Кондиционирование продовольственного магазина в г.Саратове

Кондиционирование продовольственного магазина в
г.Саратове

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


4800


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)

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.

Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://ref.com.ua