Разработка технических решений для создания системы кондиционирования воздуха

Содержание:

Введение……………………………………………………….…………………………………………………………………………...3
1.Исходная информация………………………………………………………………..………………………………….….3
1.1.Краткая характеристика объекта…………………………………….……………………………………………3
1.2.Нормирование микроклимата………………………………………………………….…………………………...…4
1.3.Информация о наружном воздухе…………….……………………………..……….……………………….…...4
1.4.Дополнительные условия………………………………………………………………………….………………….…5
2.Тепло-влагопоступления и расход наружного воздуха………………………….………………….....5
2.1.Внутренние составляющие тепловлажностных поступлений………….……….………..….5
2.1.1.Тепловлагопоступления от людей…………………………………………………………………………..….5
2.1.2.Теплопоступления от оборудования…………………………………..………………….…………………..6
2.1.3.Теплопоступления от освещения………………………………………………………………………………6
2.2. Внешние составляющие теплопоступлений………………………………………………………………7
2.2.1.Теплопоступления через ограждающие поверхности……………………...….……………….7
2.2.2.Теплопоступления от солнечной радиации………………………………………….……………...…7
2.3.Определение минимально необходимого расхода наружного воздуха……………...9 3.Формирование технического решения системы кондиционирования воздуха…..10
3.1Обобщение исходных условий…………………..…………………………..……………………………………..10
3.2.Техническое решение..…...…………………………………………………...………………………….……………....12
3.3.Расчет теплофизических величин…………………………………………………………………..…………...12
4.Подбор оборудования………………………………………………………………………………………………..……….13
4.1.Установка для обработки воздуха……………………………...……………………………….………..……...13
4.2.Подбор воздухораспределительных устройств………………..…………………………….………..14
4.3.Определение мощности вентиляторов. Расчет сети воздуховодов………………...…17
4.4.Подбор шумоглушителя. Акустический расчёт …………………………………………………..…...19
Список использованной литературы…...………………………………………………..…………………………...21
























Введение.

Цель данной работы - разработка технических решений для создания системы кондиционирования воздуха (далее СКВ), обеспечивающей нормы метеорологических условий, чистоту и газовый состав в обслуживаемой зоне помещений офиса.
Для этого по заданным исходным данным производим расчёт внутренних и внешних составляющих тепловлажностных нагрузок и расхода наружного воздуха. Затем формируем принципиальную схему СКВ и производим подбор оборудования отдельных подсистем.



1. Исходная информация.
1.1. Краткая характеристика объекта.

Объектом является офис, состоящий из четырех одинаковых помещений,
расположенных на промежуточном этаже многоэтажного здания. Здание
расположено в городе Таллинне. Окна помещений выходят на запад.

Рис. 1.1. План помещений.
Длина помещения ;
ширина помещения ;
высота помещения ;
площадь оконного проема ;
термическое сопротивление материала стен ;
термическое сопротивление материала окон ;
количество человек (из них 4 человека – работники офиса, 1 человек – посетитель);
количество компьютеров .
Время работы офиса: с 10.00 до 19.00.


1.2. Нормирование микроклимата.

Согласно СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», параметры микроклимата в административно-бытовых помещениях, следует принимать по ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещении»
В соответствии с ГОСТ 30494-96 помещение офиса относится ко второй категории, т.к. люди заняты умственным трудом. Параметры микроклимата задаются следующим путем:

Таблица 1.2. Оптимальные и допустимые параметры микроклимата.

В качестве поддерживаемых параметров в обслуживаемой зоне принимаем:
температуру воздуха
относительную влажность воздуха
Этим данным соответствуют следующие расчётные параметры:
- энтальпия воздуха в обслуживаемой зоне
- влагосодержание воздуха в обслуживаемой зоне

1.3. Информация о наружном воздухе.
В соответствии с п.5.10 СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» заданные параметры микроклимата следует обеспечивать в пределах расчётных параметров наружного воздуха для соответствующих регионов строительства по СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»:
Параметры А – для систем вентиляции в тёплый период года;
параметры Б – для систем отопления и систем вентиляции в холодный период года, а также для систем кондиционирования для тёплого и холодного периода года.
Расчётные параметры наружного воздуха представлены в таблице 1.4.








