employee
employee
Belgorod, Belgorod, Russian Federation
VAC 05.17.00 Химическая технология
VAC 05.23.00 Строительство и архитектура
UDK 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
Existing conventional graph-analytical methods for calculating operating parameters of the processing of moist air conditioning systems based on the use of Id-diagram of humid air, which leads to significant error calculations. The paper proposes a method of analytical description of the processes of heat and humidity treatment of air in central air conditioning in the second recirculation of exhaust air based on the analytical determination of the enthalpy. The boundaries of the application of the second recirculation sanitary requirements and the area of condensation by mixing of air masses.
air conditioning, second recycling, analytical description of the processes of heat and humidity
Использование рециркуляции воздуха в системах вентиляции и кондиционирования воздуха (СКВ) позволяет значительно снизить затраты тепла и холода на подготовку воздуха, что оценивается по методике [1]. Принятый в настоящее время графо-аналитический метод расчета СКВ при помощи I-d диаграммы [4, 5], предусматривает определение эксплуатационных параметров установок подготовки воздуха для крайних параметров наружного воздуха – теплого и холодного периодов года. Такой подход затрудняет численный анализ показателей работы СКВ при различных наружных и эксплуатационных режимах и затрудняет определение эксплуатационных параметров при промежуточных значениях параметров наружного воздуха.
При рециркуляции части вытяжного воздуха общий объем подаваемого в помещения воздуха , м³/с, складывается из смешиваемого наружного воздуха
и части удаляемого из помещения воздуха, называемого рециркуляционным
:
. (1)
Возможность рециркуляции и допустимая доля рециркуляционного воздуха устанавливается по [2].
В зависимости от места смешения наружного и рециркуляционного воздуха различают системы с 1-й и 2-й рециркуляцией (рис. 1). В первом случае смешение происходит в приемной камере кондиционера, во втором – после калорифера первого подогрева. Системы со второй рециркуляцией применяют для исключения калорифера второго подогрева в центральных кондиционерах [3] и уменьшения потребности в увлажнении воздуха [4].
|
а) |
|
б) |
|
Обслуживаемое помещение |
|
Обслуживаемое помещение |
Рис. 1. Принципиальные схемы установок центральных кондиционеров с 1-й (а) и 2-й (б) рециркуляцией:
– наружный воздух;
– приточный воздух;
– удаляемый из помещения воздух;
– вытяжной воздух, выбрасываемый в атмосферу;
– рециркуляционный воздух
Преимуществом второй рециркуляции над первой является меньшая вероятность конденсации части влаги рециркуляционного воздуха [5]. При второй рециркуляции максимально сохраняется влага, имеющаяся в вытяжном воздухе и, как следствие, затраты энергии на ее испарение при доувлажнении воздуха перед подачей в обслуживаемые помещения. На объемы рециркуляционного воздуха накладывается ряд ограничений, прежде всего связанных с санитарно-гигиеническими требованиями к СКВ – минимально допустимый объем подаваемого наружного воздуха на одного человека. Таким образом, с точки зрения энергосбережения и санитарно-гигиенического благополучия необходимо обеспечивать, с одной стороны максимально возможный объем рециркуляционного воздуха, а с другой стороны – подачу требуемого количества наружного воздуха.
Обозначим состояния воздуха после различных процессов тепловлажностной обработки нижними индексами: «н» – наружный воздух, «р» – рециркуляционный воздух (удаляемый из помещения), «п» – приточный воздух, «к» – после калорифера 1-го подогрева, «с» – после смешения.
Считаем, что параметры наружного воздуха для теплого и холодного периода года ,
,
,
, параметры подаваемого в помещения воздуха
,
,
,
и рециркуляционного воздуха (принимаются равными параметрам вытяжного воздуха)
,
,
,
определены в ходе расчета воздухообмена. Термодинамические параметры воздуха (удельная энтальпия и влагосодержание) могут быть определены по [5].
Рассмотрим процесс обработки воздуха в холодный период года. При второй рециркуляции в смесительной камере кондиционера происходит смешение подогретого наружного и рециркуляционного воздуха с массовыми расходами, кг/с:
, (2)
где – плотности наружного и рециркуляционного воздуха, соответственно.
