Курсовая работа

Уральский государственный технический университет – УПИ, кафедра "Теплогазоснабжение и вентиляция"

Екатеринбург 2004

Исходные данные

В данной работе расчетным объектом является помещение продовольственного магазина, расположенного в городе Саратове.

Размеры помещения – 42х12х4 м.

Число людей – 200.

Теплопоступления:

- от солнечной радиации Qс.р.=8,4 кВт;

- от освещения Qосв.=10,5 кВт;

- от оборудования Qоб=12,1 кВт.

Влаговыделения от оборудования Wоб =3,9 кг/ч.

Расчетный теплоносителя – вода, с параметрами:

для теплого периода – 70/50 °С;

для холодного периода – 150/70 °С.

Расчетные климатические параметры для г.Саратова при разработке системы кондиционирования приняты:

для теплого периода года (Приложение 8 [1]):

tБext=30,5°С; IБext=53,6 кДж/кг;

для холодного периода года (Приложение 8 [1]:)

tБext= -27°С; IБext= -26,3 кДж/кг.

Барометрическое давление 990 ГПа.

Расчетные параметры внутреннего воздуха помещения продовольственного магазина приняты:

для теплого периода года:

tв=24°С; Iв=43 кДж/кг; φ=40%;

для холодного периода года:

tв= 22°С; Iв= 39 кДж/кг; φ=40%.

Определение количества выделяющихся вредных веществ и расчет необходимых воздухообменов.

Необходимая величина воздухообмена при расчете

по избыткам явной теплоты.

, кг/ч, (2.1)

где: Qя – избыточный поток явной теплоты в помещение, кВт;

tв – температура в рабочей зоне, °С;

tп – температура приточного воздуха, °С;

св – удельная теплоемкость воздуха, св=1 кДж/(кг°С).

Температура приточного воздуха tп определяется по формуле:

tп = tв – Δt , °С (2.2)

где: Δt – температурный перепад, согласно [2] принимаем Δt = 3°С.

Расчет теплоизбытков производится следующим образом.

Т е п л ы й п е р и о д

Qя = Qял + Qс.р. + Qосв + Qоб , кВт, (2.3)

где: Qял – теплопоступления от людей, кВт;

Qял = qяn, (2.4)

qя – поток явной теплоты, выделяемой одним человеком, кВт.

Qял = 0,071х200=14,2 кВт

Qя = 14,2+8,4+10,5+12,1=45,2 кВт

tп = 24-3=21°С

 кг/ч

Х о л о н ы й п е р и о д

Qя = Qял + Qосв + Qоб , кВт (2.5)

Qял = 0,085х200=17,0 кВт

Qя = 17,0+10,5+12,1=39,6 кВт

tп = 22-3=19°С

 кг/ч

Воздухообмен по ассимиляции выделяющейся влаги.

, кг/ч, (2.6)

где: dв – влагосодержание удаляемого воздуха, г/кг;

dп – влагосодержание приточного воздуха, г/кг;

W – избыточные влаговыделения в помещении, г/ч

W = gwn + 1000Wоб , (2.7)

где: dw – влаговыделение одним человеком, г/ч

Т е п л ы й п е р и о д

W =107х200 + 1000х3,9 = 25300 г/ч

 кг/ч

Х о л о н ы й п е р и о д

W =91х200 + 1000х3,9 = 22100 г/ч

 кг/ч

2.3 Воздухообмен по борьбе с выделяющимися в помещении

вредными газами и парами.

, кг/ч, (2.8)

где: ρв – плотность воздуха, ρв = 1,2 кг/м3;

zп – предельно допустимая концентрация вредных веществ в воздухе, удаляемом из помещения, г/м3;

zв – концентрация вредных веществ в приточном воздухе, г/м3;

Z – количество вредных веществ, поступающих в воздух помещения, г/ч.

, кг/ч

Результаты расчета воздухообменов сведены в таблицу 2.1.

Таблица2.1.

Воздухообмен для расчетного помещения.

Период года	Расход приточного воздуха, кг/ч
По избыткам явной теплоты G1	По избыткам влаги G2	По избыткам вредных газов и паров G3
Теплый период	54240	16867	6000
Холодный период	47520	17000	6000

2.4. Определение расчетного воздухообмена.

В качестве расчетного воздухообмена принимается максимальное значение из G1, G2 , G3.

