Методика - Расчет циклов

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Расчет циклов кондиционирования воздуха и параметров основных аппаратов и механизмов систем кондиционирования

Дементьев Борис Григорьевич

1. Общие положения

Системы кондиционирования воздуха (СКВ) стали неотъемлемой составной частью энергетического оборудования современных судов. В аппаратах систем комфортного кондиционирования производится очистка воздуха от вредных примесей и тепловлажностная обработка воздуха, подаваемого в судовые помещения.

Аналитический расчет процессов тепловлажностной обработки воздуха с использованием уравнений состояния влажного воздуха сложен. Ориентировочный расчет с достаточной для практики точностью можно произвести, используя тепловую диаграмму влажного воздуха d-I и характеристики теплообменных аппаратов. В таком расчете не принимаются во внимание переходные процессы в механизмах и аппаратах системы. Как показывает опыт эксплуатации СКВ, такие процессы непродолжительны и на параметры воздушной среды в помещении существенного влияния не оказывают.

Количество и последовательность включения аппаратов и механизмов СКВ, а также режимы их работы по любому циклу (замкнутому, разомкнутому, смешанному) определяются величинами тепло- и влаговыделений в помещения, температурой и количеством охлаждающей воды, параметрами наружного воздуха.

В зависимости от величины и знака тепло- и влаговыделений характеристика процесса, самопроизвольно возникающего в воздухе помещения, может иметь различное направление. Если известны суммарные избыточные тепловыделения в помещение (кДж/ч) и избыточные влаговыделения (кг/ч), то характеристика процесса ε (кДж/ч), самопроизвольно возникающего в воздухе помещения, определяется как отношение

ε = ,

где r- теплота парообразования, кДж/кг

Рис. 1. Тепловая диаграмма влажного воздуха: d – влагосодержание, г/кг;

I – антальпия, кДж/кг

На тепловой диаграмме влажного воздуха d-I (рис.1) нанесены шест характеристик процессов, которые делят поле диаграммы на секторы, в каждом из которых происходят вполне определенные и однозначные тепловлажностные процессы.

В секторе I происходят процессы нагревания и увлажнения воздуха; в секторе II – охлаждение и увлажнение (энтальпия воздуха возрастает); в секторе III – охлаждение и увлажнение (энтальпия воздуха убывает); в секторе IV – осушение и охлаждение (энтальпия воздуха убывает); в секторе V – осушение и нагревание (энтальпия воздуха убывает); в секторе VI – осушение и нагревание (энтальпия воздуха возрастает).

Для поддержания комфортных условий воздушной среды система кондиционирования должна обеспечивать обращенные процессы изменения параметров воздуха путем искусственной обработки его в теплообменных аппаратах системы. Например, если характеристика процесса, самопроизвольно возникающего в помещении ε, расположена в секторе I (на рис. 1 показана пунктиром), то СКВ должна обеспечивать обращенный процесс 0_у (сектор Iу), причем параметры воздуха, подаваемого в помещение после его искусственной обработки, должны характеризоваться точками, расположенными на линии обращенного процесса 0_у. Расстояние этих точек от точки 0 будет определять в некотором масштабе количество воздуха, обрабатываемого в теплообменных аппаратах, и удельную аккумулирующую способность воздуха по телу и влаге. Направление характеристики процесса и линии обращенного процесса, нанесение на диаграмму d-I, позволяют определить состав теплообменных аппаратов в системе и наиболее рациональные режимы их работы (нагрузки).

Предлагаемый в задании расчет включает выбор комфортный параметров воздушной среды в помещении, построение цикла кондиционирования для режима полной нагрузки, определение состава и последовательность включения механизмов и аппаратов системы, расчет основных параметров механизмов и аппаратов.

2. Исходные данные для расчета

В перечень исходных данных для расчета, как правило, включают:

- суммарные избыточные тепловыделения в помещение , кДж/ч;

- суммарные избыточные влаговыделения в помещение кг/ч;

- объем помещения V_п, м³;

- район плавания;

- характеристика системы кондиционирования (тип, основной рабочий

цикл).

3. Выбор расчетных параметров воздушной среды

Расчетные параметры воздушной среды в судовых помещениях принимают в соответствии с санитарными правилами для морских судов.

