Системы кондиционирования воздуха
Системы кондиционирования воздуха (СКВ) представляют собой совокупность технических средств, служащих для приготовления, транспортировки и распределения воздуха, автоматического регулирования и контроля процессов изменения его параметров СКВ выполняют функции перемещения, распределения и смешения потоков воздуха, очистки их от загрязняющих веществ, в том числе и от носителей запахов, нагрева или охлаждения, осушки или увлажнения, утилизации теплоты СКВ являются основной составной частью системы кондиционирования микроклимата (СКМ), обеспечивающей внутренние климатические условия и включающей в себя кроме СКВ также наружные ограждающие конструкции, системы отопления и вентиляции СКВ подразделяют на центральные и местные, круглогодичные и сезонные Местные кондиционеры применяются в быту, в офисных помещениях и предназначены для обслуживания нескольких рядом расположенных помещений, одного помещения или части его Центральные СКВ обслуживают группу преимущественно близких по требованию к параметрам воздушной среды помещений Они бывают одно- и двухканальные, прямоточные (подающие в помещение только наружный воздух) и с частичной рециркуляцией (часть воздуха для формирования приточной смеси забирается из помещения) Забор части воздуха из помещения выполняется с целью повышения энергетической и экономической эффективности СКВ Минимально допустимое количество наружного воздуха определяют исходя из нормативных требований, базирующихся на условии обеспечения санитарной нормы подачи воздуха на одного человека П 2], компенсации воздуха, удаляемого вытяжной вентиляцией и используемого на технологические нужды, поддержании избыточного давления в кондиционируемом помещении [1, 2, 18, 19]
Основным элементом СКВ является кондиционер - агрегат для обработки и перемещения воздуха Различают автономные (со встроенными холодильными машинами) и неавтономные (снабжаемые холодом и теплотой от внешних источников) кондиционеры, конднционеры-доводчики (снабжаемые воздухом от центрального кондиционера, а теплотой и холодом - от внешнего источника) Большую группу составляют прецезионные кондиционеры, которые обеспечивают высокую точность поддержания температуры (±0,1 К) и влажности обрабатываемого воздуха Одновременно с поддержанием требуемых значений в кондиционерах воздух очищается от пыли В некоторых помещениях чистота воздуха имеет приоритетное значение В специфических условиях могут предъявляться требования по уровню ионизации воздуха и тд При разработке СКВ необходимо также оценивать уровень шума, формируемого установкой КВ в обслуживаемом помещении
Широко применяют кондиционеры, в которых для изменения температуры и влагосодержания воздуха реализуются процессы тепло и массообмена путем непосредственного контакта его с водой в контактных аппаратах (форсуночные камеры, орошаемые насадки и слои и т п ) Тепловлажностная обработка воздуха осуществляется также с помощью пара, жидких и твердых сорбентов Изменение только температуры воздуха осуществляется с помощью теплообменников, в которых теплота передается воздуху от теплоносителя через разделяющую стенку Как правило, в качестве эгой стенки применяются оребренные трубные поверхности Такие теплообменники называются калориферами, а при отводе теплоты от обрабатываемого воздуха с помощью холодоносителя или хладоагента - воздухоохладителями
Рынок кондиционеров в настоящее время характеризуется высоким уровнем потребления и формируется большим количеством производителей и продавцов В основу производства кондиционеров производители закладывают модульный принцип построения типового ряда Типовой ряд конкретного производителя состоит из набора кондиционеров, каждый из которых имеет свой диапазон применения по количеству обрабатываемого воздуха Каждый кондиционер из типового ряда производитель формирует из типовых модулей Этот подход позволяет ограничить номенклатуру применяемых изделий и при этом получить широкий диапазон изменения производительности и функциональных особенностей Фирмы производители формируют параметры типового ряда собственной продукции исход преимущественно из своих производственных возможностей.
В зависимости от характера требуемых процессов обработки воздуха кондиционеры (рис 2 30) компонуются из следующих элементов и функциональных блоков:
- контактных аппаратов, в том числе сблокированных с воздухоохладителями,
- блоков первого и второго подогрева;
- воздухоохладителей;
- блока очистки воздуха,
- блока утилизации теплоты;
- вентиляторного агрегата;
- вспомогательного оборудования (камер обслуживания, смесительных камер, блоков приемных и присоединительных).
