Инструкция по проектированию двухступенчатых бескомпрессорных систем кондиционирования воздуха

2.26. При проектировании двухступенчатых бескомпрессорных систем кондиционирования воздуха по схеме на рис. 2, в контуре циркуляции воды оросительной камеры МК должны быть установлены регуляторы давления «до себя».

2.27. При выполнении требований п. 2.6 настоящей Инструкции схема автоматического регулирования параметров воздуха в обслуживаемых помещениях в холодный и переходный периоды года (при работе испарительного кондиционера по схеме на рис. 1) аналогична типовым схемам обычных центральных кондиционеров, разработанным ГПИ Сантехпроект.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ПРИНЦИП РАБОТЫ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ БЕСКОМПРЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА 1. Двухступенчатая бескомпрессорная система кондиционирования воздуха (БСКВ) состоит из двух самостоятельных кондиционеров - приточного и испарительного (рис. 1), связанных между собой контурами циркуляции воды.

2. Приточный кондиционер БСКВ (рис. 1) состоит из следующих основных элементов:

поверхностного теплообменника I;

поверхностного теплообменника II;

вентилятора V.

Испарительный кондиционер (рис. 1) состоит из следующих основных элементов:

поверхностного теплообменника III;

оросительной камеры МК;

оросительной камеры БК;

вентилятора IV.

3. В БСКВ имеются два самостоятельных контура циркуляции воды, рис. 1:

контур циркуляции оросительной камеры МК (малый контур), включающий теплообменник II, оросительную камеру МК и циркуляционный насос VI;

контур циркуляции оросительной камеры БК (большой контур), включающий параллельно соединенные по холодоносителю теплообменники I и III, оросительную камеру БК и циркуляционный насос VII.

4. В теплый период года тепло приточного воздуха отводится к воде, циркулирующей в теплообменниках I и II.

Охлаждение воды, нагретой в теплообменниках I и III, осуществляется в оросительной камере БК большого контура циркуляции воды. Охлаждение воды, нагретой в теплообменнике II, осуществляется в оросительной камере МК малого контура циркуляции воды.

5. В двухступенчатой бескомпрессорной системе кондиционирования воздуха осуществляется перенос энергии в виде тепла от источника с более низким теплосодержанием (от наружного воздуха в приточном кондиционере) к источнику с более высоким теплосодержанием (к вспомогательному потоку воздуха в испарительном кондиционере).

В результате затраты внешней энергии потенциал тепла, отведенного от приточного воздуха повышается.

6. Для обеспечения большей степени охлаждения приточного воздуха в БСКВ предусматривается:

а) предварительное охлаждение вспомогательного потока воздуха в испарительном кондиционере, что позволяет снизить температуру его предела охлаждения и получить более холодную воду;

б) два самостоятельных контура циркуляции воды, позволяющие увеличить количество воды, циркулирующей в каждом контуре, что обусловливает ее небольшой подогрев в теплообменниках и простые условия оборотного охлаждения в оросительных камерах; разделить температурные условия работы каждого контура циркуляции воды. В малом контуре циркулирует вода более низкой температуры, чем в большом контуре;

Рис. 9. Схема процессов обработки воздуха в БСКВ на J - d-диаграмме

в) использование в оросительной камере БК, предназначенной для охлаждения воды, циркулирующей в теплообменниках I и III, вспомогательного потока воздуха (в состоянии близком к насыщению) после оросительной камеры МК.

7. Процесс обработки воздуха в БСКВ в теплый период года представлен в I - d-диаграмме на рис. 9, где точки (арабские цифры), характеризующие состояние воздуха до и после теплообменных аппаратов, совпадают с обозначениями на рис. 1.

Линии на рис. 9 для приточного кондиционера обозначают следующие процессы:

1-2 - нагревание воздуха в вентиляторе V;

2-3 - охлаждение воздуха в теплообменнике I;

3-4 - охлаждение воздуха в теплообменнике II;

9-10 - нагревание воды в теплообменнике II;

4-13 - изменение состояния приточного воздуха в помещении.

