Инструкция по проектированию двухступенчатых бескомпрессорных систем кондиционирования воздуха

21. При применении аналитического метода расчета БСКВ предварительно должны быть известны:

параметры наружного воздуха;

параметры воздуха, поступающего в приточный и испарительный кондиционеры;

количество воздуха, поступающего в приточный и испарительные кондиционеры;

температура охлажденного воздуха в приточном кондиционере (для решения прямых задач см. пп. 14 и 15 прил. 2 к настоящей Инструкции);

конструктивные и гидродинамические характеристики системы (для решения обратных задач см. пп. 17 и 18 прил. 2 к настоящей Инструкции).

Для теплообменников I, II и III должны быть известны: тип секций воздухонагревателей кондиционера, тип секций поверхностных воздухоохладителей или марка калориферов;

воздухоохлаждающая поверхность F_охл (м²) каждого теплообменника; живое сечение для прохода воды  (м²) каждого теплообменника; живое сечение для прохода воздуха f_ж (м²) каждого теплообменника; условные коэффициенты орошения теплообменников

,

где W – расход воды, проходящей через теплообменник, кг/ч;

G – расход воздуха, кг/ч.

Для оросительных камер малого и большого контуров циркуляции должны быть известны: типы оросительных камер, число и диаметры форсунок.

Примечание. Коэффициент В_усл должен находиться в пределах от 0,6 до 1,8. Оптимальные условные коэффициенты орошения для теплообменников I, II, III соответственно 1,2; 1,5; 0,6.

22. Сущность аналитического метода расчета малого и большого контуров циркуляции БСКВ с учетом требований в пп. 5 и 6 прил. 2 к настоящей Инструкции заключается в следующем:

а) предварительно рассчитывают теплообменники I и III большого контура циркуляции с целью нахождения параметров охлажденного в них воздуха, который поступает в теплообменные аппараты малого контура циркуляций (теплообменник II и оросительную камеру МК);

б) рассчитывают теплообменные аппараты малого контура циркуляции и определяют температуру охлажденного воздуха t_с4 и параметры воздуха после оросительной камеры МК, которые являются начальными для оросительной камеры большого контура циркуляции;

в) рассчитывают оросительную камеру большого контура циркуляции с целью определения температуры холодной воды, необходимой для работы теплообменников I и III;

г) предварительно определяют температуру холодной воды, поступающей в теплообменники I и III, а также параметры воздуха, охлажденного в этих теплообменниках, в соответствии с указаниями п. 15 а – г и з прил. 2 к настоящей Инструкции.

При неравенстве количеств воздуха, проходящего в приточном и испарительном кондиционерах, величина I_исп находится по выражению:

. (1)

Последовательность расчета

23. Наносят на I — d-диаграмму параметры воздуха, поступа­ю­ще­го в приточный и испарительный кондиционеры в соответствии с п. 16а и б прил. 2 к настоящей Инструкции.

24. Предварительно задаются температурой охлажденного воздуха t_с4 (рис. 9) в соответствии с указаниями пп. 1 и 14 прил. 2 к настоящей Инструкции и определяют начальную температуру воды, поступающей в теплообменники I и III (точка 11 на рис. 9) в соответствии с п. 15 а – в того же приложения.

25. Рассчитывают теплообменник I. Расчет сводится к нахождению температуры охлажденного воздуха t_c3 (рис. 9). При расчете теплообменника определяют:

а) критерий глубины ;

б) отношение живых сечений ;

в) весовую скорость воздуха в живом сечении теплообменника

; (2)

г) расход воды в теплообменнике

W = G_прВ_усл; (3)

д) скорость воды в трубках теплообменника

; (4)

е) величину начальной движущей силы теплообмена (t_c – t_вн), приняв t_вн равной начальной температуре воды t₁₁, поступающей в теплообменник, а t_c = t_c2;

ж) величину охлаждения воздуха в теплообменнике t_c по уравнению

, (5)

где С – коэффициент, для перекрестного движения контактирующих сред С = 0,96 – 0,97, для противоточного движения сред С = 1.

