сотрудник
сотрудник
Белгород, Белгородская область, Россия
ВАК 05.17.00 Химическая технология
ВАК 05.23.00 Строительство и архитектура
УДК 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
Существующие общепринятые графо-аналитические методы расчета режимных параметров процессов обработки влажного воздуха в системах кондиционирования основаны на применении Id-диаграммы влажного воздуха, что приводит с значительной погрешности расчетов. В статье предлагается метод аналитического описания процессов тепловлажностной обработки воздуха в центральных кондиционерах со второй рециркуляцией вытяжного воздуха, основанный на аналитическом определении энтальпии. Определены границы применения второй рециркуляции по санитарно-гигиеническим требованиям и область конденсации влаги при смешении воздушных масс
кондиционирование воздуха, вторая рециркуляция, аналитическое описание тепловлажностных процессов
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. Пособие 9.91 к СНиП 2.04.05-91 Годовой расход энергии системами отопления, вентиляции и кондиционирования. М.: Промстройпроект, 1993. 32 с.
2. СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование. М.: ГУП ЦПП, 2004. 55 с.
3. Коченков Н.В., Шпагина М.С. Способы исключения первой рециркуляции в центральной системе кондиционирования воздуха // СтройПРОФИл, 2011. № 2/1. С. 6–11.
4. Рымкевич А.А. Системный анализ оптимизации общеобменной вентиляции и кондиционирования воздуха. СПб: АВОК С-З, 2003. 272 с.
5. Богословский В.Н., Кокорин О.Я., Петров Л.В. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение: Учебник для ВУЗов; под ред. В.Н. Богословского. М.: Стройиздат, 1985. 367 с.
6. Ильина Т.Н., Феоктистов А.Ю., Овсянников Ю.Г. Аналитическое описание процессов обработки воздуха в центральных кондиционерах // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2010. № 1. С. 136–139.
7. Ильина Т.Н., Феоктистов А.Ю., Дегтев В.М. Прогнозирование и регулирование состояния микроклимата в замкнутом объеме со значительными тепло- и влагоизбытками // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2010. № 4. С. 121–123.