Линии на рис. 9 для испарительного кондиционера обозначают следующие процессы:

5-6 - охлаждение воздуха в теплообменнике III;

6-7 - повышение теплосодержания в камере МК;

7-8 - повышение теплосодержания в камере БК;

11-12 - нагревание воды в теплообменниках I и III;

12-11 - охлаждение воды в оросительной камере БК.

8. В зимний и переходный периоды года испарительный кондиционер (рис. 1) согласно требованиям п. 2.6 настоящей Инструкции обеспечивает нагревание приточного воздуха в теплообменниках первого и второго подогрева и адиабатическое увлажнение воздуха в оросительной камере МК.

9. При работе БСКВ соблюдаются следующие уравнения теплового баланса:

а) количество тепла, отнятого от наружного воздуха в приточном кондиционере, равняется количеству тепла, переданного воздуху в испарительном кондиционере. При равных количествах воздуха в приточном и испарительном кондиционерах общее понижение теплосодержания воздуха DI в приточном кондиционере равняется общему повышению теплосодержания воздуха в испарительном кондиционере (рис. 9)

DI_пр = I₂ - I₄ = DI_исп = I₈ - I₅;                                              (1)

б) количество тепла, отнятого от воздуха в теплообменнике II, равняется количеству тепла, переданного воздуху в камере МК

                                  (2)

в) количество тепла, отнятого от воздуха в I и III теплообменниках, равняется количеству тепла, переданного воздуху в оросительной камере БК,

DI_I - DI_III = (I₂ - I₃) + (I₅ - I₆) = DI_БК = I₈ - I₇                                  (3)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВУХСТУПЕНЧАТЫХ БЕСКОМПРЕССОРНЫХ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА 1. С целью предварительного определения воздухообменов при проектировании БСКВ температуру подаваемого в помещение воздуха в летний период года после приточного кондиционера следует принимать:

а) при работе приточного и испарительного кондиционеров на наружном воздухе - равную температуре мокрого термометра наружного воздуха;

б) при работе приточного кондиционера на наружном, а испарительного кондиционера на вытяжном воздухе (или на смеси наружного с вытяжным воздухом) - равную температуре мокрого термометра вытяжного воздуха (или смеси наружного с вытяжным воздухом).

Окончательная температура приточного воздуха определяется расчетом.

2. Процессы тепло и влагообмена, происходящие в поверхностных теплообменниках и оросительных камерах двухступенчатой бескомпрессорной системы кондиционирования воздуха, а также конечная температура охлаждения приточного воздуха определяются:

а) начальными параметрами воздуха, поступающего в приточный и испарительный кондиционеры. В общем случае эти параметры могут быть неодинаковыми.

б) соотношением количества воздуха, поступающего в приточный (основной поток) и испарительный (вспомогательный поток) кондиционеры;

в) конструктивными и гидродинамическими характеристиками системы. К ним относятся:

поверхности охлаждения теплообменников I, II и III, которые характеризуются критерием глубины ;

критерии живых сечений теплообменников , определяющие при данной скорости воды в трубках теплообменников отношения водяных эквивалентов теплообменивающихся сред;

конструктивные характеристики теплообменников (характер оребрения труб) и оросительных камер (тип центробежных форсунок, число рядов и т.д.);

коэффициенты орошения В в оросительных камерах малого и большого контуров циркуляции воды, соотношения количеств воды, циркулирующей в I, II и III теплообменниках.

3. Производительность по воздуху приточного и испарительного кондиционеров БСКВ, проектируемых по схемам рис. 1 и 2, следует определять в соответствии с требованиями пп. 2.2 и 2.16 настоящей Инструкции.

4. Расчет БСКВ заключается в расчете и увязке совместной работы приточного и испарительного кондиционеров (см. рис. 1), связанных друг с другом большим и малым контурами циркуляции воды.

5. Специфика расчета каждого контура циркуляции воды БСКВ заключается в увязке совместной работы поверхностного теплообменника и оросительной камеры.