Для летнего периода в жилых помещениях рекомендуется принимать температуру t_в = 20…25 °C и влажность φ_в = 40…70%, в служебных (энергетических) помещениях t_в = 25…28 °C и φ_в = 40…60%.

Для зимнего периода в жилых помещениях рекомендуется принимать t_в = 18…20 °C и φ_в = 40…60%, в энергетических помещениях - t_в ≤ 25°С, относительная влажность не определена, но не больше φ_в = 70%.

Расчетную точку В (t_в, φ_в) наносят на диаграмму d-I.

Расчетные параметры наружного воздух для СКВ морских судов принимают в соответствии с ОСТом 5.5056-71, ч.2 (табл. 1).

Таблица 1

№ п.п.	Район плавания судов	Летний период		Зимний период
		tн, °С	φн, %	tн, °С	φн, %
1	Балтийское море	22	60	-23	85
2	Баренцево море	15	70	-30	85
3	Северное море	21	65	-11	85
4	Северный морской путь	12	80	-40	85
5	Черное море	29	60	-15	85
6	Средиземное море	30	65	-3	70
7	Неограниченные районы, включая тропинки, кроме северных морей в зимний период	34	70	-25	85
8	Персидский и Оманский заливы	45	40	-	-
9	Северная часть Японского моря	25	75	-23	85

4. Построение цикла кондиционирования

1. Определяют характеристику процессов, самопроизвольно возникающего в воздухе помещения:

ε = ,

Теплота парообразования r = 2500-2,38 t_в.

2. Через точку В проводят характеристику процесса, линию

обращенного процесса и строят цикл кондиционирования с учетом подогрева воздуха в вентиляторе, придерживаясь следующих рекомендаций:

а) подогрев воздуха в вентиляторе можно принять из расчета ∆t_вент = 1°С на каждые 1000 Па полного давления вентилятора; в большинстве случаев полное давление вентиляторов находится в пределах Н_вент = 2000…4000 Па.

б) в зависимости от расположения вентилятора в системе (за кондиционером или перед ним (рис. 2) параметры кондиционирования будут различны, а следовательно, различны будут и параметры механизмов и аппаратов системы; в первом случае (цикл изображен пунктиром) производительность вентилятора должна быть больше, температура охлаждающей поверхности воздухоохладителя также может быть более высокой; во втором случае (цикл изображен сплошными линиями) потребная производительность вентилятора меньше, но температура охлаждающей поверхности воздухоохладителя должна быть ниже. Фреоновые холодильные машины могут обеспечить t_к = 5…8°С, пароэжекторные и абсорбционные t_к = 10…13°С;

в) при определении параметров воздуха, выходящего из кондиционера, следует учитывать, что во избежание сквозняков разность температур воздуха в помещении и после кондиционера не должна быть больше 8…12°С, т.е. для цикла, изображенного на рис. 2, который предполагает в составе кондиционера только один теплообменный аппарат – воздухоохладитель t_в - t_к`(к``) ≤ 8…12 °С; для энергетических отсеков допускается разность 13…15°С.

г) в том случае, когда в составе СКВ должен быть кроме воздухоохладителя и воздухонагреватель, температуру t_к выбирают по рекомендациям п. (б). Цикл кондиционирования для такого случая изображен на рис. 3.

Рис. 2. Тепловая диаграмма влажного воздуха. Тепловлажностные процессы при включении воздухоохладителя.

3. С диаграммы d-I снимают энтальпии I и температуры

характерных точек цикла. При наличии воздухоувлажнителя снимают также значения влагосодержания до аппарата и за им. В табл. 2 приведен примерный перечень таких точек.

Рис. 3. Тепловая диаграмма влажного воздуха. Тепловлажностные процессы при включении воздухоохладителя

Таблица 2

Номер точки	Наименование	Обозначение параметра	Размерность	Численное значение параметра
1	Воздух в помещении	Iв tв	кДж/кг	х
2	Воздух перед воздухоохладителем	Iв`(в``) tв`(в``)	кДж/кг	х
3	Воздух на воздухоохладителем	Iк`(к``) tк`(к``)	кДж/кг °С	х
4	Воздух за воздухоохладителем	I0(к``) t0(к``)	кДж/кг °С	х
5	……………………………..