G = 54240 кг/ч

2.5. Определение количества рециркуляционного воздуха

Gр = G – Gн , кг/ч (2.9)

где: Gн – количество наружного воздуха.

Для нахождения Gн определяется минимальное количество наружного воздуха, подаваемого в помещение:

Gminн =ρвnl, кг/ч, (2.10)

где: l – количество наружного воздуха на 1 человека, м3/ч.

Gminн =1,2х200х20 = 4800 кг/ч

Полученное значение Gminн сравнивается с величиной расчетного воздухообмена по борьбе с выделяющимися газами и парами G3:

Gminн < G3

4800 < 6000

Принимаем Gн = 6000 кг/ч

Gр = 54240 – 6000 =48240 кг/ч

Построение процессов обработки воздуха на I-d диаграмме.

Исходными данными для построения процесса тепловлажностной обработки воздуха являются расчетные параметры наружного воздуха – tн и Iн (точка Н), заданные параметры внутреннего воздуха – tв и Iв (точка В).

3.1. Определение величины углового коэффициента луча процесса.

, кДж/кг влаги, (3.1)

где: Qп – избыточный поток полной теплоты в помещении, кВт;

Qс – избыточный поток скрытой теплоты в помещении, кВт

 , кВт, (3.2)

где: Iв.п – энтальпия водяного пара при температуре tв ,кДж/кг,

Iв.п =2500 + 1,8 tв , кДж/кг, (3.3)

qс – поток скрытой теплоты, выделяемой 1 человеком, кВт.

Т е п л ы й п е р и о д

Iв.п =2500 + 1,8 х 24 = 2543,2 кДж/кг

 ,кВт

кДж/кг влаги

Х о л о н ы й п е р и о д

Iв.п =2500 + 1,8 х 22 = 2539,6 кДж/кг

 ,кВт

кДж/кг влаги

Процесс обработки воздуха в кондиционере осуществляется по схеме с первой рециркуляцией.

3.2. Построение на I-d диаграмме процессов обработки воздуха в кондиционере с первой рециркуляцией для теплого периода года.

Исходными данными для построения процесса тепловлажностной обработки воздуха являются расчетные параметры наружного воздуха – tн и Iн (точка Н); заданные параметры внутреннего воздуха – tв и Iв (точка В); расчетный воздухообмен – G; количество рециркуляционного воздуха - Gр; количество наружного воздуха – Gн; величина углового коэффициента – .

Через точку В проводится луч процесса до пересечения с изотермой температуры приточного воздуха tп . Из точки П проводится линия dп=Сonst до пересечения с кривой I=95% в точке О, параметры которой соответствуют состоянию обрабатываемого воздуха на выходе из камеры орошения. Отрезок ОП' характеризует процесс нагревания воздуха в воздухонагревателе второго подогрева, П'П – подогрев воздуха на 1÷1,5°С в вентиляторе и приточных воздуховодах.

Из точки В вверх по линии dв=Сonst откладывается отрезок ВВ', соответствующий нагреванию воздуха, удаляемого из помещения рециркуляционной системой, в вентиляторе и воздуховоде. Отрезок В'Н характеризует процесс смешения наружного и рециркуляционного воздуха. Влагосодержание смеси находится из выражения:

, г/ч (3.4)

 г/ч

Пересечение линий В'Н и dс=Сonst определяет положение точки С, характеризующей параметры воздуха на входе в камеру орошения.

3.3. Построение на I-d диаграмме процессов обработки воздуха в кондиционере с первой рециркуляцией для холодного периода года.

Исходными данными для построения процесса тепловлажностной обработки воздуха являются расчетные параметры наружного воздуха – tн и Iн (точка Н); заданные параметры внутреннего воздуха – tв и Iв (точка В); расчетный воздухообмен – G; величина углового коэффициента – .

9Для определения параметров приточного воздуха находится его ассимилирущая способность по влаге:

 ,г/кг (3.5)

и вычисляется влагосодержание приточного воздуха:

dп = dв – Δd ,г/кг (3.6)

 г/кг

dп = 6,8 – 0,4 =6,4,г/кг

Через точку В проводится луч процесса до пересечения с линией dп=Сonst в точке П, которая характеризует состояние приточного воздуха при условии сохранения в холодный период года расчетного воздухообмена. Пересечение линии dп=Сonst с кривой I = 95% определяет точку О, соответствующую параметрам воздуха на выходе из камеры орошения. Отрезок ОП характеризует процесс в воздухонагревателе второго подогрева. По аналогии с п.3.2 строится процесс смешения наружного и рециркуляционого воздуха (отрезок НВ) и определяются параметры смеси:

 г/ч

Из точки С проводится луч процесса нагревания воздуха в воздухонагревателе первого подогрева до пересечения с адиабатой Iо=Const в точке К, соответствующей параметрам воздуха на входе в камеру орошения.