Примечание. Уравнение (5) справедливо для расчета спирально-навивных теплообменников (секций подогрева или охлаждения) центральных кондиционеров Кт или Кд. При расчете теплообменников приточного кондиционера из пластинчатых калориферов полученные по уравнению (5) значения t_c должны быть уменьшены на 5–10 %.

з) температуру охлажденного в теплообменнике воздуха (точка 3 на рис. 9)

t_c3 = t_c2 – t_c;

и) конечную температуру отепленной воды t_вк, используя уравнение теплового баланса для теплообменника (точка 12 на рис. 9)

G_пр (t_c2 – t_c3) = Wc_в(t_вк – t_вн), (6)

, (7)

к) сопротивление теплообменника по воздуху в зависимости от типа теплообменника:

для теплообменников со спирально-навивными крупными гоф­ра­ми (секции кондиционеров)

H = 0,0866z(v)^1,87, (8)

для калориферов КВБ

H = 0,28z₁(v)^1,65, (9)

для калориферов К4ВП

H = 0,175z₁(v)^1,72, (10)

где z – число рядов труб теплообменника по ходу воздуха;

z₁ – число калориферов по ходу воздуха.

26. Рассчитывают теплообменник III. Расчет сводится к нахождению по уравнению (5) температуры охлажденного воздуха t_с6 (рис. 9).

Последовательность расчета теплообменника III аналогична приведенной в п. 25 прил. 2 к настоящей Инструкции. Начальная температура воды, поступающей в теплообменник III, принимается равной t₁₁ (точка 11 на рис. 9), а в уравнении (5) температура t_c = t_с5.

27. Рассчитывают теплообменник II. Расчет сводится к определению начальной температуры воды (точка 9 на рис. 9), необходимой для охлаждения приточного воздуха до t_с4 (точка 4 на рис. 9).

При расчете:

а) начальную температуру воздуха t_с3 принимают равной температуре охлажденного воздуха в теплообменнике I;

б) вычисляют критерий глубины и отношение живых сечений ;

скорости воздуха v и скорости воды  определяют по формулам (2) и (4) п. 25;

в) определяют величину охлаждения воздуха t_cII и перепад теплосодержаний I_II (рис. 9)

t_cII = (t_c3 – t_c4),

I_II = (t_c3 – t_c4) = I₃ – I₄; (11)

г) определяют начальную движущую силу теплообмена (t_c – t_вн) из уравнения (5);

д) определяют начальную температуру воды t₉, поступающей в теплообменник II (точка 9 на рис. 9),

t₉ = t_c3 – (t_c – t_вн);

е) определяют конечную температуру t₁₀ отепленной воды после теплообменника II (точка 10 на рис. 9) по уравнению (7) и по п. 25к вычисляют сопротивление теплообменника проходу воздуха.

28. Рассчитывают оросительную камеру МК. Расчет заключается в определении коэффициента орошения В_МК, необходимого для требуемого охлаждения воды, циркулирующей в теплообменнике II.

При расчете оросительной камеры МК должны быть известны:

начальная температура воды t_вн, которая равна температуре отепленной воды из теплообменника II (точка 10 на рис. 9);

конечная температура t_вк охлажденной воды, которая равна начальной температуре воды, поступающей в теплообменник II (точка 9 на рис. 9);

начальные параметры воздуха (температура t_с и точка росы t_p) перед оросительной камерой МК. Эти параметры соответствуют конечным параметрам воздуха после теплообменника III (точка 6 на рис. 9).

Расчет оросительной камеры на режимах охлаждения воды проводится по уравнению

, (12)

где – критерий относительного охлаждения воды;

– температурный критерий;

– коэффициент орошения;

А – опытный коэффициент.