Наименование населенного пункта и его широта Баро-метрическое давление Среднесут. амплитуда температур,℃
Период года Параметры А
Температура воздуха, ℃
Энтальпия, кДж/кг
Скорость ветра, м/с

Г.Таллин, 60°с.ш. 1010 7,5 Теплый 19 47,3 3,9
Холодный -9 -5,4 5,3
Параметры Б
Теплый 23,5 51,1 3,9
Холодный -22 20,7 5,1

Таблица 1.4. Расчетные параметры наружного воздуха.




1.4. Дополнительные условия.

В здании действует центральное отопление, которое компенсирует теплопотери через наружные ограждения в холодный период года и обеспечивает температуру в помещениях объекта в холодный период года. В объекте имеются источники теплоты, холода и влаги, энергоснабжения.




2.Тепловлагопоступления и расход наружного воздуха.

2.1. Внутренние составляющие тепловлагопоступлений.

2.1.1. Тепловлагопоступления от людей.

Тепловлагопоступления зависят от характера деятельности людей и от температуры воздуха в помещении.
Полные теплопоступления от людей:
, где
– удельные теплопоступления от одного человека,
(при , лёгкий характер работы);
- удельная теплота парообразования;
- удельные влагопоступления от одного человека в час;
- количество людей в помещении.

Тогда:


Явные теплопоступления от людей:


Скрытые теплопоступления от людей:


Влагопоступления от людей:





2.1.2. Теплопоступления от оборудования:

, где
– теплопоступления от одного персонального компьютера,
– количество компьютеров.
Тогда



2.1.3. Теплопоступления от освещения.

, где
– коэффициент перехода электрической энергии в тепловую;
– удельная теплота на ;
– площадь пола;



.





2.2. Внешние составляющие теплопоступлений.

2.2.1. Теплопоступления через ограждающие поверхности.

где k_огр=1/R_огр – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К),
– площадь поверхности ограждения, м2,
– расчетная температура наружного воздуха, °С.
Площадь окна:
F_ок=l_ок∙h_ок=1,5∙2=3 м^3
Площадь сплошного ограждения:

В холодный период года:
Q_ст=1/R_ст ∙F_огр^спл∙(t_нар-t_оз )=1/1∙16,8∙(-22-20)=-705 Вт
Q_ок=1/R_ок ∙F_ок∙(t_нар-t_оз )=1/0,4∙3∙(-22-20)=-315 Вт
Q_огр=Q_ст+Q_ок=-705+(-315)=-1020 Вт
В тёплый период года:
Q_ст=1/R_ст ∙F_огр^спл∙(t_нар-t_оз )=1/1∙16,8∙(23,5-20)=58,8 Вт
Q_ок=1/R_ок ∙F_ок∙(t_нар-t_оз)=1/0,4∙3∙(23,5-20)=26,2 Вт
Q_огр=Q_ст+Q_ок=58,8+26,2=85 Вт≈0,1 кВт
Примечание: ранее было оговорено, что теплопотери в холодный период компенсируются системой водяного отопления, а теплопритоки в теплый период настолько малы, что ими можно пренебречь.


2.2.2. Теплопоступления от солнечной радиации.
Данные об интенсивности солнечной радиации в зависимости от времени суток представлены в таблице 2.1. и на рисунке 2.2.




Таблица 2.1. Величина теплового потока от солнечной радиации в течение дня.

Рис. 2.2. Графическое представление таблицы 2.1.
Расчетное значение интенсивности солнечной радиации:

Среднесуточное значение солнечной радиации:

Теплопоступления через прозрачное ограждение:


– коэффициент, учитывающий уменьшение теплопоступлений за счет солнцезащитных мероприятий (например, жалюзи).
– расчетное значение интенсивности солнечной радиации, см. таблицу 2.1.


2.3. Определение минимально необходимого расхода наружного воздуха.
- санитарная норма расхода наружного воздуха на одного человека при 8-ми часовом рабочем дне, составляет . С учётом одного посетителя общее количество людей человек. Минимально необходимый расход наружного воздуха определяется следующим выражением:


Минимально необходимый массовый расход:


где – удельная плотность воздуха.