Большинство производителей кондиционеров включают в их состав и агрегаты для удаления воздуха из помещения, те. вытяжной вентилятор, необходимый набор клапанов для управления потоком вытяжного воздуха, фильтр.
Обязательным элементом кондиционера является система автоматического регулирования и контроля параметров воздуха и применяемых энергоносителей, а в некоторых случаях и средства обеспечения безопасных режимов эксплуатации При наличии некоторых специфических требований в состав кондиционера могут входить и другие элементы
Фирмы-производители кондиционеров, как правило, имеют основные (базовые) схемы комплектации и множество производных схем, являю- щдася модификациями базовых. Модификация базовых схем заключается в дополнительной их комплектации отдельными элементами кондиционера (камерами обслуживания, клапанами, воздухонагревателями, утилизаторами) для увеличения эффективности подогрева или охлаждения воздуха; в изменении схемы компоновки элементов (вертикальное, горизонтальное, угловое и т.д.), в изменении применяемых материалов и т.п. Это позволяет, например, для одной производительности кондиционера получить модификации с различными схемами забора воздуха, направлениями выхода его из кондиционера; местом расположения установки: в техническом помещении, на крыше здания и т.д.; горизонтального или вертикального движения потоков и т.п.
Блоки первого и второго подогрева комплектуются воздухонагревателями (калориферами) без обводного канала и с обводным каналом, в который встраивается воздушный клапан. Калориферы предназначены для нагрева обрабатываемого воздуха. Теплоносителем преимущественно служит вода, максимальные значения температуры и давления ее регламентируются техническими условиями производителя. Реже применяются паровые калориферы. Воздухонагревательные элементы калориферов изготавливаются преимущественно из оребренных медных или биметаллических труб. Биметаллическая труба состоит из внутренней стальной и внешней алюминиевой трубы с накатным оребрением. Число рядов трубок определяется потребностью в теплоте на нагрев воздуха. Чаще всего применяются калориферы с числом рядов трубок от одного до четырех.
Воздухоохладители конструктивно схожи с калориферами. Отличие их от калориферов определяется условиями применения. При охлаждении воздуха может образовываться конденсат, который способствует интенсификации коррозии поверхности трубок. В этой связи применяются оребренные трубки, поверхность которых со стороны обрабатываемого воздуха покрывается цинком. Такие трубки имеют высокую устойчивость против воздействия процессов коррозии в условиях влажной среды. В воздухоохладителях устраивается до шести включительно рядов охлаждающих трубок. В воздухоохладителях необходимо также организовывать сбор и отвод конденсата. Для предотвращения уноса конденсата с поверхности трубок воздухоохладителя ограничивается скорость движения воздуха во фронтальном сечении, этот параметр назначается производителем и в среднем составляет 3 м/с. Секция воздухоохладителя, как и секция подогрева воздуха, может иметь обводной канал с клапаном. На выходе из воздухоохладителя может устанавливаться каплеуловитель.
В трубки воздухоохладителей может подаваться холодоноситель и хладоагент. В последнем случае они являются испарителями холодильной машины и их называют воздухоохладителями непосредственного охлаждения. Воздухоохладители-испарители применяются в автономных кондиционерах.
В процессе эксплуатации межреберное пространство трубок калориферов и воздухоохладителей загрязняется осаждающимися из воздуха механическими примесями. Слой загрязнений может существенно снизив интенсивность процессов теплообмена. По этой причине до секций подогрева (охлаждения) необходимо устанавливать блоки очистки воздуха от механических примесей. Эти же блоки в первую очередь должны обеспечивать требуемую степень очистки воздуха по комфортным или технологическим условиям.
Секции подогрева (охлаждения) воздуха должны иметь доступ к фронтальной поверхности с обеих сторон с целью обеспечения технического обслуживания. По этой причине до и после них могут устанавливаться промежуточные секции или секции обслуживания со встраиваемыми герметичными дверьми или люками. В кондиционерах малой производительности доступ к оборудованию для обслуживания осуществляется через съемные боковые панели.
При выборе и конструировании схемы теплоснабжения калориферов или схемы холодоснабжения воздухоохладителей необходимо обеспечивать выполнение некоторых обязательных требований:
- свободного опорожнения системы от теплоносителя или холодоносителя;
- выпуска воздуха из верхних точек трубопроводов;
- не переполнение линий отвода конденсата;
-свободного расширения труб системы теплоснабжения (холодоснабжения) и трубок в теплообменниках;
- недопустимости воздействия силы тяжести трубопроводов и арматуры на теплообменники;
- предотвращения замерзания теплоносителя в холодный период года. При применении нескольких теплообменников необходимо выбрать рациональную схему обвязки их теплопроводами. Обвязка обеспечивает последовательное, параллельное и последовательно-параллельное прохождение воды по теплообменникам, а также определяет живое сечение труб для прохода воды и ее скорость. Схема обвязки должна обеспечивать отключение теплообменников, условия регулирования подачи теплоносителя (холодоносителя или хладоагента), удобство обслуживания. Рекомендуемые схемы обвязки теплопроводов приведены в справочной литературе и в технических условиях производителей. Подробная методика подбора калориферов рассмотрена в разделе «Вентиляция» данного пособия и в справочной литературе, а также в материалах производителей кондиционеров, которые, как правило, предоставляют только ее электронную версию.
Камеры орошения и другие средства тепловлажностной обработки воздуха. При кондиционировании воздуха в зависимости от конкретных условий и требуемой эффективности процесса тепповлажностноЙ обработки применяют различные технические средства, позволяющие изменить влагосодержание и температуру обрабатываемого воздушного потока Процесс увлажнения осуществляется при контакте воздуха с каплями воды (например, в камерах орошения), со смоченной поверхностью насадки или слоя, путем введения в воздушную среду воды в молекулярном состоянии (увлажнение воздуха паром) или близком к молекулярному состоянию (увлажнение с помощью ультразвуковых диспергаторов) В качестве орошаемых слоев применяются слои волокнистых материалов, слои, заполненные сетками или специальными керамическими материалами и т д Насадки образуют, например, с помощью пластмассовых, деревянных пластин и т п Возможны и другие способы увлажнения воздуха, например, с помощью дисковых увлажнителей, высокодисперсного распыла воды специальными форсунками непосредственно в объем помещения, применения перегретой воды и т д Некоторые способы увлажнения воздуха требуют специальной подготовки воды, в частности, той или иной степени умягчения ее
Камеры орошения представляют собой устройства, в которых вода разбрызгивается с помощью форсунок При контакте воздуха с каплями воды за счет процессов тепло- и массообмена происходит изменение температуры и влажности обрабатываемого воздушного потока Камеры орошения состоят из одного или двух коллекторов, к которым присоединяются трубные стояки На стояках крепятся форсунки для распыла воды В зависимости от количества коллекторов камеры бывают одно- и двухрядными, с распылом воды «по» и «против» потока воздуха На выходе из камеры устанавливается каплеуловитель, дополнительно с целью уменьшения каплеуноса скорость во фронтальном сечении ее ограничивается яЗ м/с На входе может предусматриваться стабилизатор, обеспечивающий равномерное по сечению поле скоростей воздушного потока Разбрызгиваемая вода собирается в поддоне, циркуляция ее по системе водоснабжения осуществляется с помощью насоса, имеются также инженерные системы подготовки, нагрева (охлаждения) воды и создаются необходимые условия для обслуживания камеры Камеры орошения с системой обеспечения циркуляции и поддержания требуемых параметров воды представляют собой сложные и дорогостоящие комплексы Введение их в состав кондиционера существенно повышает его стоимость По этой причине в последнее время применяют оросительные камеры, работающие только в адиабатическом (изоэнтальпийном) режиме, т е без системы охлаждения (нагрева) циркулирующей воды
В орошаемых слоях вода подается на смачиваемые поверхности насадки или элементов слоя Они имеют меньшую по сравнению с камерами орошения удельную площадь контакта воздуха с поверхностью воды (м2/м3), меньшую эффективность процесса увлажнения и ощутимо меньший коэффициент орошения Паровые увлажнители состоят из генератора пара (для испарения воды преимущественно применяется электрическая энергия), паропровода, форсунок или коллектора ввода пара в воздушную среду, трубопровода отвода конденсата. Ввиду высокой стоимости электроэнергии применение паровых увлажнителей должно обосновываться технико-экономическими расчетами.
Все устройства увлажнения воздуха должны обеспечиваться системами автоматического регулирования режима работы и в обоснованных случаях могут иметь обводной канал с клапаном.
Осушка воздуха может осуществляться различными способами, в том числе и с помощью контактных аппаратов. При контакте в них воздуха с водой, температура которой ниже температуры точки росы для данных параметров воздуха, водяные пары конденсируются на водной поверхности. В контактных аппаратах осушка воздуха может осуществляться и при взаимодействии его с растворами сорбентов (бромистого лития, хлористого кальция, гликолей). Такой контактный аппарат по структуре близок к устройству оросительных камер и дополнительно в нем имеются инженерные системы для регенерации раствора путем выпаривания поглощенной влаги. Жидкие сорбенты обладают достаточно высокой коррозионной активностью и по этой причине такие системы изготавливаются из специальных материалов и имеют высокую стоимость. Для осушки воздуха могут применяться и твердые поглотители (твердые сорбенты). К ним относятся селикогель, алюмогель, активированный уголь и др. Из этих веществ формируются кассеты, через которые и пропускается осушаемый воздух. Как правило, в этом случае в установке имеется минимум две кассеты. Одна работает в режиме поглощения влаги, другая - в режиме регенерации. Регенерация осуществляется путем подогрева сорбента и выпаривания уловленной влаги.
При конденсации влаги на поверхности воды или сорбента выделяется теплота парообразования. По этой причине процесс осушки воздуха всегда сопровождается повышением его температуры.
Осушка воздуха может осуществляться и при контакте его с холодными поверхностями, температура которых ниже температуры точки росы. Часто для этого используются воздухоохладители.
Секция очистки воздуха, часто которую называют секцией фильтрации, предназначена для снижения в обрабатываемом воздухе концентрации механических примесей и доведения этого параметра до уровня ниже ПДК. Второе назначение секции фильтрации - защита теплообменных поверхностей (в утилизаторах теплоты, калориферах и воздухоохладителях) от загрязнений механическими примесями. В современных кондиционерах для очистки воздуха от пыли чаще всего применяется фильтрация его через полотна и реже через ткани, отсюда вытекает применение в терминологии частного случая очистки воздуха с помощью фильтрации для наименования секции очистки. В секциях грубой очистки могут применяться метал- дозированные сетки и ткани из синтетических волокон. Конструктивно фильтрующие элементы могут быть оформлены в виде ячеек (панелей), ртфрированных листов, карманов различной длины и т.д. Фильтры грубой -чистки (по европейскому стандарту EURO VENT 4/5 классы EU1...EU4) имеют степень очистки 65...90%; фильтры среднего класса (EU5...EU9) имеют степень очистки до 95%.
Размеры карманных и ячейковых фильтров положены в основу выбора размеров и формы поперечного сечения кондиционера на основе размеров модуля фильтрующего элемента. Некоторыми производителями в качестве фильтрующего элемента приняты карманные и ячейковые фильтры на направляющих с размером модуля 610x610 мм (и его производные 610x305 и 305x305 мм), другими - фильтрующие элементы, размещаемые на каркасе с размером модуля 428x428, или 490x490 или 592x592 (592x287) мм.
Требуемая площадь фильтрации и вытекающий отсюда набор фильтрующих элементов определяет размер поперечного сечения кондиционера. Следует отметить также, что при выборе размера поперечного сечения кондиционера учитываются также ограничения на скорость движения воздуха в поперечном сечении камер орошения и воздухоохладителей с мокрым режимом эксплуатации (по условиям отсутствия каплеуноса).
Полотна представляют собой нетканый материал с произвольным расположением тонких полиэфирных или иных волокон (путанка). Полотна характеризуются толщиной (мм), плотностью (кг/м2) и толщиной нити, чаще всего выражаемой с помощью внесистемной единицы - текс. Количество «текс» численно равно массе нити длиной 1 км или метр, соответственно в граммах или в милиграммах (г/км = мг/м). Чем меньше толщина полотна при одинаковой плотности или чем выше плотность при одинаковой толщине, а также чем меньше значение текс при одинаковой толщине и плотности - тем меньше пористость полотна и тем выше степень очистки воздуха. С уменьшением текс при одинаковой плотности и толщине полотна уменьшается размер пор, такие материалы улавливают частицы меньших размеров.
Образующие фильтровальное полотно волокна относятся к классу синтетических материалов, они характеризуются низкой гигроскопичностью; высокой кислотостойкостью и устойчивостью против действия органических растворителей; низкой термостойкостью (рабочая температура до 60°С). В полотно могут вплетаться металлические нити, придающие ему большую прочность и снижающие вероятность накопления статического электричества.
Фильтрующие поверхности вместе с элементами крепления и поддерживающей конструкцией являются легкосъемными устройствами. В зависимости от требуемой степени очистки и характера улавливаемой пыли в кондиционере могут применяться одна, две или три последовательно установленные секции очистки воздуха.
Секции утилизации теплоты предназначены для повторного продления теплоты или холода, забираемых от уходящего воздуха систем вентиляции и кондиционирования, от технологических потоков, местных отсосов и т.п. В системах кондиционирования воздуха в качестве угили- заторов тепловой энергии применяются пластинчатые рекуперативные теплообменники с перекрестным или противоточным движением теплоносителей, роторные теплообменники регенеративного типа и теплообменники с промежуточным теплоносителем. В отдельных случаях применяются теплообменники-утилизаторы на тепловых трубках. Применение секции утилизации теплоты должно обосновываться технико-экономическими расчетами. Тип секции утилизации теплоты определяется характеристиками потоков и требованиями, предъявляемыми к помещению, в котором необходимо осуществлять кондиционирование воздуха.
Работа утилизатора оценивается температурным или тепловым коэффициентом эффективности. Температурный коэффициент эффективности для пластинчатых рекуператоров достигает 70%, для регенеративных теплообменников с вращающимся ротором - 83% и для теплообменников с промежуточным теплоносителем - до 55%.
Наибольшее применение в технике кондиционирования воздуха получили пластинчатые теплообменники-утилизаторы. В случае переноса теплоты в теплообменнике между воздушными средами процесс может идти с конденсацией водяных паров в одном из трактов, причем в зависимости от периода года это может происходить и на тракте удаляемого воздуха и на тракте приточного воздуха. При наличии конденсации влаги теплообменники комплектуются поддонами для сбора конденсата и сепараторами для предотвращения уноса капель в последующие элементы воздушного тракта. При работе утилизатора в зимнее в зоне конденсации возможно обмерзание теплопередающих поверхностей и зарастание снеговой шубой проточных частей теплообменника. В этих случаях предусматривается управление режимом работы с помощью средств автоматизации и установка обводных клапанов, а нижнее рабочее значение температуры «холодного» теплоносителя ограничивается. Например, нижний предел температуры наружного воздуха в зависимости от параметров удаляемого воздуха в среднем ограничивается уровнем -5°С.
Вентиляторы в СКВ предназначены для организации перемещения по воздушным трактам требуемого количества воздуха. В установках кондиционирования применяются вентиляторы и вентиляторные агрегаты. Последние кроме привода и собственно вентилятора включают несущую раму, передачу, виброизоляторы, при необходимости направляющий аппарат и средства управления. Вентиляторный агрегат монтируется в вентиляторной секции, что позволяет без существенных трудностей изменять направления подвода и отвода воздуха. Наибольшее применение в кондиционерах получили радиальные вентиляторы с загнутыми назад и вперед лопатками, в случае большой производительности - с двухсторонним всасыванием настенных блоках сплит-систем применяются диаметральные вентиляторы и редко в некоторых автономных установках диагональные. Электропривод вентиляторов может быть одно- и многоскоростным. Регулирование частоты вращения ротора привода может осуществляться и с помощью преобразователей частоты тока.
Неотъемлемой частью СКВ является и система воздухораспределения. Воздух, приготовленный в установке комфортного кондиционирования с соблюдением всех требований, при не соблюдении требований по нормированию его подвижности, температуры и влажности в рабочей или обслуживаемой зоне может создать в помещении зону дискомфорта.
Для ассимиляции тепло- и влагоизбытков приточный воздух на выходе из воздухораспределителя имеет температуру и влагосодержание меньшие, чем в рабочей или обслуживаемой зоне. По пути к ней эта разность должна уменьшится до допустимых значений. Эту задачу и решает система воздухораспределения. Кроме того, в рабочей или обслуживаемой зоне должна соблюдаться нормируемая подвижность воздуха. Повышенные скорости движения воздуха формируют ощущение «сквозняка». Для раздачи воздуха в СКВ применяются различные типы воздухораспределителей, формирующие прямоточные, веерные, конические, закрученные, каскадные и др. струи, имеющие различную интенсивность падения температуры и скорости потока по мере удаления его от воздухораспределителя. Правильный выбор места расположения, типа воздухораспределителя, его размера и количества применяемых воздухораспределителей обеспечивает комфортное состояние воздуха в обслуживаемой зоне помещения.
При расчете процессов кондиционирования воздуха изменение его состояния изображается в I-d диаграмме. Приведем в качестве напоминания характер изменения состояния воздуха при прохождении через тот или иной элемент кондиционера (рис. 2.31).
Наиболее простыми для расчета являются процессы смешения и нагрева воздуха. Нагрев воздуха осуществляется без изменения влагосодержания, т.е. по линии d-const (процесс lb-2b). При смешении воздуха с параметрами А и Б точка смеси (См) находится на линии, соединяющей точки А и Б и делит отрезок А и Б в соотношении обратно пропорциональном массам смешиваемых объемов воздуха. Например, в приводимом на рис. 2.31 варианте воздух с параметрами А в смеси составляет три массовые части, а воздух с параметрами Б — одну массовую часть.
При контакте воздуха с водой изменение его параметров происходит в результате сложных процессов тепло- и массообмена, зависящих от аккумулирующей способности (произведения массы на теплоемкость) взаимодействующих веществ, скорости их взаимного перемещения, площади взаимодействия, теплофизических параметров и температуры каждого компонента и т.д. Это чрезвычайно сложные процессы и учет их в полной мере при решении инженерных задач неоправдан.
При расчете процессов взаимодействия воздуха с водой на стадии проектировании систем кондиционирования воздуха принята упрощенная модель, представляющая процесс переноса влаги от водной поверхности к воздуху как процесс смешения. Предполагают, что тонкий слой воздуха над поверхностью воды полностью насыщен водяными парами (ср = 100%), а его температура равна температуре воды. При таком предположении процесс тепло- и массообмена между воздухом и водой можно рассматривать как процесс смешения основного потока воздуха с воздухом в тонком слое, находящемся в насыщенном состоянии вследствие прямого контакта с водой. Параметры смеси, в соответствии с этим допущением, находятся на прямой, соединяющей точку начального состояния воздуха с точкой, соответствующей температуре воды и расположенной на линии ср = 100%. Положение точки смеси, как уже было отмечено, зависит от величины поверхности тепло- и массообмена, продолжительности контакта воздуха и воды, скорости их взаимного перемещения, а также параметров воздуха и воды.
