СВ	СЗ	С
Бетонная	5,9	8,0	9,8	8,8	10,0	9,8	11,7	5,1	5,6
Кирпичная	6,6	9,1	11,0	9,9	11,3	11,0	13,2	5,8	6,3
Побеленная известью или светлой штукатуркой	3,6	4,9	6,0	5,4	6,1	6,0	7,2	3,2	3,5
Покрытая штукатуркой с окраской в темные тона	5,1	7,1	8,5	7,7	8,8	8,5	10,2	4.5	4,9

 

Таблица 5.

Удельные теплопритоки от прямой и рассеянной солнечной радиации через чистое одинарное стекло

 

Вынос крыши, м	Наружная температура, 0С	Географическая широта, град
												30 - 55
ЮЗ и ЮВ	Ю	З и В	СЗ и СВ	С
						-	-					-	-
		-					-	-					-
		-	-					-	-
0,3						-	-					-	-
0,3		-					-	-					-
0,3		-	-					-	-

 

 

Влажностной расчет кондиционируемого помещения

Общее количество влаги Sg_W (кг/с), которое должно быть отведено в воздухоохладителе холодильной установки, определяется по формуле

 

Sg_W = g_л. + g_м.п. + g_пар.;

 

где g_л. – количество влаги, выделяемое людьми, кг/с;

g_м.п. – количество испаренной влаги с мокрой поверхности пола, кг/с;

g_пар. – количество выделяемого людьми пара. кг/с.

 

Влаговыделения людьми g_л., (кг/с)

 

g_л. = g × n,

 

где g – количество влаги, выделяемое одним человеком, зависящее

от тяжести работы, кг/с (принимается по таблице 1);

n – расчетное число людей, одновременно находящихся в

помещении.

 

Количество испаренной влаги с мокрой поверхности пола g_м.п., (кг/с):

 

g_м.п. = ,

 

где a - коэффициент теплоотдачи от воздуха к воде, Вт/(м² × К);

F – площадь поверхности испарения, м²;

t_с – t_м - температуры воздуха по сухому и мокрому термометрам, ⁰С;

r – скрытая теплота парообразования, кДж/кг.

 

Предполагается, что вода длительное время находится полу и принимает температуру воздуха по мокрому термометру.

Принимаем a = 4,5 Вт/(м² × К) и r = 2450 кДж/кг.

Получим

 

g_м.п. = 1,8 × F × (t_с – t_м) × 10^-6,

 

где g_пар. – количество выделяемого пара, заданное в исходных данных курсовой работы.

 

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛОВОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПРОЦЕССА

(тепловлажностного отношения e)

Линия изменения состояния воздуха в помещении будет характеризоваться тепловлажностным отношением e, (кДж/кг):

 

e =

 

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОГО КОЛИЧЕСТВА ВОЗДУХА ПОДАВАЕМОГО В ПОМЕЩЕНИЯ

 

Количество воздуха, которое необходимо подавать в кондиционируемое помещение(в летний и зимний периоды), определяется из условия удаления теплопритоков:

 

L = ;

 

где L – количество воздуха, подаваемого в помещение, м³/с;

Q_о – общее количество теплоты, поступающее в помещение, кВт;

r - плотность воздуха при t = t_п, кг/м²;

с_р – удельная теплоемкость воздуха при t = t_п., кДж/кг;

Dt – допустимая разность температур, ^оС.

 

Допустимая разность температур между подаваемым воздухом в помещение и нормативным параметром внутреннего воздуха Dt, определяется только после построения изменения состояния воздуха в системе кондиционирования по d – i диаграмме. Эта разность температур берется между температурой подаваемого воздуха в помещение, после его обработки и температурой которая принята по СНиП в исходных данных по характеру работы.

 

7. РАСЧЕТ И ПОДБОР ОБОРУДОВАНИЯ

ДЛЯ СИСТЕМЫКОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА