/
Text
COWVKRTP3VU ХНт
1.3. Процессы нагрева, охлаждения и смешения воздуха
На /-d-диаграмме влажного воздуха процессы нагрева, охлаждения
воздушной среды изображаются лучами по d-const (рис. 1.3).
5
Рис. 1.3. Процессы сухого нагрева и охлаждения иа/-d-диаграмме:
В|52 - сухой нагрев;5|/?3 - сухое охлаждение;
- охлаждение с осушением воздуха
Процессы сухого нагрева и сухого охлаждения воздуха на практике
осуществляют, применяя теплообменники (воздухонагреватели, калорифе-
ры, воздухоохладители).
Если влажный воздух в теплообменнике охлаждается ниже точки росы,
процесс сопровождается выпадением конденсата на поверхности, и
охлаждение воздуха сопровождается его осушкой (см. рис. 1.3).
Расход теплоты в теплообменнике на нагрев воздуха массой G, имею-
щего параметры /б|, до состояния /2, /б1 (см. рис. 1.3) определяется по
уравнению
Q = Gc(/2-/,) = G(/e2-/e|). (1.9)
Расход холода при охлаждении воздуха от состояния ВД/,; /6| ) до со-
стояния В3(/3; /Вл) определяют по уравнению
Qxon = G-c(ft-f3)=G(/S| -/eJ. (1.10)
9
Количество конденсата, образующегося при осушке воздуха от состояния
dj до состояния B5(ts', d2), рассчитывают по уравнению
Wk=G(d,-d2)10-3. (1.11)
Процессы смешения влажного воздуха изображаются на /-d-диа-
грамме прямой линией, соединяющей исходные состояния смешиваемого
воздуха. Причем параметры смеси определяют по т. С, лежащей на этой
прямой (рис. 1.8).
1.4. Примеры
₽ Пример 1.1. Определить влагосодержание, энтальпию, плотность
влажного воздуха при t = 20 °C, ф = 60%, Р6 = 0,098 МПа
(1 кгс/см2).
Решение. Влагосодержание воздуха в соответствии с форму-
лой (1.4) равно:
d = 0,623 в’--.?’0238 =0,009 кг/кг (9 г/кг),
1-0,60-0,0238
где 0,0238 кгс/см2 - давление насыщенного пара при / = 20 °C (прил.
2).
Энтальпия воздуха составит по формуле (1.7):
/= 1,005-20 + (2500 + 1,8-20)-9-10'3 = 42,9 кДж/кг.
Плотность воздуха по формуле (1.8) равна:
353
20 + 273
» 1,2 кг/м3.
«У Пример 1.2. Определить параметры влажного воздуха, если он имеет темпе-
ратуру по сухому термометру 20 °C и влагосодержание 4 г/кг.
Решение. На /-d-диаграмме влажного воздуха находим изотерму
20 °C и линию влагосодержания 4 г/кг, на пересечении которых определится т.
В, отвечающая состоянию данного воздуха (рис. 1.4).
Остальные параметры влажного воздуха равны: относительная влаж-
ность ф = 28%, энтальпия /= 30,2 кДж/кг, парциальное давление водяных
паров Рп - 0,65 кПа, температура мокрого термометра tu - 10,5 °C, темпе-
ратура точки росы fp = 0,8 °C.
10
Рис. 1.4. Определение параметров воздуха на I-d-диаграмме
Пример 1.3. Определить относительную влажность воздуха, если тем-
пература точки росы воздуха равна 4 °C, температура мокрого термометра
равна 12 °C.
Решение приведено на рис. 1.5, откуда видно, что относительная влаж-
ность воздуха равна 32%.
Рис. 1.5. Определение состояния влажного воздуха на /-(/-диаграмме
11
« Пример 1.4. Воздух, имеющий параметры (р = 40%, t = 22 °C и расход
1000 кг/ч, нагревается в поверхностном теплообменнике до t = 38 °C.
Определить энтальпию и относительную влажность воздуха после на-
грева и расход израсходованной теплоты. Изобразить процесс на
/-«/-диаграмме влажного воздуха.
Решение. Процесс нагрева воздуха изображается в виде линии ВНВК
по линии «/-const (рис. 1.6). Видно, что параметры нагретого воздуха
ср = 17%, /6|< = 55 кДж/кг.
Рис. 1.6. Сухой нагрев воздуха
Расход теплоты на нагрев воздуха по формуле (1.9):
Q = 1000 (55 - 38,6) = 16400 кДж/ч (4,56 кВт).
* Пример 1.5. Воздух с параметрами <р = 40%, Г = 22 °C охлаждается в
поверхностном теплообменнике до t = 5 °C (рис. 1.7).
Определить расход холода и количество сконденсировавшейся влаги,
если количество воздуха равно 1000 кг/ч.
Процесс охлаждения воздуха изобразить на /-«/-диаграмме влажного
воздуха.
12
Решение. Расход холода по формуле (1.10):
Охол = 1000 (38,6 -18,5) = 20100 кДж/ч.
Количество сконденсированных водяных паров по формуле (1.11):
WK = 1000 (6,6 - 5,3) -10 3 = 1,3 кг/ч.
Пример 1.6. 1 кг воздуха А (<р = 50%, d = 5 г/кг) смешивается с 4 кг
воздуха В (1 = 48 кДж/кг, t = 20 °C). Определить параметры смешанного
воздуха <рс и /с.
Решение. Для решения воспользуемся /-(/-диаграммой влажного воз-
духа.
Определим положение т. А, В на /-(/-диаграмме (рис. 1.8)
Проводим прямую линию АВ. Разделим отрезок АВ на 5 частей
Г 4 кг , .Л D, ..
------н 1 = 5 и отложим одну часть от т. В (или четыре части от т. А), это и
U кг )
определит положение т. С (состояние смешанного воздуха).
Для т. С находим <рс ~ 73%, 7С« 43,7 кДж/кг.
13
Укажем также на другой способ решения данного примера.
Точку С на прямой АВ можно определить по вычисленному значению
энтальпии смеси /с или влагосодержания смеси dc. Для этого нужно со-
ставить уравнение теплового баланса (а) или уравнение материального ба-
ланса по водяным парам (б):
Ga> а + GBIB = {Ga + Ge)/C (а)
или
GAdA + GBdB = (Ga + GB)dc, (б)
где GA, GB - масса воздуха/1 и В, соответственно, кг;
IА, Iв< ~ энтальпия воздуха/!. В, С, соответственно, кДж/кг;
dA, dB, dc - влагосодержание воздуха Л, В и С, соответственно.
Из уравнения (а) находим
GAIА + Gs/e
Сд +Gb
(в)
Из рис. 1.8 определим IА = 26,6 кДж/кг (/е =48 кДж/кг по условию
примера):
. _ 1 • 26,6 + 4-48
'с--------;—---------
= 43,7 кДж/кг.
На пересечении линии АВ с изоэнтальпой /с = 43,7 кДж/кг определит-
ся т. С - состояние смешанного воздуха.
Как указывалось выше, определить положение т. С можно также по
dc-
Из уравнения (б)
. GAdл + Goda . .
<*с = V / » (г)
Ga + Ge
15 + 4 11
1+4
= 9,8 г/кг.
dc _
Восстановив перпендикуляр из d = 9,8 г/кг до пересечения с прямой
АВ, найдем т. С. Из рис. 1.8 видно, что положение т. С не меняется.
1.5. Контрольные задачи
1.1. Воздух имеет параметры tc = 18 °C, <р = 40%. Определить тем-
пературу "точки росы" и температуру мокрого термометра.
1.2. В результате замеров, произведенных с помощью психрометра, по-
лучены следующие значения температур: tc = 22 °C, tu = 18 °C. Определить
остальные параметры воздуха (ф, /, d, fp, Pn).
1.3. Воздух внутри помещения имеет tc = 25 °C, tp = Ю °C. Опреде-
лить остальные параметры влажного воздуха (ф, /, d, tu, Pn).
1.4. 2 кг воздуха (ф = 50%, t = 20 °C) смешивается с 8 кг воздуха (t =
0 °C, d = I г/кг). Определить параметры смешанного воздуха и ф^.
1.5. Воздух с параметрами /С) = Ю °C, /, = 15 кДж/кг смешивается с
воздухом, имеющим параметры /^=18 °C, ф, = 90%. Определить пара-
метры смеси, если воздуха в точке 2 в два раза больше, чем в точке 1.
•1.6. Найти влагосодержание влажного воздуха при Г = 30 °C,
ф = 50%, и барометрическом давлении 740 мм рт. ст. аналитическим мето-
дом и определить ошибку при расчете этого влагосодержания с помощью
/-d-диаграммы, построенной для Р6 = 760 мм рт. ст.
(см. рис. 1.2).
1.7. Могут ли температура мокрого термометра и температура точки
росы воздуха быть равны друг другу?
1.8. Наружный воздух в количестве 100 000 кг/ч с параметрами /С1 = -
Ю °C, ф = 60% нагревается до t = 15 °C в поверхностном воздухонагрева-
теле. Определить относительную влажность нагретого воздуха н расход
тепла.
14
15
'1.9. Воздух в количестве 20000 кг/ч с параметрами г = 26 °C,
Ф = 60% охлаждается до t = 20 °C. Определить расход холода и относи-
тельную влажность охлажденного воздуха.
• 1.10. Исходя из условий задачи 1.9, определить дополнительный рас-
ход холода и количество выпавшего конденсата, если воздух будет доох-
лажден до t = 10 °C.
, 1.11. Наружный воздух с параметрами tc = 0 °C и ф = 80% перевести в
состояние tc = 20 °C, ф = 90% с помощью подогрева и адиабатического ув-
лажнения. Изобразите процессы на /-«/-диаграмме.
2. ТЕПЛО- И ВЛАГООБМЕН МЕЖДУ ВОЗДУХОМ И ВОДОЙ
2.1. Криволинейный треугольник
Возможные направления процессов взаимодействия воздуха и воды
можно представить графически на /-«/-диаграмме влажного воздуха в об-
ласти криволинейного треугольника Я. 1.7 (рнс. 2.1).
Рис. 2.1. Изображение на /-«/-диаграмме возможных процессов взаимодействия
воздуха с водой постоянной температуры
Здесь одной стороной является кривая ф = 100%, а двумя другими -
касательные к этой кривой, проведенные из т. А, характеризующей началь-
ное состояние воздуха. Любой процесс взаимодействия воздуха с водой
постоянной температуры будет изображен в виде луча, находящегося в
пределах этого треугольника, так как ни одни луч, выходящий из т. А вне
треугольника, не может пересечься с кривой ф = 100%.
Направление луча процесса зависит от сопоставления температуры
воздуха (fc, (м, fp) и температуры воды tw.
При tw ) tc процесс взаимодействия воды и воздуха изобразится лини-
ей А~1, то есть он сопровождается увеличением температуры, энтальпии и
вдагосодержания воздуха.
При /w = /с имеет место процесс А6 - изотермическое увлажнение воз-
духа. Также отмстим, что изотермическое увлажнение воздуха можно
осуществить при подаче водяного пара (п. 3.8).
При tu < tw < tc процесс изображается линией А5. В этом случае эн-
тальпия и влагосодержание воздуха увеличивается, а температура умень-
шается.
При tw = tu процесс соответствует лучу А4, то есть адиабатическому
увлажнению и охлаждению воздуха. На практике данный процесс имеет
место при использовании рециркуляционной воды в ОКФ. у
При /р < tw < tu изменение состояния воздуха изображается лучбм АЗ,
происходит охлаждение и увлажнение воздуха.
При tw = tp процесс изображается линией /12, он соответствует сухому
охлаждению воздуха (уменьшается температура, энтальпия воздуха при
сохранении начального влагосодержання).
При tw < (р процесс соответствует лучу А1. происходит уменьшение
температуры воздуха и понижение его влагосодержання, то есть охлажде-
ние и осушение воздуха.
2.2. Процессы увлажнения и осушения воздуха водой
С целью увлажнения или осушения воздуха в СКВ применяют кон-
тактные аппараты. Среди них наибольшее распространение получили оро-
сительные камеры форсуночные - ОКФЗ [2].
В холодный период года воздух в ОКФЗ подвергают адиабатическому
Увлажнению путем распыления в камере через механические форсунки во-
ды, tw - tM (луч /14, см. рис. 2.1). Для получения воды с данной температу-
рой ее закольцовывают в ОКФЗ, то есть используют рециркуляционную
воду.
17
16
Адиабатическое увлажнение воздуха также применяют и в теплый пе-
риод для районов с сухим и жарким климатом (п. 3.5.1).
Расход воды для адиабатического увлажнения воздуха определяют по
уравнению
Gw = G(dA-dA)-lO-\ (2.1)
В теплый период года воздух в ОКФЗ часто подвергают политропиче-
ской обработке с осушением. При этом применяют воду tw <tp (луч Л1,
рис. 2.1). Для получения воды с низкой температурой используют холо-
дильные машины.
Расход холода в ОКФЗ при осушке воздуха определяют по уравнению
G^=G{Ia-Ix). (2.2)
Количество сконденсированных паров воды при осушке воздуха опре-
деляют по формуле
G^ =G(dA-d,)-\Q~'i. (2.3)
На практике относительная влажность воздуха на выходе из ОКФЗ при
адиабатическом увлажнении и осушке составляет
<р = 90-95% [1].
2.3. Примеры
Пример 2.1. Воздух имеет параметры tc = 24 °C, ф = 50%. Определить
параметры воздуха после прохождения камеры орошения, если разбрызги-
вается рециркуляционная вода.
Решение. На /-fZ-диаграмме влажного воздуха определяем начальное
состояние влажного воздуха т. А (рис. 2.2). При адиабатическом увлажне-
нии конечное состояние воздуха соответствует т. О (ф = 90%, 1А = /о).
При этом 1 = 48 кДж/кг, d = 11,7 г/кг, fc «18,2 °C, tu~ 17 °C, fp~ 16,5 °C,
ф - 90%.
Рис. 2.2. К примеру 2.1
Пример 2.2. Воздух имеет температуру 18 °C, относительную влаж-
ность 50%. При каких условиях возможно его адиабатическое увлажнение
в ОКФЗ?
Решение. Адиабатическое увлажнение воздуха происходит при раз-
брызгивании в ОКФЗ воды tw = t„.
Из рис. 2.3 видно: tu = 12 °C.
18
19
Пример 2.3. Воздух имеет температуру 18 °C, относительную влаж
ность 50%. При каких условиях возможно его осушение в ОКФЗ?
Решение. Осушение воздуха водой возможно при tw <tp. Из рис. 2.’
видно, что fp = 8 °C, следовательно, осушение воздуха произойдет пр<
tw < 8 °C.
2.4. Контрольные задачи
2.2. При каком режиме работы оросительной камеры температура воз-
духа но мокрому термометру на входе и выходе из камеры одинакова?
2.3. Воздух на входе в ОКФЗ имеет t = 25 °C, <р ~ 60%; на выходе из
ОКФЗ температура воздуха равна 10 °C. Определить расход холода, если
количество воздуха равно 40 000 кг/ч.
2.4. Определите параметры воздуха на выходе из оросительнойкаме-
рЫ. если она работает в режиме адиабатического охлаждения, а параметры
воздуха на входе: tp = 4 °C, tc = 22 °C.
2.1. На рис. 2.4 изображены процессы тепловлажностного изменения паЛ
раметров влажного воздуха. Они изображены в виде прямых отрезков (лу-И
чей), образующих в совокупности звезду. Укажите, какие лучи соответстьу-И
ют процессам при непосредственном контакте воздуха с водой. ПриведитЛ
возможные технологические параметры процессов (направление процессом
от т. 1 по часовой стрелке). ®
Рис. 2.4. К задаче 2.1
2.5. Воздух характеризуется следующими параметрами tc = 24 °C, <р =
60%- Возможна ли его осушка в ОКФЗ, если вода имеет температуру 16
°C?
2.6. Воздух имеет параметры tc = 20 °C, <р = 60%. С помощью какого
процесса можно перевести его в состояние, при котором tc = tu = 20 °C?
2.7. Воздух имеет параметры tc = 20 °C, tu = 10,5 °C. Как перевести
этот воздух в состояние с параметрами tc = 2 °C, <р = 90%? Ответ сопрово-
дите построением на /-«/-диаграмме влажного воздуха.
3. РАСЧЕТЫ ПРИ ПОСТРОЕНИИ ПРОЦЕССОВ СКВ
На /-«/-ДИАГРАММЕ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА
3.1. Построение луча процесса
I (оложенне луча процесса в /-«/-диаграмме определяют угловым коэф-
фициентом е . Этот параметр называют также тепловлажностным отноше-
нием. так как он показывает величину приращения количества теплоты на
1 кг полученной (или отданной) воздухом влаги. Коэффициент е имеет
размерность кДж/кг:
Д</ W ’
(3.1)
где Оп - поток полной теплоты, кДж/ч;
W - расход влаги, кг/ч;
А/, Ас/ - изменение энтальпии, кДж/кг, и изменение влагосодержания
воздуха, кг/кг.
20
21
Если начальные параметры воздуха различны, а значения е одинак» вы, то линии, характеризующие изменение состояния воздуха, будут ш раллельными прямыми. ; Линии процесса наносятся на /-«/-диаграмму несколькими способам [1]. Ниже рассмотрен способ с использованием углового масштаба на 1-с диаграмме (пример 3.1). Таблица 3.1 Зависимость градиента температуры по высоте помещения от удельных выделений явной теплоты
Гуд^льнью выделения явной теплоты дя, Вт/м3 Г радиент темпе- ратуры по высоте grad t, °С/м Примечание
3.2. Определение параметров приточного воздуха более 23,2 0,8-1,5 Меньшие значения принимают
71,6-23,2 0,3-1,2 для холодного периода года, большие - для теплого
Температуру приточного воздуха tn можно определить по формуле менее 11,6 0-0,5
~ ~ ^ДОП> (3.2 где Д/доп - допустимый перепад температур, °C. Он зависит от выбор принципиальной схемы воздухораспределения. Для расчета воздухообмена принимают при подаче воздуха: — непосредственно в рабочую зону At =2 °C- шдоп х - на высоту 2,5 м и выше доп = (4-6) °C; - на высоту более 4 м от пола ДГДоп=(6-8)°С; - воздухораспределителями (плафонами) Д/доп = (8-15) °C. 3.3. Определение параметров удаляемого воздуха * Температуру воздуха, удаляемого системами вентиляции и СКВ, мож- но определить по уравнению ; (у = (в + grad t (Н - /?), (3.3) где grad t - градиент температуры по высоте помещения выше рабо- чей зоны, °С/м. Градиент температуры по высоте помещения определяют в зависимости от удельных избытков явного тепла в помещении по табл. 3.1. ' 3.4. Определение производительности СКВ Для частных случаев, когда воздух из помещений не удаляется мест- ными отсосами и не забирается на технологические нужды, воздухообмен (производительность СКВ) определяют, кг/ч: а) по условию удаления полной теплоты G = 3-6EQn. - (3.4) /у б) по условию удаления явной теплоты = 3 6 Q б (3.5) c(ty-fn) в) для удаления избыточной влаги G= n'W ; (3-6) г) для удаления вредностей (паров, газов) (3-7) где z- количество газа (пара), выделяющегося в помещении, мг/ч; Zj - концентрация данного газа в удаляемом воздухе, мг/м (если удаление из рабочей зоны = ПДК); Z, - концентрация данного газа в приточном воздухе, мг/м (Z, = до 0,3 ПДК).
'll
23
3.5. Построение процессов обработки воздуха в СКВ
при прямоточных схемах
3.5.1. Прямое нзоэнтальпийное охлаждение воздуха
Прямое нзоэнтальпийное охлаждение воздуха применяют в СКВ в те*
лый период для районов с сухим и жарким климатом.
Для изоэнтальпийного охлаждения воздух направляют в ОКФ, раб*
тающей на рециркуляционной воде. Получение необходимых параметре
воздуха (t, <р) обеспечивает применение регулируемого процесса в ОК<
или схемы с байпасированием воздуха. При регулируемом процессе зада»
пая влажность воздуха на выходе из камеры орошения достигается изм<
пением количества воды, подаваемой в дождевое пространство, и прим*
пением форсунок, обеспечивающих необходимое распыление воды в ш*
роком диапазоне изменения давления перед ними. В схемах с байпасир<
ванием в оросительное пространство подается часть общего расхода н*
ружного воздуха, в то время как другая его часть проходит по обводном
(байпасному) каналу без обработки, после чего происходит их смешив;
нис. I
Схемы обработки воздуха на /-«/-диаграмме приведены на рис. 3.!.
Рис. 3.1. Схемы прямого изоэнтальпийного охлаждения воздуха:
а - с применением регулируемого процесса;
б - с применением байпасирования воздуха
24
При регулируемом процессе предлагается следующий порядок графоа-
()а;1И, и'.еского построения на /-«/-диаграмме (рис. 3.1, а):
;i) нахождение точек Н и В, характеризующих состояние наружного и
них грениего воздуха;
о) определение положения т. О (то есть состояния воздуха на выходе
из оросительной камеры). Для этого проводят вспомогательное построе-
ние. От т- В вниз по лииии «/в-const откладывают отрезок ВВ*. соответст-
вующий (1-1,5) °C. Через т. В’ проводят прямую, параллельную лучу про-
цесса н помещении (в соответствии с величиной углового коэффициента
Enou> 10 ,|СРесече,,ия с линией /ц-const в точке О.
в) определение положения т. П (то есть состояния приточного воздуха).
Через ।. О по линии Jo-const вверх откладывают отрезок, равный (1 -1,5) °C (та-
кой же как и отрезок ВВ’), получая при этом т. П.
г) определение положения т. У (то есть состояния воздуха, уходящего из по-
мещения). Она находится на пересечении линии епоы с изотермой /у.
Таким образом, прямая ПВУ - процесс изменения состояния воздуха в
помещении, прямая НО - процесс изоэнтальпийного охлаждения (увлаж-
нения ) воздуха в ОКФ, прямая ОП - процесс нагрева воздуха в вентилято-
ре.
При байпасировании части наружного воздуха порядок построения
процесса на /-«/-диаграмме следующий (рис. 3.1, б):
а) нахождение точек Н и В;
б| определение положения т. О. Она находится на пересечении изоэн-
талып.1 /ц с линией <р = 90% (характеризует состояние воздуха на выходе
из ОКФ);
в) определение положения т. С (то есть состояния воздуха после сме-
шения наружного (байпасированного) воздуха с воздухом из оросительной
камеры). Для этого от т. В вниз по линии «/ц-const откладывают отрезок
ВВ’. соответствующий - 1,5 °C. Через т. В’ проводят прямую, параллель-
на ю лучу процесса в помещении (в соответствии с еп), до пересечения с
линией /ц-const в т. С;
।) определение т. П (то есть состояния приточного воздуха). Через т. С
1,(1 ншии Jc-const вверх откладывают отрезок - 1,5 °C, получая при этом т.
П.
л) определение положения т. У (то есть состояния воздуха, удаляемого
,п помещения). Она находится на пересечении линии с изотермой /у.
25
Таким образом, прямая НО - процесс смешения наружного воздуха
воздухом из оросительной камеры, СП - процесс нагрева воздуха в вент
ляторе, ПВУ - процесс изменения параметров воздуха в помещении. I
Расход приточного воздуха определяют по уравнению (3.4); расход воад
ха, проходящего через байпас G6, определяют по уравнению:
Количество воды, испарившейся в камере при увлажнении воздуха:
WHcn=Gn(do-dH)-10-3. (3.
3.5.2. Прямоточная схема СКВ для теплого периода
Схема СКВ при прямоточном способе обработки воздуха для тепли
периода приведена на рис. 3.2.
Р<
в) определение положения других точек:
- т.|(}го есть состояния приточного воздуха), которая лежит на пе-
ресечении изотермы t„ с лучом процесса;
- т. П' (то есть состояния приточного воздуха на выходе из вто-
рого воздухонагревателя ВН2), для чего от т. П вертикально вниз отклады-
вают отрезок в 1 °C (отрезок ПП' характеризует нагрев приточного воздуха
в воздуховодах и вентиляторе);
— т. О (то есть состояния воздуха на выходе из оросительной ка-
меры), для чего от т. П вниз по линии d-const проводят линию до пересече-
ния с Ф = 90% (отрезок ОП' характеризует нагрев воздуха во втором
воздухонагревателе ВН2);
- т. У (то есть состояния воздуха, уходящего из помещения), ле-
жащей на пересечении изотермы 1у с лучом процесса (отрезок ПВУ харак-
теризует ассимиляцию теплоты и влаги воздухом в помещении); если
t =te, то т. У соответствует положению т. В и при построении ее не ука-
зывают на /-d-диаграмме (рис. 3.11).
Все базовые точки найдены. Их соединяют прямыми линиями
(см. рис. 3.2).
Физический смысл найденных отрезков следующий: НО - процесс
осушки и охлаждения воздуха в ОКФ, ОП' - нагрев воздуха во втором воз-
духонагревателе, П'П - нагрев воздуха в воздуховодах и вентиляторе, ПВУ
- процесс в помещении.
Расход теплоты во втором воздухонагревателе определяют по уравне-
нию
0внг=6п(/п-'о)- (31°)
Расход холода в ОКФ определяют по формуле
QXOn=Gn(/H-/o)- (З-Н)
Количество сконденсированных паров воды из воздуха в ОКФ, кг/ч,
равно
WK = Gn(dH-do)10~3.
(3-12)
Рис. 3.2. Прямоточная схема СКВ для теплого периода
Предлагается следующий порядок построения процесса н
/-d-диаграмме влажного воздуха [1,3]:
а) нахождение на /-d-диаграмме положения точек Н и В, характер
зующих состояние наружного и внутреннего воздуха; '
б) проведение через т. В луча процесса с учетом величины угловоп
коэффициента е^ом;
26
27
3.5.3. Прямоточная схема СКВ для холодного периода
Данная схема приведена на рис. 3.3. Предлагается следующий поряд;
построения на /-«/-диаграмме влажного воздуха [1,3]:
а) нахождение на /-«/-диаграмме положения базовых точек В и Н, х:
растеризующих состояние наружного и внутреннего воздуха;
б) проведение через т. В луча процесса с учетом величины углово!
коэффициента е*ом;
в) определение положения точек П, У, О, К:
— т. У, расположенной на пересечении изотермы /у (для холодног
периода года - пример 3.3.2);
- т. П, расположенной на пересечении изоэнтальпы /п с лучом пр<
цесса; численное значение удельной энтальпии /п приточного воздуха ш
холодного периода года вычисляют предварительно из уравнения
где /у - уде. пая энтальпия воздуха, уходящего из помещения в хо
лодный период года, которую определяют по положению т. У
на /-«/-диаграмме, кДж/кг;
]TQX - суммарные полные теплоизбытки в помещении в холодны;
период года, Вт;
G - производительность СКВ в теплый период года, кг/ч;
— т. О (то есть состояния воздуха на выходе из оросительной камеры), рж
положенной на пересечении линии dn с линией <р = 90%;
— т. К (то есть состояния воздуха на выходе из воздухонагревате i
первой ступени), расположенной на пересечении линии с/н с изоэнтальпо
^о
Соединяем базовые точки прямыми и получаем ломаную лини;
НКОПВУ (рис. 3.3).
Физический смысл отрезков следующий: НК - нагрев воздуха в возду
хонагревателе первой ступени, КО - адиабатическое (изоэнтальпийнсх
охлаждение воздуха, ОП - нагрев воздуха в воздухонагревателе второ
ступени, ПВУ - процесс в помещении.
Расход теплоты в первом воздухонагревателе определяют по уравне
нию
Овн, = ® Gо “ ^н)- (3.14
28
Рис. 3.3. Прямоточная схема СКВ для холодного периода
Расход теплоты во втором воздухонагревателе определяют по формуле
Qbh2 =G(/n-/o)- (3-15)
Количество воды, испарившейся при адиабатическом увлажнении воз-
духа в ОКФ
И/исп = G (d0 - dK )• 10 3. (3.16)
3.6. Построение процессов обработки воздуха в СКВ
с рециркуляцией
3.6.1. Схема СКВ с первой рециркуляцией для теплого периода
Данная схема изображена на рис. 3.4.
Предлагается следующий порядок построения на /-d-диаграмме влаж-
ного воздуха [1,3]:
- определение положения т. Н, В, П, П', О, У (раздел 3.5.2);
- определение положения т. У' (то есть состояния рециркуляционного
воздуха перед его смешиванием с наружным воздухом), для чего от т. У по
пинии «/-const откладывают вверх отрезок в 0,5 °C (отрезок УУ' характеризу-
ет нагрев уходящего воздуха в вентиляторе);
29
— т. С (то есть состояния воздуха после смешивания рециркуляций
кого воздуха с наружным воздухом). Точки У' и Н соединяют прямой.
Рис. 3.4. Схема СКВ для теплого периода с первой рециркуляцией
Отрезок У'Н характеризует процесс смешивания рециркуляционного
наружного воздуха. Точка С находится на прямой У'Н (на пересечении
/с)-
Удельную энтальпию /с, кДж/кг, точки С вычисляют по уравнению
. _ GH • /н + G1P • /у.
'с ------------------
G
где G1P - расход воздуха первой рециркуляции, кг/ч:
Расчетные уравнения.