Расчет основных рабочих элементов установки кондиционирования воздуха и подбор оборудования.

4.1. Фильтр.

Для проектируемой системы центрального кондиционирования воздуха, с расходом 54240 кг/ч, выбираем кондиционер КТЦ60, с масляным самоочищающимся фильтром.

Характеристики фильтра:

площадь рабочего сечения - 6,31 м2

удельная воздушная нагрузка – 10000 м3 ч на 1м2

максимальное сопротивление по воздуху ~10 кгс/м2

количество заливаемого масла – 585 кг

электродвигатель АОЛ2-21-4, N=1,1 кВт, n=1400 об/мин

4.2. Камера орошения.

Расчет:

1. Выбор камеры орошения по производительности воздуха:

м3/ч (4.1)

Принимаем форсуночную двухрядную камеру орошения типа Кт длинной 1800мм.

Конструктивные характеристики:

номинальная производительность по воздуху 60 тыс. м3/ч

высота и ширина сечения для прохода воздуха 2003х3405 мм

площадь поперечного сечения 6,81 м2

номинальная весовая скорость воздуха в поперечном сечении 2,94 кгс/(м2 °С)

общее число форсунок при плотности ряда 24шт/м2 ряд) – 312 шт./м2

2. Определяем массовую скорость воздуха в поперечном сечении камеры орошения:

 , кг/(м2с) (4.2)

3. Определяем универсальный коэффициент эффективности:

 (4.3)

Согласно [3] выбираем коэффициент орошения В, коэффициент полного орошения Е и диаметр выпускного отверстия форсунок:

В=1,8

Е=0,95

Ø=3,5 мм

Так как (pv) < 3 кг/(м2 с), то для Е´ вводим поправочный коэффициент 0,96:

Е=0,96х0,95=0,91

5. Вычисляем начальную и конечную температуру воды twн twк , совместно решая систему уравнений:

twн = 6,1°С

twк = 8,5°С

6. Вычисляем массовый расход воды:

Gw = BxG = 1,8х54240 = 97632 кг/ч (4.4)

7. Определяем пропускную способность одной форсунки:

кг/ч (4.5)

8. По диаметру выпускного отверстия и пропускной способности форсунки определяем давление воды перед форсункой, согласно [3]:

Рф = 2,1 кгс/см2

9. Определяем аэродинамическое сопротивление форсуночной камеры орошения:

ΔР = 1,14 (pv)1,81 = 1,14 х 1,841,81 = 3,43 кгс/м2 (4.6)

4.3. Воздухонагреватели и воздухоохладители.

Воздухонагревательные и воздухоохладительные установки собираются из одних и тех же базовых унифицированных теплообменников, конструктивные характеристики представлены в [2]. Число и размеры теплообменников, размещаемых во фронтальном сечении установки, однозначно определяются производительностью кондиционера.

Базовые теплообменники могут присоединятся к трубопроводам тепло-холодоносителя по различным схемам согласно [2].

Расчет воздухонагревательных и воздухоохладительных установок состоит из следующих операций:

По известной величине расчетного воздухообмена G, согласно [2], выбирается марка кондиционера и определяется площадь фасадного сечения Fф ,м2.

Вычисляется массовая скорость воздуха в фасадном сечении установки:

 , кг/(м2с) (4.7)

Определяются температурные критерии:

при нагревании воздуха

, (4.8)

 , (4.9)

расход теплоносителя

 , кг/ч (4.10)

где: tн , tк – начальная и конечная температура обрабатываемого воздуха, °С, tг,tо–температура теплоносителя на входе и выходе из воздухонагревателя,°С,

twг,twо–температура охлажденной воды на входе и выходе из воздухоохладителя, °С.

Согласно [2] находятся все возможные схемы компоновки и присоединения, базовых теплообменников к трубопроводам тепло-холодоносителя, соответствующие производительности принятой марки кондиционера. Для каждой схемы определяется величина компоновочного фактора .

