Штокман Е.А. Вентиляция, кондиционирование и очистка воздуха на предприятиях пищевой промышленности
Подождите немного. Документ загружается.
Рис. 4.17. Построение на J-d-диаграмме процесса обработки воздуха заданных параметров с применением режима прямого адиабатного охлаждения.
Затем через точку О проводим линию d
0
=const и откладываем на ней вверх отрезок, соответствующий 1 °С. В результате получаем точку П, которая
имеет следующие параметры: t
n
=25,4 °C; J
n
=56 кДж/кг; ф
п
=60%; d
n
=12,l г/кг сух. возд. Через точку П проводим луч изменения состояния воздуха в
помещении е
п
=4700 до пересечения с изотермами t
B
и t
y
, определяя положение точек В (совпадает с заданной в условии примера) и У. Параметры
уходящего воздуха: t
y
=30 °C; J
y
=66 кДж/кг; ф
у
=53%; d
y
=14,2 г/кг сух. возд. Линия ПВУ соответствует процессу изменения состояния воздуха в
помещении. Расход вентиляционного воздуха составит:
4.6. Основные процессы обработки воздуха в теплый период года в местностях с сухим жарким климатом
Рис. 4.18. Схема косвенного испарительного охлаждения: 1 — теплообменник-воздухоохладитель; 2 — контактный аппарат.
Рис. 4.19. J-d-диаграмма косвенного испарительного охлаждения.
строение процесса термовлажностной обработки воздуха на основе прямого испарительного охлаждения (штриховая линия).
Расход приточного воздуха при косвенном испарительном охлаждении в помещении, имеющем избытки теплоты ∑Q, составит:
При подборе оборудования кондиционера принимаем большее зна чение расхода вентиляционного воздуха. Расход воды для возмещения
испарившейся влаги в камере
орошения:
W = 10290 (12,1 - 7,5) 10
-3
= 47,3 кг/ч.
Основным недостатком рассматриваемых схем обработки воздуха на основе применения прямого испарительного охлаждения является зависимость
параметров приточного воздуха от влажности наружного. В тех случаях, когда в помещениях преобладают выделения явной теплоты при
незначительных выделениях влаги, а параметры воздуха внутри помещения выше параметров наружного воздуха, указанные схемы обработки воздуха
применяются
довольно часто.
Область применения схем обработки воздуха с адиабатным охлаждением ограничивается местностями с сухим и жарким климатом, а также может
использоваться в производственных помещениях с большими избытками явной теплоты и в случаях необходимости поддержания высокой влажности
внутреннего воздуха.
Косвенное испарительное охлаждение воздуха
Для расширения области применения установок кондиционирования воздуха без внешних
источников холода в ряде случаев могут быть предложены
системы, использующие принцип косвенного испарительного охлаждения, принципиальная схема которых приведена на рис. 4.18. Установка состоит из
системы обработки основного потока воздуха I и системы испарительного охлаждения И. Для охлаждения воды могут быть применены оросительные
камеры кондиционеров или другие контактные аппараты, бризгальные бассейны, градирни.
Принцип
работы установки косвенного испарительного охлаждения заключается в следующем. Вода охлаждается испарением в потоке воздуха до
температуры t
wl
, поступает в поверхностный воздухоохладитель кондиционера основного потока воздуха, где воздух изменяет свое состояние от
значений t
H
, J
H
до значений t
n
, J
n
. В результате теплообмена в воздухоохладителе температура воды повышается до t
w2
. Нагревшаяся вода поступает в
контактный аппарат, где охлаждается путем испарения до температуры t
W1
, и цикл вновь повторяется. Воздух, проходящий через контактный аппарат,
изменяет свое состояние от параметров t
H
, J
H
до параметров t
о.г.
, J
о.г
. Приточный воздух, ассимилируя теплоту и влагу в обслуживаемом помещении,
изменяет свои параметры до состояния В, а затем и до состояния У (рис. 4.19). На этом же рисунке для сравнения показано
а при прямом испарительном охлаждении
Так как ∆J
k
> ∆Jп , то G
п.к.
<G
п.п.
Сравнение процессов обработки воздуха показывает, что при косвенном испарительном охлаждении производительность систем кондиционирования
воздуха ниже, чем при прямом. Влагосодержание приточного воздуха при косвенном охлаждении более низкое (d
п.к.
<d
п.п
), что позволяет значительно
расширить область возможного применения принципа испарительного охлаждения воздуха.
На рис. 4.18 представлена раздельная схема косвенного испарительного охлаждения воздуха. В данной схеме применяются самостоятельные
устройства для обработки основного и вспомогательногопотоков воздуха.
Рис. 4.20. Схема устройства совмещенного аппарата косвенного
испарительного охлаждения: 1,2 — группы каналов; 3 — водораспределительное устройство; 4 — поддон.