Расход теплоты в воздухонагревателе определяют по уравнению (3.10),
расход приточного воздуха - по (3.4)-(3.7), расход холода в ОКФ опреде-
ляют по (рис. 3.4)
Qxon=G(/c-/o)-
(3-19)
Количество сконденсированных паров воды из воздуха, кг/ч, вычисля-
ют по уравнению
WK =G(dc-do)-10~3. (3.20)
3.6.2. Схема СКВ с первой рециркуляцией для холодного периода
Здесь возможны два варианта:
I вариант - смешивание наружного и рециркуляционного воздуха про-
изводят до первого воздухонагревателя;
И вариант - смешивание наружного и рециркуляционного воздуха
производят после первого воздухонагревателя.
Рассмотрим I вариант.
Схема приведена на рис. 3.5, а.
(3.1
G1P - G GH.
(3-1
Точки С и О соединяют прямой. Получившийся отрезок СО характер
зует политропический процесс тепловлажностной обработки воздуха
оросительной камере. На этом построение процесса СКВ заканчивают.
рис. 3.5. Схемы СКВ для холодного периода с первой рециркуляцией:
а ~ смешивание наружного и рециркуляционного воздуха осуществляется до
6 __ первого воздухонагревателя,
смешивание наружного и рециркуляционного воздуха осуществляется после
первого воздухонагревателя
30
31
Предлагается следующий порядок построения воздуха и
/-«/-диаграмме влажного воздуха [1,3J:
- определение положения т. Н, В, У, П, О (раздел 3.5.3);
- определение положения т. С (то есть состояния воздуха после см<
шивання наружного воздуха с рециркуляционным).
Точки Н и У соединяют прямой. ।
Отрезок НУ характеризует процесс смешивания рециркуляционного
наружного воздуха. Точка С находится на прямой НУ (на пересечении
^с)-
/с определяют по уравнению
'с- G • ( '
Величину G1P определяют по уравнению (3.18);
- определение положения т. К, характеризующей состояние воздух
иа выходе из первого воздухонагревателя BHt и находящейся на пере сеч»
нии линии dc с изоэнтальпой /о.
Таким образом, НУ - процесс смешивания наружного и рециркуляш
ониого воздуха; СК - нагрев воздуха в воздухонагревателе первой ступ<
пи; КО - обработка воздуха в оросительной камере; ОП - нагрев воздуха
воздухонагревателе второй ступен»
ПВУ - процесс изменения состояния воздуха в помещении.
Рассмотрим II вариант (наружный и рециркуляционный воздух смени
ваются после первого воздухонагревателя).
Схема приведена на рис. 3.5, б.
Предлагается следующий порядок построения процессов н
/-«/-диаграмме влажного воздуха [1,3]:
- определение положения т. Н, В, У, П, О (раздел 3.5.3);
— определение положения т. С (то есть состояния воздуха после сме
ши ван ия наружного воздуха, прошедшего нагрев в первом воздухонагре
вателе ВН|, с уходящим из помещения воздухом), расположенной на пере
сечении изоэнтальпы /0 с линией С^; численное значение dc вычисляю
из уравнения
dc = Gh dH +G1P-dy ; (322
G
— определение положения т. К, характеризующей состояние воздух
на выходе из первого воздухонагревателя ВН( и находящейся на пересечс
нии линии dH (влагосодержание наружного воздуха) с продолжением пря
мой УС.
32
Таким образом, НК - процесс нагрева наружного воздуха в первом
воздухонагревателе; КУ - процесс смешивания нагретого наружного и ре-
циркудяциоиного воздуха; СО - процесс адиабатического увлажнения воз-
ivxa н оросительной камере; ОП - процесс нагрева воздуха во втором воз-
духонагревателе; ПВУ - процесс в помещении.
Следует отметить, что при равных условиях расходы тепла на
I ступени подогрева оказываются одинаковыми независимо от того, где
происходит смешивание наружного и рециркуляционного воздуха: до илн
после воздухонагревателя I ступени.
3.7. Двухступенчатое охлаждение воздуха
Для уменьшения воздухообмена в теплый период года применяют
двухступенчатое охлаждение воздуха.
Двухступенчатое охлаждение воздуха предусматривает охлаждение в
две ступени. Вначале воздух охлаждают в поверхностном теплообменнике
(косвенным способом), затем воздух охлаждают в ОКФ (прямым спосо-
бом).
Холодоноситель - воду для теплообменника получают в дополнитель-
ном контактном аппарате (градирне, брызгальном бассейне, форсуночной
камере).
Схема процесса приведена на рис. 3.6.
Построение процесса начинают с нанесения на /-rZ-днаграмму точек Н,
В. Затем рассчитывают температуру воды охлажденной в градирне и по-
ступающей в теплообменник - по уравнению
=Гмн +(2...6)°С, (3.23)
где ^мн - температура наружного воздуха по мокрому термометру, °C.
Также расчетом определяют температуру воздуха на выходе из тепло-
обменника:
(Н=^,+Д/. (3.24)
где д/ _ перепад температур между теплоносителями в теплообменни-
ке, °C. Обычно Д( £ 3 °C [I].
Определяют положение т. Н', характеризующей состояние воздуха на вы-
ходе из теплообменника (находится на пересечении (н- и dH ).
33
Рис. 3.6. Схема двухступенчатого охлаждения воздуха:
а - обвязка оборудования:
1 - кондиционер; 2 - теплообменник^ - ОКФ; 4 - насосы; 5 - градирня;
б - схема обработки воздуха на диаграмме
Затем определяют положение т. О, С, П (п. 3.5.1).
Базовые точки соединяют прямыми линиями. Их физический смысл:
ИИ' - охлаждение воздуха в теплообменнике (косвенное охлаждение
Н'О - изоэнтальпий охлаждение воздуха в ОКФ (прямое охлаждение
СП - нагрев воздуха в приточном вентиляторе; 1
ПВ - процесс в помещении.
3.8. Увлажнение воздуха водяным паром
При кондиционировании воздуха в некоторых случаях используют у
лажнение воздуха острым паром.