На рис 2 31 в соответствии с принятой упрощенной моделью представлено несколько вариантов изменения состояния воздуха с начальными параметрами 1 при различном значении температуры воды W Процесс 1-2 (увлажнение с подогревом) осуществляется, если температура воды выше температуры воздуха, > h Процесс 1—3 соответствует изотермическому увлажнению, tw3 = tx Процессы 1—4 1—8 осуществляются с понижением температуры, 1-4 - политропическое, а 1-5 - адиабатическое или увлажнение Процесс адиабатического увлажнения реализуется, если температура воды равна температуре мокрого термометра {tWMm) для данного состояния воздуха Процесс 1—7 реализуется, если температура воды равна температуре точки росы, tp В этом случае влагосодержание воздуха не изменяется Если температура воды меньше то в контактных аппаратах реализуется процесс охлаждения с осушением обрабатываемого воздуха (процесс 1—8)
В любом случае параметры воздуха не могу достигнуть параметров воды, те t-tw и ф = 100% Как показано на рисунке, начавшись в точке У, процесс в зависимости от параметров воды заканчивается в точках 2 8 Отношение отрезка, например, 115 к длине отрезка I определяет эффективность процессов взаимодействия и обозначается в технике кондиционирования воздуха буквой Е Значение коэффициента эффективности Е можно найти через значения температур или энтальпий в характерных точках
Значение Е для контактных аппаратов установок кондиционирования воздуха определяется преимущественно скоростью взаимного перемещения сред и коэффициентом орошения
Исследования показывают, что параметры воздуха после орошения форсунками в серийных оросительных камерах находятся на линии 90-98%
Следует отметить некоторую условность принятой выше модели определения параметров воздуха при контакте с водой Она дает достаточно достоверные результаты только при условии, что температура воды равна температуре мокрого термометра для обрабатываемого воздуха В остальных случаях параллельно с изменением температуры воздуха меняется и температура воды Точка, характеризующая ее состояние, перемещается по линии ср = 100%. При вода при взаимодействии с воздухом охлаждается и температура ее стремится принять значение температура мокрого термометра. В этих вариантах воздух получает наибольшее количество влаги. Охлаждение воды обуславливается большим расходом тепловой энергии на испарение; поступление ее от воздуха, ввиду малой разницы или даже отрицательного значения несущественно. При увеличивается разность и уменьшается испарение влаги с поверхности воды. Увеличение приводит к увеличению поступления теплоты к воде от воздуха и с учетом уменьшения потока влаги от воды к воздуху температура воды увеличивается. Температура ее при тоже стремится принять значение температуры мокрого термометра. В первом случае для поддержания постоянной температуры воды требуется ее подогрев, во втором - охлаждение. Адиабатическое взаимодействие воды и воздуха осуществляется с наименьшими энергетическими затратами и широко применяется в технике кондиционирования воздуха. В этом случае конвективный тепловой поток, поступающий от воздуха к воде, равен расходу теплоты на испарение.
Всякое изменение параметров воздуха можно характеризовать соотношением г = АИМ, называемым угловым коэффициентом изменения состояния или тепловлажностным отношением. Величина этого коэффициента для рассматриваемых процессов определяется на диаграмме с помощью транспортира (рис. 2.31).
При увлажнении воздуха паром теплота, выделяемая при снижении температуры пара до температуры воздуха, приводит к повышению температуры последнего (процесс 1а-2а). Приращение температуры воздуха при увлажнении его паром пропорционально энтальпии пара для условий ввода его в воздушную среду и дефициту влаги в воздухе. При введении в 1 кг воздуха 1 грамма пара при температуре 100°С (теплоемкость пара 2,04 кДж/кг-К) и охлаждении его до 20°С воздух подогревается на 0,16 градуса. Эта цифра может служить ориентиром при оценке температурного эффекта увлажнения воздуха паром.
При осушке воздуха сорбентами (процесс 1с—2с) водяные пары из осушаемого воздуха конденсируются в сорбенте, в результате этого процесса выделяется скрытая теплота парообразования. Час гь теплоты конденсации расходуется на формирование физических связей процесса смачивания поверхности капилляров при применении в качестве сорбентов твердых (селикогель, алюмогель и др) поглотителей влаш. При применении жидких поглотителей (растворы хлористого лития, хлористого кальция и др.) дополнительно выделяется теплота гидратации, растворения и разбавления. Балансовое количество теплоты в обоих случаях потребляется на нагрев осушаемого воздуха и повышение температуры сорбента. Осушка воздуха сопровождается достаточно ощутимым повышением его температуры. Конденсация 1 грамма воды приводит к выделению 2260 Дж теплоты, что достаточно для нагрева 1 кг воздуха примерно на 2 градуса. В случае твердых поглотителей эта теплота затрачивается преимущественно на нагрев воздуха ввиду относительно малой массы сорбента, участвующего в процессе. В случае применения жидких поглотителей степень повышения температуры воздуха в значительной степени определяется коэффициентом орошения и соотношением аккумулирующей способности (произведениея массы участвующих в процессе агентов на их теплоемкость) воздуха и раствора.