Разработаны также аппараты совмещенного типа (рис. 4.20), которые состоят из двух групп чередующихся каналов, разделенных стенками. Через
rpyппу каналов I проходит вспомогательный поток воздуха. По поверхности стенок этих каналов стекаем вода, подаваемая через
водораспределительное устройство. За счет испарения воды
понижается температура вспомогательного потока воздуха (при одновременном увели
чении его влагосодержания) и охлаждается стенка канала. Основной поток воздуха, омывающим стенку с другой стороны, охлаждается при постоянном
влагосодержании. Процессы изменения состояния потоков воздуха аналогичны показанным на рис. 4.19. При применении одноступенчатой системы
косвенного испарительного охлаждения (рис. 4.18) теоретически' можно охладить основной поток воздуха
до значения температуры! мокрого
термометра начального состояния t
Ml
. На практике темпе-j ратура воздуха на выходе из теплообменника t
n
несколько выше.1 Повышение температуры
объясняется тем, что при охлаждении ос-] новного потока воздуха отводится теплота
Q
och
=
G
n
С
в
(t
н
- t
п
), где G
n
— расход воздуха основного потока, кг/ч; с
в
— теплоемкость воздуха, кДж/кг-°С; t
H
— температура наружного воздуха, °С;
t
н
— температура приточного воздуха, °С. Отводимая от основного потока теплота передается через стенки канала вспомогательному потоку воздуха,
расход которого составляет G
BC
. В результате теплообмена теплосодержание его повышается:
Из этого выражения следует, что J
о.г.
>J
H
и, следовательно, t
M
or
>t
M
i. Необходимо также учитывать сопротивление теплопередачи разделительной
стенки между основным и вспомогательным потоками и площадь поверхности контакта, что влияет на степень совершенства процесса, вследствие чего
t
n
>t
Ml
.
Для повышения эффективности охлаждения предложены многоступенчатые схемы обработки основного потока. Применение таких схем позволяет
теоретически достичь температуры точки росы, но связано с существенным усложнением системы и требует значительных капитальных затрат.
Улучшения технико-экономических показателей можно достичь путем применения комбинированной системы обработки основного потока воздуха на
основе использования косвенного и прямого
испарительного охлаждения. Такой способ обработки воздуха, известный под названием двухступенчатого
испарительного охлаждения, был разработан О. Я. Кокориным. Принципиальная схема двухступенчатого испарительного охлаждения приведена на
рис. 4.21.
Сущность этого способа обработки воздуха заключается в том, что обрабатываемый воздух вначале поступает в первую ступень охлаждения, которой
является поверхностный воздухоохладитель, а затем в камеру орошения
. Охлаждение воздуха в поверхностном воздухоохладителе происходит при
постоянном влагосодержании. Охлаждение воды, питающей воздухоохладитель, производится в градирне. С целью унификации оборудования для
испарительного охлаждения в качестве градирни можно использовать камеры орошения типовых центральных кондиционеров. Вода в этом контуре
циркулирует с помощью насоса. Второй ступенью охлаждения является оросительная камера, работающая в режиме
проэнтальпийного охлаждения.
Камера орошения кондиционера оборудуется обводным (байпасным) каналом с воздушным клапаном для регулирования параметров приточного
воздуха, подаваемого в обслуживаемые помещения.
Исходными данным для построения процесса на J-d-диаграмме являются: параметры наружного воздуха t
H
и J
H
, параметры внутреннего воздуха t
B
и ф
в
,
температура воздуха, удаляемого из помещения, t
y
, теплоизбытки ∑Q
n
и влагоизбытки ∑W; значение углового коэффициента луча процесса изменения
состояния воздуха в помещении е
п
.
Построение процесса на J-d-диаграмме (рис. 4.22) производится в следующем порядке. Наносят точки Н и В, соответствующие параметрам наружного и
внутреннего воздуха. Затем находят значение температуры наружного воздуха по мокрому термометру t
M.H.
и определяют конечную температуру воды,
°С, охлажденной в градирне:
Рис. 4.21. Схема системы кондиционирования воздуха с применением двухступенчатого испарительного охлаждения: 1 — поверхностный
воздухоохладитель; 2 — оросительная камера; 3 — градирня; 4 — насос; 5 — байпас с воздушным клапаном; 6 — вентилятор.
изменения состояния воздуха в помещении е
п
до пересечения с линией J
H
=const в точке С. Точка П, соответствующая параметрам приточного воздуха,
находится на пересечении линии d
c
=const и изотермы t
n
:
t
n
= t
0
+ (0,5...1) °С.
Точки В и У находятся на линии луча процесса е
п
, проведенной через точку П.
Расход приточного воздуха определяют из условий удаления избытков теплоты и влаги:
Расход воздуха, прошедшего через байпас G
б
и камеру орошения G
0
, определяют путем составления уравнения материального баланса, например по
влаге:
где Ө = 2-6 °С в зависимости от разности температур охлаждаемой в градирне воды. Температура воздуха на выходе из поверхностного
теплообменника (первая ступень охлаждения) определяется по формуле:
где ∆t
B
— перепад температур, принимаемый равным ∆t
B
> 3 °С.