3. Формирование технического решения системы кондиционирования воздуха.
3.1. Обобщение исходных условий
Обобщение исходных условий производится с целью определения параметров и расхода приточного воздуха. К исходным условиям относятся:
параметры воздуха в помещении:
расчетные избытки теплоты и влаги:
минимальный расход наружного воздуха:

Используя уравнения теплового и влажностного балансов, можно определить параметры подаваемого в помещение воздуха, при минимально необходимом расходе наружного воздуха.






Этим вычисленным параметрам на диаграмме h-d соответствует точка (см. рис.3.1.), которая находится в области неустойчивых параметров (точка М).
В данном случае минимально возможные параметры приточного воздуха могут быть определены в точке пересечения луча процесса с линией насыщения. Обозначим эту точку буквой П. Точке П соответствуют следующие параметры:

Тогда минимально необходимый расчетный расход наружного воздуха может быть вычислен:


Соответственно:

Рис. 3.1. Процессы обработки наружного воздуха.
3.2 Техническое решение.
Для реализации поставленных целей для данного объекта рассмотрим центральную многозональную систему кондиционирования воздуха с рекуперативным утилизатором теплоты.
Принципиальная схема такой системы представлена на рисунке 3.2.
Рис. 3.2. Центральная многозональная система кондиционирования с рекуператором.
Процесс обработки воздуха происходит следующим образом (см. рис.3.1): в холодный период года наружный воздух забирается в состоянии Н_х, после чего, проходя через рекуператор, нагревается в результате теплообмена с удаляемым из помещения теплым воздухом до состояния Н_х, далее подогревается в водяном нагревателе и в состоянии "К" поступает в камеру увлажнения, где посредством обработки паром, изотермически увлажняется до кондиции “П”, которой соответствуют требуемые параметры приточного воздуха.
В теплый период года наружный воздух забирается в состоянии Н_т, после чего, проходя через рекуператор, нагревается в результате теплообмена с удаляемым из помещения менее теплым воздухом до состояния Н_х, далее, поступает в охладитель, где реализуется политропный процесс охлаждения с выпадением конденсата, приобретает требуемые параметры приточного воздуха (П).



3.3. Расчет теплофизических величин.

Производительность системы:


Температура наружного воздуха после рекуператора определяется из уравнения теплового баланса теплообменника:
(t_у-t_н^ ) 〖∙η〗_рек=t_н-t_н ,
Где η_рек= 0,7 – КПД рекуператора
В холодный период года:
t_н^х=(t_у-t_н^х )∙η_рек+t_н^х=(20-(-22)∙0,7+(-22)=7,4 ℃
В теплый период года:
t_н^т=(t_у-t_н^т )∙η_рек+t_н^т=(20-23,5)∙0,7+23,5=21,05 ℃
Расчетный расход теплоты при дальнейшем увлажнении паром определяется выражением:
Q_Т^расч=c_В∙M_н∙(t_к-t_н^х)=1∙0,8∙(10-7,4)=2,08 кВт
Расчетный расход теплоты на получении пара определяется выражением:
Производительность воздухоохладителя:
Q_х=M_в∙(〖〖h_н^т〗^〗^-h_п )=0,8∙(48-29)=15,2 кВт
Массовый расход выпадающего конденсата:
M_конд=M_в∙(d_н^летн-d_п )=0,8∙(10.5-7,6)=2,32г/с=8,352л/ч


4. Подбор оборудования.
4.1. Установка для обработки воздуха.
Для подбора оборудования установки необходимо знать ее расчетную производительность по воздуху и ее технологическую схему.
Выбор типоразмера приточной установки зависит от скорости движения воздуха в ней.
Рекомендуемая скорость воздуха



Ближайший типоразмер установки соответствующий этому значению поперечного сечения имеет следующий размер:


Используя каталоги оборудования фирмы “Korf”, составляем спецификацию установки (таблица 4.2).
№ Наименование Обозначение Количество Примечание
1 Заслонка регулирующая ZR 60-35 2 ∆p= 10 Па
2 Фильтр канальный карманный FKU 60-35 2 -
3 Фильтрующая вставка WFU 60-35 G3 2 ∆p= 40 Па
4 Рекуператор пластинчатый PR 60-35 1 ∆p= 40 Па
5 Воздухонагреватель водяной WWN 60-35/2 1 ∆p= 40 Па
6 Воздухоохладитель водяной WLO 60-35 1 ∆p= 40 Па
7 Вставка гибкая WG 60-35 4 -
8 Вентилятор канальный радиальный WRW
60-35/31.4D 1 -
9 Вентилятор канальный радиальный WRW
60-35/31.6D 1 -
10 Шумогаситель канальный радиальный SG 60-35 2 ∆p= 40 Па
Таблица 4.2. Спецификация оборудования.


4.2 Подбор воздухораспределительных устройств

Назначение воздухораспределения – обеспечение нормированных параметров , в обслуживаемой или рабочей зоне.
Расчёт воздухораспределения заключается в подборе количества и типоразмера воздухораспределительных устройств для выбранной схемы с учётом особенностей помещений.
В зависимости от конфигурации воздухораспределительного устройства, приточные струи могут быть:
1) компактные
2) плоские
3) веерные
В основу расчётов берутся закономерности различных приточных струй.
Исходные данные для расчета воздухораспределительных устройств:
Размеры помещения:
,

Расход и параметры приточного воздуха:


Нормируемые параметры:

Коэффициент изменения скорости:

где – коэффициент стеснения,
- коэффициент взаимодействия,
- коэффициент неизотермичности.
Коэффициент изменения температуры:

В результате исследования различных воздухораспределительных устройств можно определить численное значение коэффициентов изменения скорости – и температуры – и установить взаимосвязь с основными параметрами струи.
Схема подачи воздуха сверху вниз настилающимися на потолок веерными струями (см. рис. 4.3.).

Рис. 4.3. Схема распределения подаваемого воздуха.
По каталогу завода «Арктос» выбираем воздухораспределительную решетку 4АПН размером 375х375 мм.
Количество решёток в одном помещении – 1 шт. Сопротивление решетки составляет 30 Па. Площадь “живого” сечения .
Скорость воздуха на выходе из решетки:

Расстояние до обслуживаемой зоны:

Скорость входа приточной струи в обслуживаемую зону:
V_x=n∙V_0∙√(F_0 )/X=2,2∙3,7∙√0,045/4,3=0,3м/с
Изменение температуры приточной струи при входе в обслуживаемую зону:

Проверяем условие сохранения расчетной схемы циркуляции:

Условие соблюдается. Воздухораспределительное устройство подобрано правильно
4.3. Определение мощности вентиляторов. Расчет сети воздуховодов.
Для определения требуемой мощности приточного и вытяжного вентиляторов необходимо знать потери давления, как в элементах системы кондиционирования, так и в сети воздуховодов (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Аксонометрическая схема системы воздуховодов.
Результаты аэродинамического расчета для отдельных участков сетей воздуховодов приведены в таблице 4.7.
Потери давления приточной сети:
∆P_вс=∆P_3+∆P_ф+∆P_рек+∆P_вн+∆P_во=10+40+40+40+40=170 Па
∆P_наг=∆P_шг+∆P_свв=40+61=101 Па
∆P_сети^п=∆P_вс+∆P_наг=101+170=271 Па
Выбранный ранее по расходу воздуха канальный радиальный вентилятор WRW 60-35/31.4D обеспечивает ∆P_вент=320 Па .

Потери давления вытяжной сети:
∆P_вс=∆P_свв+∆P_ф+∆P_шг=43+40+40=123 Па
∆P_наг=∆P_рек=40 Па
∆P_сети^в=∆P_вс+∆P_наг=123+40=163 Па
Выбранный ранее по расходу воздуха канальный радиальный вентилятор WRW 60-35/31.6D обеспечивает ∆P_вент=180 Па .