Для каждой выбранной схемы определяется общее число рядов теплообменников по глубине установки:

 (4.11)

При этом для воздухонагревателей принимается D=7,08; для воздухоохладителей – D=8,85.

Полученные значения Zу округляются до ближайших больших Z'у .

Для каждого компоновочного варианта установки находится общая площадь поверхности теплообмена:

Fу = Fр Z'у ,м2 (4.12)

и вычисляется запас в площади по сравнению с её расчетным значением:

 , (4.13)

Для всех принятых схем определяется величина площади живого сечения для прохода тепло-холодоносителя:

 , м2 , (4.14)

и находится скорость воды в трубках хода и присоединительных патрубках:

, м/с, (4.15)

, м/с, (4.16)

где:  – значение компоновочного фактора для выбранной схемы, уточненное для фактического числа рядов труб Z'у ;

ρw – средняя плотность воды в теплообменнике, принимаемая для воздухонагревателей первого и второго подогрева соответственно951 и 988 кг/м3 и для воздухоохладителей ρw = 998 кг/м3;

dп.п – внутренний диаметр присоединительных патрубков, равный для всех типов теплообменников dп.п = 0,041 м;

Х – число параллельно присоединенных входящих патрубков в ряду.

Последующие расчеты производятся для схемы компоновки базовых теплообменников с наибольшим запасом площади теплообмена. Но если при этом скорость воды в трубках или в присоединительных патрубках будет превышать 2÷2,5 м/с, то в качестве расчетной следует принять схему с меньшим значением компоновочного фактора.

Находится гидродинамическое сопротивление теплообменной установки (без соединительных и подводящих патрубков):

ΔНу = Аω2 , кПа, (4.17)

где: А – коэффициент, зависящий от количества труб в теплообменнике и его высоте и принимаемый согласно [2].

Определяется аэродинамическое сопротивление установки:

с однорядными теплообменниками

ΔРу = 7,5(ρν)ф1,97R2 Z'у ,Па, (4.18)

с двухрядными теплообменниками

ΔРу = 11,7(ρν)ф1,15R2 Z'у ,Па, (4.19)

Значение R определяется по [2] в зависимости от среднеарифметической температуры воздуха.

Расчет водухонагревателя.

Fф = 6,63 м2

 кг/(м2с)

 

Выбираем:

Схема 1:  

Схема 2:  

Схема 4:  

Схема 1:

 

Zу = 0,59 ; Z'у = 1

Схема 2:

 

Zу = 0,63 ; Z'у = 1

Схема 4:

 

Zу = 0,54 ; Z'у = 1

Fу = 113 х 1 =113 м2

Схема 1:  

Схема 2:  

Схема 4:  

Схема 1:

 м2

 м/с

 м/с

Схема 2:

 м2

 м/с

 м/с

Схема 4:

 м2

 м/с

 м/с

Для дальнейших расчетов выбираем схему 4.

ΔНу = 26,683 х 0,372 =3,65 кПа,

ΔРу = 7,5 х 2,271,97 х 0,982 х 1 = 36,2,Па

4.4. Холодильные установки.

В центральных и местных системах кондиционирования воздуха для получения холода широко применяются агрегатированные фреоновые холодильные машины, объединяющие компрессор, испаритель, конденсатор, внутренние коммуникации, арматуру, электрооборудование и автоматику. Их технические характеристики приведены [2]. Расчет холодильной установки сводится к определению её холодопроизводительности и подбору соответствующей ей марки машины.

Расчет производится в следующем порядке:

Вычисляется холодопроизводительность установки в рабочем режиме:

, кВт, (4.20)

где: Ах – коэффициент запаса, учитывающий потери холода на тракте хладагента, холодоносителя и вследствие нагревании воды в насосах и и принимаемый для машин с холодопроизводительностью до 200 кВт Ах = 1,15 ÷ 1,2 , более 200 кВт Ах = 1,12 ÷ 1,15;

Iн , Iк – энтальпия воздуха на входе в камеру орошения и выходе из неё.