Осушка воздуха может осуществляться и путем конденсации влаги на холодных поверхностях воздухоохладителя. Это достаточно сложный процесс, не имеющий к настоящему времени универсальных и надежных медедик расчета. В начальной стадии процесса снижения температуры влагосодержание воздуха не меняется (процесс Id—2d). После достижения температуры точки росы (точка 3) начинается выпадение конденсата и осушка воздуха (процесс 3-4). Это модель идеального процесса, который имеет место только для слоев потока, непосредственно контактирующих с холодными поверхностями воздухоохладителя, т.е. в пределах пограничного слоя. При развитых поверхностях теплообмена в воздухоохладителе удельный объем такого потока весьма значителен и параметры его достигают значений, характерных для точки 4. Однако, часть воздуха проходит через воздухоохладитель без контакта с поверхностями охлаждения или имеет недостаточный по времени контакт с ними. Эту часть воздуха можно привести к параметрам точки Id и учесть эффект от смешения ее с охлажденным потоком, назначив для нее соответствующую эквивалентную массу. Таким образом, на выходе из воздухоохладителя условно происходит смешение воздуха с параметрами точки 4 и воздуха с параметрами. Точка смеси имеет параметры. Определение положения точки 2d- затруднительно, оно зависит от интенсивности процессов переноса в воздухоохладителе, начальных параметров воздуха и параметров охлаждающей среды, скорости движения воздуха и т.д. В этой ситуации для определения положения точки 2d- необходимо пользоваться данными производителя оборудования. Современные воздухоохладители имеют хорошо организованные поверхности теплообмена с малыми расстояниями между ребрами. С достаточной степенью точности можно считать, что относительная влажность на выходе из них близка к 100%. Этому способствует и то, что скорость движения воздуха в поперечном сечении кондиционера ограничивается по условиям снижения уноса капель. При снижении скорости движения воздуха увеличивается время контакта его с теплообменными поверхностями и повышается эффективность процесса.
Изменяется температура воздуха и при прохождении его через вентилятор. Аэродинамические потери давления в проточных частях вентилятора трансформируются в тепловую энергию, расходуемую в том числе и на нагрев воздуха. Степень подогрева воздуха в вентиляторе определяется развиваемым давлением и к.п.д. вентилятора. Оценить степень нагрева воздуха можно по приближенной зависимости
Таким образом, температура воздуха при прохождении через вентилятор кондиционера повышается В соответствии с параметрами применяв- мых вентиляторов и развиваемого ими давления нагрев воздуха в вентиляторе составляет 1-1,5 градуса
Методики определения излагаются в курсе «Вентиляция » и являются частью курсового проекта по вентиляции, остальные параметры назначаются в соответствии с нормативными требованиями, литературными данными (grad г) или по проектным материалам (Н)
Оптимальные параметры внутреннего воздуха в нормативных источниках представляются в виде интервала изменения температуры и относительной влажности Рекомендуется для холодного периода года принимать в качестве расчетной величины нижний предел изменения температуры, а для теплого периода года - верхний, расчетное значение влажности для обоих периодов года рекомендуется принимать как среднюю величину для назначенного интервала изменения, или по обоснованию другие значения ее
В соответствии со структурой построения курсовой работы студенты
- изучают основные способы изменения тепловлажностного состояния воздуха,
- исходя из принципа минимизации воздухообмена и снижения энергопотребления овладевают навыками выбора рациональной последовательности и состава процессов обработки воздушных потоков,
- изучают устройство и закономерности функционирования конструктивных элементов кондиционера, методы их подбора, в том числе и с помощью ЭВМ
- составляют функциональные и конструктивные схемы проектируемой установки,
- получают сведения об источниках холодо- и теплоснабжения
