Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха Часть1

1.1. Термодинамическая модель систем кондиционирования и вентиляции

 

Процесс подготовки воздуха перед подачей его в кондиционируемое помещение представляет собой совокупность технологических операций и называется технологией кондиционирования воздуха. Технология тепло- влажностной обработки кондиционируемого воздуха определяется начальными параметрами воздуха, подаваемого в кондиционер, и требуемыми (задаваемыми) параметрами воздуха в помещении.

 

 Для выбора способов обработки воздуха строят d-h диаграмму, позволяющую при определенных исходных данных найти такую технологию, которая обеспечит получение заданных параметров воздуха в обслуживаемом помещении при минимальных расходах энергии, воды, воздуха и т. д. Такая схема обработки воздуха называется терм динамической моделью системы кондиционирования воздуха (ТДМ).

Параметры наружного воздуха, подаваемого в кондиционер для последующей обработки, изменяются в течение года и суток в большом диапазоне. Поэтому можно говорить о наружном воздухе как о многомерной функции Хн = хн(). Соответственно совокупность параметров приточного воздуха есть многомерная функция Хпр = хпр(), а в обслуживаемом помещении Хпом = хпом() (параметры в рабочей зоне).

 

Математически технологический процесс может быть представлен аналитическим или графическим описанием движения многомерной функции Хн к Хпр и далее к Хпом.

 

Отметим, что под переменным состоянием системы х() понимаются обобщенные показатели системы в различных точках пространства и в различные моменты времени.

 

Термодинамическую модель движения функции Хн к Хпом строят на d-h диаграмме, а затем определяют алгоритм обработки воздуха, необходимое оборудование и способ автоматического регулирования параметров воздуха.

 

Построение ТДМ начинают с нанесения на d-h диаграмму состояния наружного воздуха данного географического пункта. Расчетная область возможных состояний наружного воздуха принимается по СНиП 2.04.05-91 (параметры Б).

 

Верхней границей является изотерма tл и изоэнтальпа hл (предельные параметры теплого периода года). Нижней границей является изотерма tзм и изоэнтальпа hзм (предельные параметры холодного и переходных периодов года). Предельные значения относительной влажности наружного воздуха принимаются по результатам метеорологических наблюдений. При отсутствии данных принимают диапазон от 20 % до 100 %.

 

Таким образом, многомерная функция возможных параметров наружного воздуха заключена в многоугольнике abcdefg (рис. 1.1). Затем наносят на dh диаграмму требуемое (расчетное) значение состояния воздуха в помещении или в рабочей зоне. Это может быть точка (прецизионное кондиционирование) или рабочая зона Р1Р2Р3Р4 (комфортное кондиционирование).

                                 

Далее определяют угловой коэффициент изменения параметров воздуха в помещении и проводят линии процесса через граничные точки рабочей зоны. При отсутствии данных о тепловлажностном процессе в помещении ориентировочно можно принять (в кДж/кг):

предприятия торговли и общественного питания 8 500-10 000

зрительные залы 8 500-10 000

квартиры 15 000-17 000

офисные помещения 17 000-20 000

 

После этого строят зону параметров приточного воздуха. Для этого на линиях, проведенных из граничных точек зоны Р1Р2Р3Р4, откладывают отрезки, соответствующие расчетному перепаду

температур:

где tпр — расчетная температура приточного воздуха.

 

Решение задачи сводится к переводу параметров воздуха из многомерной функции Хн к функции Хпом .

Величину t принимают по нормам или рассчитывают, исходя из параметров системы холодоснабжения.

 

Допустимый перепад температур удаляемого и приточного воздуха (t) для производственных помещений составляет 6-9 °С, торговых залов — 4-10 °С, а при высоте помещения более 3 м — 12-14 °С. В общем случае параметры удаляемого из помещения воздуха отличаются от параметров воздуха в рабочей зоне. Разница между ними зависит от способа подачи воздуха в помещение, высоты помещения, кратности воздухообмена и других факторов.

 

Зоны П, Р и У (приточная, рабочая, удаляемая) на d-h диаграмме имеют одинаковую форму и расположены вдоль линии на расстояниях, соответствующих разностям температур t1 = tпом - tпр и t2 = tуд - tпом.

Соотношение между tпр, tпом и tуд оценивается коэффициентом

 

Таким образом, процесс кондиционирования воздуха сводится к приведению множества параметров наружного воздуха (многоугольник abcdef) к множеству параметров приточного воздуха (многоугольник П1П2П3П4).

 

Техническая реализация этого преобразования может быть представлена различными структурными схемами СКВ: прямоточной, с рециркуляцией воздуха или рекуперацией тепла.