На I — d-диаграмме строят процесс сухого охлаждения воздуха в теплообменнике III (точки 5 и 6 на рис. 9) и определяют:

а) температуру точки росы t_ри и содержание воздуха I₆ перед оросительной камерой МК;

б) критерий относительного охлаждения воды

; (13)

в) температурный критерий

; (14)

г) критерий R по диаграмме на рис. 14, предварительно определив разность t_p – t_вн (рис. 9), принимая t_p = t_ри и t_вн = t₁₀;

Рис. 14. Диаграмма для определения критерия R

R = 1+2,34а; ,

где t_p – температура точки росы; t_вн – температура распыляемой воды, Р_n; Р_вн – парциальные давления водяных паров в состоянии насыщения, мм. рт. ст.

Примечание. По этой диаграмме определяется и величина критерия R_c при t_p – t_вн = t_ри – t_ми, см. п. 9 прил. 2.

д) коэффициент орошения В_МК по номограмме на рис. 15 или по формулам в зависимости от диаметра форсунок

при d_ф = 3,5 мм, (15)

при d_ф = 4,5 – 5 мм; (16)

Рис. 15. Номограмма для определения величины охлаждения воды в оросительных камерах составлена по формулам:

для форсунок с d_ф = 3,5 мм

для форсунок с d_ф = 5 мм

; ; t_p = t_c – t_p;

R = 1 + 2,34a; B – коэффициент орошения; t_вн – начальная температура воды, град; t_вк – конечная температура воды, град; t_p – температура точки росы воздуха, град.

е) теплосодержание воздуха после оросительной камеры

I₇ = I₆ + В_МК (t_вн – t_вк) с_в; (17)

ж) на I — d-диаграмму наносят точку 7 при I₇ и  = 95–97%. Строят процесс повышения теплосодержания воздуха в камере МК (линию 6–7 на рис. 9).

Примечание. Если коэффициент орошения В_МК в камере МК отличается от условного коэффициента орошения во II теплообменнике меньше чем на 10 %, то расчет считается законченным.

Увязка коэффициентов орошения В_МК и ведется изменением величины t_cII охлаждения воздуха во II теплообменнике.

Если коэффициент орошения в камере В_МК меньше более чем на 10 %, то принятого количества вспомогательного воздуха недостаточно для охлаждения воды. Пересчет теплообменника II ведется с уменьшенной величиной t_cII т. е. при увеличенной температуре воздуха после теплообменника. Если В_МК больше более чем на 10 %, то следует провести повторный расчет теплообменника, увеличивая t_cII и принимая более глубокое охлаждение воздуха.

29. Рассчитывают оросительную камеру БК. Расчет сводится к определению коэффициента орошения В_БК, необходимого для требуемого охлаждения воды, отепленной в теплообменниках I и III.

При расчете камеры БК должны быть известны: начальная температура воды t_вн, которая равна температуре отепленной воды в теплообменниках I и III (точка 12 на рис. 9), и конечная температура t_вк охлажденной воды, которая равна начальной температуре воды, поступающей в теплообменники I и III (точка 11 на рис. 9).

Начальные параметры воздуха перед камерой БК соответствуют конечным параметрам воздуха после оросительной камеры МК (точ­ка 7 на рис. 9).

На I — d-диаграмме (точка 7) при I₇ и  = 95–97 % находят и вычисляют:

а) температуру точки росы t_р7 и температуру мокрого термометра t_м7 на входе в оросительную камеру БК;

б) разность (t_p – t_вн), принимая t_p = t_p7 и t_вн = t₁₂;

в) разность (t_вк – t_вн), принимая t_вк = t₁₁ и t_вн = t₁₂;

г) критерий R по диаграмме на рис. 14, предварительно определив разность (t_p – t_вн), принимая t_p = t_p7 и t_вн = t₁₂;

д) коэффициент орошения В_БК по формулам в зависимости от диаметра форсунок

при d_ф = 3,5 мм; (18)

при d_ф = 4,5 – 5 мм; (19)

е) теплосодержание воздуха I₈ после оросительной камеры БК по формуле

I₈ = I₇ + В_БК(t_вн – t_вк)с_в; (20)

ж) на I—d-диаграмму наносят точку 8 при  = 100% и I₈ и строят процесс (линию 7–8 на рис. 9) повышения теплосодержания воздуха в камере БК.