Точку К, характеризующую состояние воздуха на выходе из поверхностного воздухоохладителя, находят на пересечении линий d
H
=const и t
K
=const. Из
точки К проводится луч адиабатного увлажнения (J
K
=const) до пересечения с кривой ф=90%. Точка пересечения О будет соответствовать параметрам
обрабатываемого воздуха после камеры орошения (вторая ступень охлаждения). От точки В вниз по линии d
B
=const в масштабе температур
откладывают отрезок ВВ', соответствующий 1-1,5 °С. Через точку В' проводят луч процесса
Из предыдущих уравнений получаем:
Затем определяют состояние воздуха после градирни. Температу-ру воды, поступающей в градирню, вычисляют по формуле:
где Δt
w
< 3 °С — разность температур воды в воздухоохладителе.
Температуру воздуха (по сухому термометру), уходящего из градирни, ориентировочно можно определить по формуле:
где В
г
— коэффициент орошения в градирне, принимаемый 0,5-0,8 кг/кг.
Теплосодержание воздуха на выходе из градирни определяют по уравнению:
Состояние воздуха на выходе из градирни определяется по J-d-диаграмме точкой О
г
, которая находится на пересечении линий t
о.г.
и J
о.г.
Пример
Определить количество вентиляционного воздуха и произвести расчет кондиционирования по схеме двухступенчатого испарительного охлаждения для
зала совещаний в летний период.
Расчетные параметры наружного воздуха следующие:
— температура воздуха по сухому термометру t
сн
=32 °C;
— по мокрому термометру t
мк
=20,6 °C;
— температура точки росы t
pн
=15 °C;
— относительная влажность ф
н
=36%;
— влагосодержание d
H
=10,8 г/кг сух. возд.;
— энтальпия J
H
=59,4 кДж/кг сух. возд.
Вместимость зала п=500 чел. Тепловьщеление от людей Q
a
=34000 Вт; Q
n
=45000 Вт; влаговыделение W=25 кг/ч.
Количество теплоты, поступающей через наружные ограждения и
0
т солнечной радиации, составляет 11000 Вт. Параметры внутреннего воздуха t
B
=28
°C; J
B
=65,0 кДж/кг сухого воздуха; d
B
=14,4 кг/кг сухого воздуха. Решение Угловой коэффициент луча процесса в помещении
е
п
= [3,6(34000 + 11000) + 2550 • 25] / 25 = 9030.
Построение процесса начинаем с нанесения на J-d-диаграмму точек Н и В, соответствующих параметрам наружного и внутреннего воздуха (рис. 4.23).
Конечную температуру воды (°С), охлажденной в градирне, определяем по формуле:
Ci =t
MII
+ A0,
где А9 принимаем равным 2,8 °С; следовательно,
Рис. 4.23. Построение на J-d-диаграмме процесса обработки воздуха заданных параметров с применением режима двухступенчатого испарительного
охлаждения.
Температура воздуха на выходе из поверхностного воздухоохладителя (первая ступень охлаждения)
t
K
= t
г
wl
+ Δt
в
= 23,4 = 3,6 = 27,0 °С.
Затем определим положение точки К, характеризующей состояние воздуха на выходе из поверхностного воздухоохладителя, Точка К находится на
пересечении линий d
H
=const к t
K
=const и имеет параметры t
K
=27,0 °C; d
K
=10,8 г/кг сухого воздуха; J
K
-54,4 кДж/кг сухого воздуха.
Далее проводим линию J
K
=const до пересечения с кривой ф = 95%. Параметры точки пересечения О соответствуют параметрам воздуха, прошедшего
через дождевое пространство: t
o
=19,7 °C; d
o
=33,7 г/кг сухого воздуха; J
o
=54,4 кДж/кг сухого воздуха.
Вспомогательным построением определяем положение точек В' и С, для чего от точки В по линии d
B
=const в масштабе температур откладываем отрезок
ВВ', соответствующий 1 °С. Через полученную точку В' проводим луч процесса изменения состояния воздуха в помещении е
п
=9030 до пересечения с
лучом J
K
=const. Точка пересечения лучей определит положение точки С, имеющей параметры i
c
=2Q,5 °C; d
c
=13,5 г/кг сухого воздуха; J
c
=54,4 кДж/кг
сухого воздуха.
Точка П, соответствующая параметрам приточного воздуха, находится на пересечении линии d
c
=const и изотермы t
n
=t
c
+1 °С и имеет параметры
t
n
=21,5 °C; d
n
=13,5 г/кг сухого воздуха: J
n
=55,7 кДж/кг сухого воздуха.
Затем определяем параметры воздуха, удаляемого из помещения (точка У). Точка У находится на пересечении луча процесса в помещении e
п
с
изотермой удаляемого воздуха (t
y
=30 °C).
Параметры удаляемого воздуха: t
y
=30 °C, d
y
=14,6 г/кг сухого воздуха, J
y
=68,0 кДж/кг сухого воздуха.
Количество приточного воздуха для удаления избытков теплоты и влаги
или
Принимаем G
п
=22730 кг/ч. Расход воздуха через байпас:
Количество воздуха, прошедшего через дождевое пространство, G
op
= 22730 - 810 = 21920 кг/ч.