Водяной пар обычно имеет температуру более 100 °C, то есть зн
чительно отличающуюся от температуры воздуха. Однако в связи с те
что содержание явного тепла в паре, ассимилируемого воздухом, незнач
телыю, луч процесса идет с небольшим отклонением вверх от изотерм!
Изменение энтальпии воздуха в основном определяется теплотой пароо
разования водяного пара, температура воздуха при этом повышается Н
значительно (луч 8,8,83. рис. 3.7). Величина углового коэффициента оп-
ределяется по уравнению
Рис. 3.7. Изотермическое увлажнение воздуха
С некоторым допущением можно считать увлажнение воздуха водя-
ным паром низких параметров (р~ I ат, I ~ 100 °C) изотермическим про-
цессом.
Расход острого пара D на увлажнение воздуха определяется по уравне-
нию
D =G(d, -cQ-10 3 (3.26)
или
О = G Г/'-). (3.27)
34
35
3.9. Примеры
Пример 3.1. Изобразить луч процесса изменения тепловлажиостноц
состояния воздуха в помещении, в котором начальное состояние воздух;
соответствовало /0 = 20 °C, <р0 = 50%, количество теплопоступлений равц(
2000 Вт, влаговыделений - 2 кг/ч.
Решение. Определим численное значение углового коэффициента луч;
процесса.
В соответствии с уравнением (3.1):
«.а-гмо.зж,
2 кг
На /-«/-диаграмме влажного воздуха определим т. Во, отвечающую на-
чальному состоянию воздуха (рис. 3.8).
Затем определяем положение линии, соответствующей значении’
е = 3600 кДж/кг (на рисунке пунктирная линия). Соединяем т. 0 °C на оси / с
линией 3600 на шкале угловых коэффициентов, нанесенных по периметр)
/-«/-диаграммы влажного воздуха.
Через т. Во проводим линию, параллельную пунктирной. Эта линия яв-
ляется лучом процесса в помещении.
Поимер 3.2. Определить возможную температуру приточного воздуха
в зрительном зале кинотеатра высотой 6 м для двух вариантов:
В а) если воздух подается через плафоны;
б) если воздух подается непосредственно в рабочую зону (на высоту
1,5 мот пола).
Температура внутреннего воздуха равна 20 С.
Решение. В соответствии с уравнением (3.2):
а) /п =20-10= 10 °C.
б)/п =20-2= 18 °C.
Пример 3.3. Определить температуру удаляемого воздуха для условий
примера 3.2, если площадь зрительного зала равна 800 м*, выделения явной
теплоты - 200000 Вт. Расчет произвести для теплого и холодного периодов
года.
Решение. Определим удельные выделения явной теплоты
<7я
200000
800-6
= 41,6 Вт/м\
Согласно уравнению (3.3) и табл. 3.1
для теплого периода года
/у =20+ 1,5 (6- 1,5) = 26,7 °C,
для холодного периода
ty =20 + 0,8(6- 1,5) = 23,6 °C.
Пример 3.4. Определить производительность СКВ для зала заседаний
на 300 мест, если теплопоступления в помещение извне (за счет солнечной
радиации, включающей и конвективный теплообмен) составляют 5 кВт,
температура внутреннего воздуха /в = 20 °C, относительная влажность
воздуха <рв = 50%, высота зала - 6 м, объем зала 2400 м\ приточный воз-
дух подается в рабочую зону.
Решение. Произведем построение луча процесса на /-«/-диаграмме
(рис. 3.9).
1- Определим т. В (20 °C, 50%), соответствующую состоянию внут-
реннего воздуха на /-«/-диаграмме.
37
36
Рис. 3.9. К примеру 3.4
2. Определим тепло- и влагопоступления от людей из выражений
Qn = nnQn; (з.:
И/Л=лпи/П; (3.:
где пл - число людей;
Ал- Ил - удельные тепло-и влаговыделения [2].
Ол = 300 116 = 34800 Вт;
И/л = 300 - 40 = 12000 г/ч (12 кг/ч).
3. Определим тепловлажностное отношение е по формуле (3.1):
3.6 (34800 +5000). H9W кДж
12 ~ кг ’
4. Проведем луч процесса для помещения через т. В (рис. 3.9).
5. Определим температуру приточного воздуха tn по формуле (3.2):
t„ =20-2 = 18 °C.
6. Определим температуру удаляемого воздуха fy по формуле (3.3):
Гу =20 + 1,2(6- 1,5) = 25,4 °C,
где0,5°С/м- градиент температуры определен по табл. 3.1 исходя
удельных выделений явной теплоты в помещении.
38
Явные тепловыделения от людей:
Оя = 300-87 = 26100 Вт. /; '' ' ' ' - •
у цельные выделения явной теплоты определяют по уравнению £ (
*п
26 00 +5000
q =-----------= 12,96
2400
Вт/м3.
7. Определяем т. П, У на луче процесса (рис. 3.9).
8. Определяем для приточного и удаляемого воздуха их энтальпии
(/п, /у ) и влагосодержания (dn, dy) (рис. 3.9):
/п = 36 кДж/кг, /у = 45,5 кДж/кг, dn = 7 г/кг, dy = 8 г/кг.
9. Определяем производительность СКВ:
а) по полной теплоте по формуле (3.4)
_ 3,6 (34800 +5000) j, .
G =-----5-----------г = 15082 кг/ч (12568 м /ч);
45,5 - 36
б) по явной теплоте по формуле (3.5)
„ 3,6 (26100 + 5000) 1СПС- , /пслс з, ,
G = ——-—------------г2 = 15055 кг/ч (12545 м /ч);
1,005 (25,4-18)
в) по удалению вредных газовыделений - СО2 - формула (3.7).
Определим количество углекислого газа, выделяющегося в помещении
[2]:
z = n-23.
(3.31)
Z = 300 • 23 = 6900 л/ч.
Согласно (2) ПДК COj = 2 л/м3
6900
2 - 0,3 • 2
= 4928,6
м3
ч
Гб914—
ч ч )
Как видно из приведенных расчетов, наибольшая производительность
СКВ соответствует условию удаления полных теплоизбытков, ее в данном
-•У чае следует принять при проектировании типовой системы.