№
уч. L
м3/ч d
мм V
м/с Рд
Па R
Па/м l
м Rl
Па Σζ Z
Па Rl+Z
Па Σ(Rl+Z)
Па Примечания
1 600 280 2,5 4 0,3 9 3 0,6 2,5 35 ∆р5=37 ζпрох=0,4, ζотв=0,2
Δpв.р.=30 Па
2 1200 355 3,5 7 0,4 6 2,4 0,2 1,5 4 37+4=41 ζпрох=0,2
3 1800 400 4 10 0,5 6 3 0,15 1,5 5 41+5=46 ζпрох=0,15
4 2400 400 5,5 18 0,8 10 8 0,4 7 15 46+15=61 ζперех=0,4
5 600 280 2,5 4 0,3 3 1 1,4 6 37 ζ=1,4
Δpв.р.=30 Па
6 600 280 2,5 4 0,3 3 1 2 8 39 41-39=2 ζ=2
Δpв.р.=30 Па
7 600 280 2,5 4 0,3 3 1 4 15 46 ζ=4
Δpв.р.=30 Па
8 600 280 2,7 5,4 0,3 9 2,1 2,8 15 17 ∆р6=18 ζреш=2, ζпрох=0,6 ζотв=0,2
9 1200 355 3,4 7,3 0,4 6 2,4 0,5 3,7 6 18+6=24 ζпрох=0,5
10 1800 400 4 9,6 0,5 6 3 0,35 3,4 6,4 24+6~30 ζпрох=0,35
11 2400 400 5,3 16,5 0,7 12 7 0,4 6,6 13,6 30+13~43 ζпрох=0,4
12 600 280 2,7 5,4 0,3 1 0,3 3,3 18 18 ζреш=2, ζотв=1,28
13 600 280 2,7 5,4 0,3 1 0,3 3,2 17 17 ∆р=7 ζр=2, ζотв=1,2
14 600 280 2,7 5,4 0,3 1 0,3 3 16 16 ∆р=14 ζотв=1, ζр=2

Таблица 4.7. Аэродинамический расчет вытяжной системы воздуховодов.





4.5. Акустический расчет.
Основным источником аэродинамического шума являются вентагрегаты. Используемые в данной установке вентиляторы производят почти одинаковое звуковое давление, поэтому акустический расчет проведем только для приточной системы, приняв его результаты для вытяжной. Заглушение шума происходит при движении воздуха в элементах сети , а также в помещении.
Заглушением шума в сети пренебрегаем. Уровни звукового давления (УЗД) для вентилятора приточной системы представлены в п.2 таблицы 4.9.
Заглушение шума в помещении определяется следующим образом:

– постоянная помещения в октавных полосах частот

- частотный множитель
– постоянная помещения на среднегеометрической частоте (см. таблица 12.10 “Справочник проектировщика”)

Ожидаемые УЗД в октавных частотах в рабочей точке представлены, в п.5 таблицы 4.9, а нормативные в п.1. Сопоставляя эти величины, приходим к выводу, что необходимо принимать меры по заглушению шума (SG 60-35). Данные о том, насколько шумоглушитель уменьшает уровень шума представлены в п.6.
Рассчитываем УЗД в рабочей точке с учётом шумоглушителя (п.7).

№
Величины Октавные полосы частот, Гц
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
1 Нормир. УЗД
Lнорм 63 52 45 39 35 32 30 28
2 УЗД источника
Lр.окт 68 81 73 64 73 69 70 65
3 Частотный множитель μ 0,8 0,75 0,7 0,8 1 1,4 1,8 2,5
4 ΔLпом10lg(μ B) 9,03 8,75 8,5 9,03 10 11,5 12,6 14
5 Расчетная точка
Lр.т. 65 78,3 70,5 61 69 63,5 63,4 57
6 Шумоглушитель ∆Lшг 17 15 14 25 38 49 42 42
7 Lр.т-ΔLшг= Lоз 48 63,3 56,5 36 31 14,5 21,4 15
Таблица 4.9. Акустический расчет.
Сопоставляя полученные данные с нормативными величинами, делаем вывод: удалось достигнуть необходимых значений по заглушению шума практически по всем частотным полосам.

 
Список использованной литературы:
СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование»;
ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещении»;
СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»;
Справочник проектировщика «Внутренние санитарно-технические устройства» ч. 3, кн. 2 «Вентиляция и кондиционирование воздуха» под ред. Н.Н. Павлова и Ю.И. Шиллера, «Стройиздат», Москва, 1992.