Подобрав теплообменник, охлаждающий приточный воздух до требуемой температуры, необходимо рассчитать оросительную камеру (определить коэффициент орошения и количество охлаждающего воздуха), способную обеспечить охлаждение воды, циркулирующей в теплообменнике, от конечной температуры отепленной воды до той температуры, с которой вода должна входить в теплообменник.

6. Специфика расчета БСКВ состоит в том, что расчет малого контура циркуляции зависит от условий работы большого контура циркуляции (т.е. от параметров воздуха после теплообменников I и III). В свою очередь, расчет большого контура циркуляции зависит от параметров воздуха после камеры орошения малого контура циркуляции (см. рис. 1).

7. Расчет БСКВ следует проводить с помощью графоаналитического метода, аналитического метода расчета, программ для ЭВМ «Росинка-22» и «Росинка-24», позволяющих решать прямые и обратные задачи.

Графоаналитический метод расчета 8. Графоаналитический метод дает возможность точно рассчитать в соответствии с требованиями раздела 2 настоящей Инструкции конечные параметры охлажденного воздуха после приточного кондиционера и конечные параметры воздуха, выходящего из испарительного кондиционера.

Промежуточные параметры воздуха после I и III теплообменников, а также параметры воздуха после оросительной камеры МК и температуры воды в малом и большом контурах циркуляции воды вычисляются с некоторым приближением.

9. Интегральные процессы тепло- и влагообмена, происходящие в БСКВ при различных начальных параметрах воздуха в приточном и испарительном кондиционерах, описываются следующим критериальным уравнением:

где  - относительное изменение температуры воздуха;

 - температурный критерий, учитывающий начальные параметры воздуха в системе;

t_c2 и t_c4 - температура воздуха по сухому термометру до и после приточного кондиционера (рис. 9);

t_ри и t_ми - температура точки росы и температура по мокрому термометру воздуха, поступающего в испарительный кондиционер (рис. 9);

R_с = 1+2,34а - критерий, учитывающий влияние влагообмена на теплообмен;

 - коэффициент пропорциональности, мм рт. ст./град.;

Р_ри и Р_ми - парциальные давления водяного пара в состоянии насыщения соответственно при температурах t_ри и t_ми, мм рт. ст.

10. Уравнения, по которым следует выполнять интегральные расчеты БСКВ, проектируемых по схемам на рис. 1 и 2 из типовых секций КТ при равных номинальных производительностях по воздуху приточных и испарительных кондиционеров, приведены в табл. 1.

Пределы применимости расчетных уравнений даны в табл. 2. С помощью каждого уравнения в табл. 1 могут быть рассчитаны БСКВ различной производительности по воздуху в пределах типового ряда кондиционеров, а именно 30, 40, 60, 80, 120, 160 и 240 тыс. м³/ч, и при различных или одинаковых начальных параметрах воздуха, поступающего как в приточный, так и в испарительный кондиционеры (см. табл. 2 и п. 1.3 настоящей Инструкции).

Примечание. При расчете БСКВ по схеме на рис. 2 следует выполнять требования п. 2.16 настоящей Инструкции. Поверхности теплообменника I и каждого теплообменника II приточного кондиционера должны отвечать результатам расчета по уравнениям табл. 1 или графику на рис. 10.

11. Каждое уравнение в табл. 1 соответствует БСКВ с фиксированными поверхностями I, II и III теплообменников, а также определенным коэффициентам орошения В в форсуночных камерах с заданными конструктивными характеристиками.