Для обеспечения дальнейшей подачи в обслуживаемые помещения воздуха с требуемой влажностью при смешении необходимо добиться влагосодержания смеси, равного влагосодержанию приточного воздуха
при фиксированном влагосодержании рециркуляционного воздуха
. Тогда из уравнений материально-теплового баланса при смешивании воздушных масс [5] выразим требуемое влагосодержание воздуха после смешения, учитывая равенство влагосодержания подогретого и наружного воздуха
:
. (3)
Если полученное значение влагосодержания воздуха после смешения меньше требуемого влагосодержания приточного воздуха , то обойтись без доувлажнения воздуха при его обработке в центральном кондиционере не удастся ввиду невозможности увеличения доли рециркуляционного воздуха из санитарно-гигиенических требований.
Если полученное значение влагосодержания воздуха после смешения больше требуемого влагосодержания приточного воздуха , то необходимо уменьшение доли рециркуляционного воздуха до достижения
после смешения по формуле (3) с сохранением общего количества подаваемого воздуха
по формуле (1). Обозначим общий расход приточного воздуха
, подставим его в (3) и выразим расход рециркуляционного воздуха, считая
:
. (4)
Рассчитанный расход рециркуляционного воздуха при смешении с наружного воздуха позволит добиться требуемого влагосодержания приточного воздуха
.
Следующей задачей расчета рециркуляционной схемы обработки воздуха является определение требуемой температуры воздуха после калорифера первого подогрева, позволяющей получить после смешения воздух с параметрами приточного без догрева в калорифере второй ступени. Требуемую энтальпию воздуха после калорифера первого подогрева выразим из уравнений материально-теплового баланса при смешивании воздушных масс [5], считая энтальпию воздуха после смешения равной энтальпии приточного воздуха :
. (5)
Тогда требуемая температура воздуха после калорифера первого подогрева будет определяться соотношением [7]:
, (6)
где cс.в. – удельная теплоемкость сухого воздуха, кДж/(кг·ºС); cп – удельная теплоемкость водяного пара, кДж/(кг·ºС); rп – удельная теплота парообразования для воды, кДж/кг.
Расход тепла калорифером первого подогрева найдем по известным массовому расходу наружного воздуха и энтальпиям воздуха до и после подогрева:
:
. (7)
Расчет процесса смешения воздуха в центральном кондиционере с второй рециркуляцией в теплый период года производится аналогично, подставляя в формулы (2–7) параметры наружного и рециркуляционного воздуха для теплого периода года. Если влагосодержание смеси наружного и рециркуляционного воздуха будет превышать требуемое влагосодержание приточного воздуха, то одним из вариантов дальнейшей обработки приточного воздуха будет его осушение в камере орошения или контактном воздухоохладителе до достижения требуемого влагосодержания, в противном случае может потребоваться дальнейшее снижение доли рециркуляционного воздуха. Дальнейший расчет процесса тепловлажностной обработки воздуха в теплый период года, также, производится по методике, предложенной в [6], подставляя в качестве параметров наружного воздуха параметры смеси наружного и рециркуляционного воздуха.
1. Posobie 9.91 k SNiP 2.04.05-91 Godovoy rashod energii sistemami otopleniya, ventilyacii i kondicionirovaniya. M.: Promstroyproekt, 1993. 32 s.
2. SNiP 41-01-2003 Otoplenie, ventilyaciya i kondicionirovanie. M.: GUP CPP, 2004. 55 s.
3. Kochenkov N.V., Shpagina M.S. Sposoby isklyucheniya pervoy recirkulyacii v central'noy sisteme kondicionirovaniya vozduha // StroyPROFIl, 2011. № 2/1. S. 6–11.
4. Rymkevich A.A. Sistemnyy analiz optimizacii obscheobmennoy ventilyacii i kondicionirovaniya vozduha. SPb: AVOK S-Z, 2003. 272 s.
5. Bogoslovskiy V.N., Kokorin O.Ya., Petrov L.V. Kondicionirovanie vozduha i holodosnabzhenie: Uchebnik dlya VUZov; pod red. V.N. Bogoslovskogo. M.: Stroyizdat, 1985. 367 s.
6. Il'ina T.N., Feoktistov A.Yu., Ovsyannikov Yu.G. Analiticheskoe opisanie processov obrabotki vozduha v central'nyh kondicionerah // Vestnik BGTU im. V.G. Shuhova. 2010. № 1. S. 136–139.
7. Il'ina T.N., Feoktistov A.Yu., Degtev V.M. Prognozirovanie i regulirovanie sostoyaniya mikroklimata v zamknutom ob'eme so znachitel'nymi teplo- i vlagoizbytkami // Vestnik BGTU im. V.G. Shuhova. 2010. № 4. S. 121–123.