Примечание. Если коэффициент орошения В_БК отличается от суммы условных коэффициентов орошения в I и III теплообменниках меньше, чем на 10 %, то расчет оросительной камеры БК считается законченным.

Последовательность увязки В_БК и В_усл та же, что и для оросительной камеры МК (см. примечание к п. 28). Увязку проводят изменением температуры воды t₁₁ перед I теплообменником.

Приложение 3

Примеры расчета

Пример 1 (прямая задача)

В примере определяется состав элементов БСКВ (число секций для I, II и III теплообменников). Приточный кондиционер работает на наружном воздухе, а испарительный – на рециркуляционном воздухе из помещения (рис. 16).

Рис. 16.

Исходные данные

Расчетные параметры наружного воздуха для Ташкента t_н = 37,7 °С; I_н = 14,7 ккал/кг (точка 1). Параметры рециркуляционного воздуха (точка 5) t_c5 = 27 °С и I₅ = 12,9 ккал/кг. Параметры приточного воздуха t_c4 = 20,3 °С и I₄ = 10,5 ккал/кг.

Условные коэффициенты орошения в I, II, III теплообменниках принимаются соответственно 1,2; 1,5; 0,6, см. табл. 1. Схема системы БСКВ приведена на рис. 1.

Решение

1. Расчет выполняется в соответствии с требованиями п. 16 приложения 2 к настоящей Инструкции;

а) на I—d-диаграмму наносят параметры наружного воздуха (точ­ка 1) и воздуха, поступающего в испарительный кондиционер (точка 5);

б) определяют температуру воздуха, поступающего в приточный кондиционер t_c2 = t_н + 1,5 = 37,7 + 1,5 = 39,2 °С, температуру мокрого термометра и температуру точки росы рециркуляционного воздуха, поступающего в испарительный кондиционер (см. I—d-диаграмму, рис. 16).

t_ми = 19 °С, t_ри = 14,6 °С;

в) вычисляют критерий

;

г) вычисляют критерий R_с по диаграмме на рис. 14 при (t_p – t_вп) = t_ри – t_ми = 14,6 – 19 = –4,4 °С и t_вн = t_ми = 19 °С R_с = 3,18;

д) вычисляют (1 + М_3сR_с) = 1 + 0,82  3,18 = 3,61;

е) вычисляют

;

ж) по графику на рис. 10 при известных Т_с = 0,768 и (1 + М_3сR_с) = 3,61 получают точку "а" на прямой 1. По табл. 1 определяют число теплообменников и конструктивные характеристики выбранной системы БСКВ, а именно: суммарное число рядов в первом теплообменнике z = 12. Принимают к установке четыре трех­ряд­ные секции.

Суммарное число рядов во втором теплообменнике z = 12. Принимают к установке четыре трехрядные секции. Суммарное число рядов в третьем теплообменнике z = 6. Принимают к установке две трехрядные секции.

2. Проведенный расчет справедлив для схем БСКВ (рис. 1) различной производительности по воздуху (п. 10 прил. 2) в пределах типового ряда от 30 до 240 тыс. м³/ч.

3. Производительность приточного и испарительного кондиционеров принимается равной L = 31 500 м³/ч.

4. Теплообменники I, II и III собираются из типовых трехрядных секций кондиционеров Кт03.1030.0 в соответствии с п. 1ж данного примера.

Конструктивные характеристики одной секции: поверхность ох­лаж­дения F_охл = 162,8 м², живое сечение для прохода воздуха f_ж = 1,44 м²; живое сечение для прохода воды  = 0,00419 м². По воде секции соединены по схеме рис. 6б.

Конструктивные характеристики установленных теплообменников приведены в табл. 3.

Таблица 3

Теплообменник

Критерий глубины