Рис. 10. График для определения величины охлаждения воздуха  в бескомпрессорных системах кондиционирования воздуха

Линии 1, 2 и 3 соответствуют характеристикам систем в табл. 1

Таблица 1

№ п/п линий на графике, рис. 10

Расчетные уравнения

Характеристика элементов БСКВ

Оросительные камеры

Теплообменники

Критерий глубины

Критерий живых сечений

Условный коэффициент орошения В_усл

Малый контур циркуляции

Большой контур циркуляции

I

II

III

I

II

III

I

II

III

Коэффициент орошения В_МК = 1,5

Коэффициент орошения В_БК = 1,8

1

440 - 460

z = 12

440 - 460

z = 12

220 - 230

z = 6

80 - 110

80 - 110

170 - 220

1,2

1,5

0,6

Диаметр форсунок d = 3,5 мм

Диаметр форсунок d = 3,5; 4; 4,5 мм

2

330 - 340

z = 9

330 - 340

z = 9

330 - 340

z = 9

110 - 150

110 - 150

110 - 150

1,2

1,5

0,6

3

330 - 340

z = 9

330 - 340

z = 9

220 - 150

z = 6

110 - 150

110 - 150

170 - 220

1,2

1,5

0,6

Примечания к таблице 1: 1. z - суммарное число рядов оребренных труб по пути движения воздуха в типовых секциях подогрева или охлаждения, из которых собираются теплообменники I, II , III.

2. Весовая скорость воздуха в теплообменниках I, II и III при их номинальной производительности не должна превышать vg = 7,3 кг/м²×с. При этом суммарное сопротивление I и II теплообменников приточного кондиционера соответственно уравнениям составит: 1. Н = 85 мм вод. ст. 2. Н = 64 мм вод. ст. 3. Н = 64 мм вод. ст.

3. При компоновке теплообменников приточного кондиционера из пластинчатых или спирально-навивных калориферов, выпускаемых промышленностью, необходимо обеспечивать указанные в табл. 1 значения критериев  и .

Полученные значения  для теплообменников из пластинчатых калориферов должны быть уменьшены на 5 - 10 %.

4. Камеры орошения малого и большого контуров циркуляции воды следует принимать двухрядными с взаимовстречным распылением воды центробежными форсунками.

Плотность расположения форсунок следует принимать 24 шт. м²/ряд, весовую скорость воздуха в камере vg = 2,8 - 3,3 кг/м²с.

5. Скорость воды в циркуляционных трубопроводах БСКВ следует принимать в пределах 0,7 - 1,3 м/с.

Мощность циркуляционных насосов должна подбираться из условия обеспечения давления воды перед форсунками оросительных камер в пределах 2 - 3,5 ати, а также компенсации потерь давления в циркуляционных трубопроводах и теплообменниках.

Таблица 2

Параметры воздуха в летний период на входе

Произведение критериев М_3с ´ R_c

в приточный кондиционер (см. п. 13)

в испарительный кондиционер

Температура точки росы t_p, °С

Температура мокрого термометра t_м, °С

Относительная влажность, j %

Температура точки росы t_pи, °С

Температура мокрого термометра t_ми, °С

Относительная влажность, j %

От 1 до 18

От 15 до 25

£ 65

От 1 до 18

От 15 до 25

£ 65

От 1,3 до 3,7

Рис. 11. Графическая интерпретация расчетных зависимостей при работе испарительного кондиционера на рециркуляционном воздухе

t_н - температура наружного воздуха (параметры Б); t_c2 - температура воздуха, поступающего в приточный кондиционер; t_п - температура рециркуляционного воздуха, поступающего в испарительный кондиционер; t_ми и t_ри - температура мокрого термометра и точка росы воздуха, поступающего в испарительный кондиционер; Dt_cI; Dt_cII; Dt_cIII - разности температур соответственно в I, II и III теплообменниках

12. С помощью уравнений, приведенных в табл. 1, следует решать как прямые, так и обратные задачи. Целью прямых задач является определение поверхности охлаждения теплообменников при известных начальных параметрах воздуха, поступающего в приточный и испарительный кондиционеры, и при заданной глубине охлаждения приточного воздуха.

Целью обратной задачи является определение глубины охлаждения воздуха в БСКВ при известных начальных параметрах воздуха, поступающего в приточный и испарительный кондиционеры, и известных поверхностях охлаждения теплообменников.

13. Для облегчения расчетов по уравнениям в табл. 1 приводится расчетный график на рис. 10.