Определяются основные температуры, характеризующие режим работы холодильной установки:

температура кипения холодильного агента

 , °С, (4.21)

температура конденсации холодильного агента

tконд = tк.к + (3÷4) , °С, (4.22)

температура переохлаждения холодильного агента

tп.х = tк.н + (1÷2) , °С, (4.23)

где: tн.х – температура воды на входе в испаритель и на выходе из него, °С;

tк.н – температура охлаждающей воды перед конденсатором, ориентировочно принимаемая tк.н = 20°С;

tк.к – температура воды на выходе из конденсатора, принимаемая на 3÷4°С больше tк.н ,°С.

Температуру кипения хладагента в испарителе следует принимать не ниже 2°С, причем температура воды, выходящей из испарителя, не должна быть ниже 6 °С.

Хоодопроизводительность установки, требуемая в рабочем режиме, приводится к стандартным условиям (tн.х =5°C, tконд=35°С, tп.х =30°С):

 , кВт, (4.24)

где: Qх.с – холодопроизводительность холодильной машины в стандартном режиме, кВт;

λс , λр – коэффициенты подачи компрессора при стандартном и рабочем режимах;

qvc , qvp – объемная холодопроизводительность при стандартном и рабочем режимах, кДж/м3.

Коэффициент λс принимается равным λс=0,76, а величина λр определяется согласно [2].

Объемная холодопроизводительность при стандартных условиях принимается равной qvc=2630 кДж/м3, а величина qvp определяется по формуле:

 , кДж/м3 , (4.25)

где: iи.х – энтальпия паровой фазы хладагента при tи.х , кДж/кг;

iп.х – энтальпия жидкой фазы хладагента при tп.х , кДж/кг;

vи.х – удельный объем паров хладагента при tи.х ,кг/м3.

Согласно [2] подбирается 2 ÷ 4 однотипных холодильных машины и из них компонуется общая установка. При этом суммарная холодопроизводительность принятого числа машин должна равняться вычесленному по формуле (2.19) значению Qх.с .

Вентиляторные агрегаты.

Для комплектации центральных систем кондиционирования воздуха используют вентиляторные агрегаты одностороннего и двустороннего всасывания.

Принимаем вентилятор ВР-86-77-5:

Диаметр колеса D = Dном;

Потребляемая мощность N = 2,2 кВт;

Число оборотов n = 1420 об./мин;

Двигатель АИР90L4.

Компоновка и теплохолодоснабжение центральных кондиционеров.

Центральные кондиционеры КД и КТЦ собираются из типовых рабочих и вспомогательных секций. На рис.5.1 показана компоновка кондиционера, работающего с первой рециркуляцией. Наружный воздух через приемный клапан поступает в смесительную секцию, где смешивается с удаляемым из помещения рециркуляционным воздухом. Смесь воздуха очищается от пыли в фильтре и поступает в воздухонагреватель первой ступени. Подогретый воздух подвергается тепловлажностной обработке в секции оросительной камеры и нагревается в секции воздухонагревателя второго подогрева. Обработанный в кондиционере воздух подается в обслуживаемое помещение с помощью вентиляторного агрегата.

Рабочие секции (воздухонагреватели, фильтр, камера орошения) соединяются между собой с помощью секций обслуживания, а вентиляторный агрегат – с помощью присоединительной секции. Рабочие и вспомогательные секции устанавливаются на подставках. Расход рециркуляционного воздуха регулируется воздушным клапаном, а количество наружного – приемным клапаном. Регулирование расхода теплоносителя через секции воздухонагревателей производится регуляторами расхода. Удаление воздуха из системы теплоснабжения осуществляется через воздухосборники.

В теплый период года для охлаждения поступающей в камеру орошения воды используется холодильная установка, в состав которой входят: компрессор, конденсатор, испаритель и регулирующий вентиль. Циркуляция холодоносителя обеспечивается насосной группой. Переключение камеры орошения с политропического режима на диабатический производится трехходовым смесительным клапаном.

Список литературы

1. СНиП 2.04.05-91* Отопление, вентиляция и кондиционирование. М.: ГУП ЦПП, 2001. 74 с.

2. Иванов Ю.А., Комаров Е.А., Макаров С.П. Методические указания по выполнению курсовой работы "Проектирование кондиционирования воздуха и холодоснабжение". Свердловск: УПИ, 1984. 32 с.

3. Справочник проектировщика. Под ред. Староверова И.Г. Внутренние санитарно-технические устройства. Часть2. Вентиляция и кондиционирование воздуха. М.: Стройиздат. 1978. 502с.