39
Пример 3.5. Определить производительность СКВ по условию уда.ц-
ния полных теплонзбытков для условий предыдущего примера (приме.
3.4.1), если подача приточного воздуха осуществляется на высоте 5 м.
Решение.
1. Определим температуру приточного воздуха согласно формул.
(3.2):
tn = 20-8= 12 °C.
2. Определим производительность СКВ:
п 3,6 • (34800 + 5000) э. .
G =-----1------------- ~ 8428 кг/ч (7023 м /ч).
45,5-28,5
Как видно из сравнения численных значений производительносте;
СКВ в приведенных примерах, уменьшить воздухообмен и габариты вен
тиляционного оборудования можно за счет повышения Д(дол - допустимо;
разности температур. Эта характеристика определяется выбором схемь
воздухораспределения в помещении.
Пример 3.6. Определить количество испарившейся воды в ороситель
ной камере при изоэнтальпийном охлаждении воздуха в теплый перио:
для двух вариантов работы:
а) при регулируемом процессе;
б) при байпасировании части наружного воздуха.
Исходные данные имеют следующие значения: полные тепловыделе
ния в помещении равны 40000 Вт, влаговыделения - 20 кг/ч, наружны!
воздух имеет (н = 30 °C, /н = 44 кДж/кг, параметры внутреннего воздуха
tB =26 °C, <р, = 50%, температура удаляемого воздуха (у = 28 °C.
Решение. Предварительно определим численное значение углового ко
эффициента луча процесса в помещении по формуле (3.1)
е = 3.6 4<Ю0 _ 72(Ю кДж
20 кг
Изобразим схемы обработки воздуха на /-d-диаграмме для регулируй
мого процесса (рис. 3.10, а), а также при байпасировании воздуха (pin
3.10, б), для этого определим положение базовых точек (Н, В, О, П, У, С
согласно п. 3.5.1.
Рис. 3.10. К примеру 3.6
Определим расход приточного воздуха по формуле (3.4):
~ 3,6-40000 .
G- =------------« 13091 кг/ч,
п 56-45
где /у = 56 кДж/кг, /п = 45 кДж/кг - энтальпия уходящего и приточного
воздуха, определенные по рис. 3.10 а, б.
Определим расход байпасированного воздуха (рис. 3.10, б) по формуле
(3-12)
If) 2 — О 3
G6 = 13091 1 - = 3570 кг/ч.
6 10,8-5,3
Определим количество испарившейся воды в оросительной камере при
использовании регулируемого процесса по формуле (3.13)
И/иет = 13091 - (9.3 - 5,3) -10 "’ = 52,4 кг/ч,
*де do = 9,3 г/кг> = 5 3 г/кг _ влагосодержание воздуха после ороси-
тельной^ камеры и влагосодержание наружного воздуха, определенные по
Количество испарившейся воды в оросительной камере в схеме с бай-
пасированием воздуха составит
^исп =(13091 - 3570 ) • (10,8 - 5,3) -10’’ =52,4 кг/ч,
где d° - Jo g г/кг - влагосодержание воздуха после оросительной камеры
40
41
Как видно из расчета, количество испарившейся воды в оросительнм
камере в приведенных схемах численно равно.
Пример 3.7. Построить процесс обработки воздуха на /-cZ-диа-грам^
влажного воздуха для прямоточной системы кондиционирования возд^^и
(СКВ) в теплый период года, если параметры внутреннего воздуха tB
°C, <рв = 53%, параметры наружного воздуха tH = 25,7 °C, /н = 52 кДж/яИ
Теплоизбытки в помещении составляют 53900 Вт, влагоизбытки - Ц
кг/ч, приточный воздух подается непосредственно в рабочую зону.
Определить расход теплоты и холода для обработки воздуха.
Решение. Определяем численное значение углового коэффициента и
ча процесса е:
r.?'6ZQn
Хи/ ’
3,6 53900
И.5
= 16880
кДж/кг.
На /-(/-диаграмме влажного воздуха определяем положение точек В,
и через т. В проводим луч процесса (рис. 3.11).
Э,
г5,7 с
23 °C
21 °C
Рис. 3.11. К примеру 3.7
Определяем положение т. П на пересечении изотермы 21 °C с лучом
ПР°Тетлпература приточного воздуха определится по выражению
— ~ ^ДОП'
pj - допустимая разность температур, °C.
А/доп = 2 °C (раздел 3.2), fn = 23 - 2 = 21 °C.
где
Из построения находим /п = 44,4 кДж/кг.
Определяем положение т. О на пересечении dn и <р = 90%. Согласно
построению d„ — 9,2 г/кг.
Определяем положение т. ГТ - состояние воздуха на выходе из возду-
хонагревателя второй ступени. Для этого откладываем отрезок верти-кально вниз
огт. П на 1,5 °C. Из построения находим /п-=43 кДж/кг.
Определяем положение т. О - состояние воздуха на выходе из форсу-
ночной камеры. Она находится на пересечении dn и <р = 90%.
Из построения находим dn = 9,2 г/кг.
Соединяем базовые точки И, О, П', П, В.
Таким образом, отрезок НО - процесс в форсуночной камере; ПИ' - на-
грев воздуха во втором воздухонагревателе; ПИ’ - нагрев воздуха в венти-
ляторе; ИВ - процесс в помещении.
Расход теплоты в воздухонагревателе равен по формуле (3.10):
Q = G(/n.-/0),
где G - расход приточного воздуха:
г 3.6 Qn
1в ~ ^п
„ 3,6 • 53900
G =-----------
47 - 44,4
= 74630,8 кг/ч.
Тогда
Q = 74630,8(43 - 38) = 373154 кДж/ч (103,6 кВт).
Расход холода равен по формуле (3.11):
QX=G(/H-/O),
Qx = 74630,8 (52 - 38) = 1044831,2 кДж/ч (290,2 кВт).
42
43