2. Описание id
 Скачать 0.49 Mb.
|
Содержание:Введение …………………………………………………..... 2 1.Общие сведения о воздухе.................................................. 3 1.1 Основные свойства влажного воздуха…….…….……... 3 2.Описание I-d-диаграммы................................................... 7 Построении процессов обработки воздуха в СКВ на I-d-диаграмме………………………………………....... 10 Процессы нагрева, охлаждения и смешения воздуха………………………………………………….. 10 Построение процессов обработки воздуха в СКВ при прямоточных схемах……………………………. 13 Прямое изоэнтальпийное охлаждение воздуха… 13 Прямоточная схема СКВ для теплого периода года… 17 Прямоточная схема СКВ для холодного периода года 19 Построение процессов обработки воздуха в СКВ с первой рециркуляцией………………………………. 21 Схема СКВ с первой рециркуляцией для теплого периода года……………………………………….. 21 Список использованной литературы…………………………………………………… 24 ВВЕДЕНИЕI-d-диаграмма, другое название – диаграмма состояний влажного воздуха, используется при расчете параметров воздухообмена в помещении и позволяет быстро определить все параметры влажного воздуха по двум известным параметрам, избегая многочисленных вычислений. Учитывая, что влажный воздух является основным объектом вентиляционного процесса, в области вентиляции и систем кондиционировании воздуха (СКВ) приходится часто определять те или другие его параметры. Использование диаграммы позволяет избежать вычислений по формулам и наглядно отобразить вентиляционный процесс. Диаграмма была разработана русским ученым, профессором Л.К. Рамзиным в 1918 г. Аналогом I-d-диаграммы на западе является диаграмма Молье или психрометрическая диаграмма. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВОЗДУХЕ1.1. Основные свойства влажного воздухаОкружающий нас атмосферный воздух является смесью сухого воздуха с водяным паром. Эту смесь называют влажным воздухом. Влажный воздух оценивают по следующим основным параметрам: температуре по сухому термометру tc, °C; температуре по мокрому термометру tм, °C; температуре точки росы tp, °С; влагосодержанию d, г/кг; – относительной влажности ϕ,%; абсолютной влажности е, кг/м3; удельной энтальпии I, кдж/кг; удельной теплоемкости с, кДж/(кг·К); – парциальному давлению водяных паров Рп, Па; – барометрическому давлению Рб, Па и др. Ниже приведены краткие характеристики параметров влажного воздуха и расчетные уравнения. Температура воздуха по сухому термометру tcхарактеризует степень его нагрева. Температурой воздуха по мокрому термометру tмназывается температура, до которой нужно охладить воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении начальной энтальпии воздуха. Температура точки росы воздуха tp – температура, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении постоянного влагосодержания. Влагосодержание воздуха d – это количество водяного пара в г (или кг), приходящееся на 1 кг сухой части влажного воздуха. Относительная влажность воздуха ϕ характеризует степень насыщенности воздуха водяными парами. Это отношение массы водяных паров, содержащихся в воздухе, к максимально возможной их массе в воздухе при тех же условиях, то есть температуре и давлении, и выраженное в процентах. Другая формулировка: относительная влажность воздуха – это отношение парциального давления водяных паров во влажном воздухе данного состояния к парциальному давлению насыщенного водяного пара при той же температуре, давлении и выраженное в процентах. Насыщенное состояние влажного воздуха – состояние, при котором воздух насыщен водяными парами до предела, для него ϕ = 100 %. Абсолютная влажность воздуха е — это количество водяных паров в г, содержащихся в 1 м3 влажного воздуха. Численно абсолютная влажность воздуха равна плотности влажного воздуха. Удельная энтальпия влажного воздуха – количество теплоты, необходимое для нагревания от 0 °С до данной температуры такого количества влажного воздуха, сухая часть которого имеет массу 1 кг. Энтальпия влажного воздуха складывается из энтальпии сухой его части и энтальпии водяных паров. Удельная теплоемкость влажного воздуха с – теплота, которую надо затратить на один килограмм влажного воздуха, чтобы повысить температуру его на один градус Кельвина. Парциальное давление водяных паров Рп – давление, под которым находятся водяные пары в влажном воздухе. Согласно закону Дальтона применительно к влажному воздуху: полное барометрическое давление равно сумме парциальных давлений водяного пара и сухого воздуха. Основные расчетные формулы: – барометрическое давление Pб = Pс.в + Pп , (1) где Рс.в – парциальное давление сухого воздуха, кПа; Рп – парциальное давление водяных паров, кПа. Характеристические уравнения: а) для сухой части воздуха Pс.вV = Gс.вRс.вT , (2) где V – объем влажного воздуха, м3; Gс.в – масса сухого воздуха, кг; Rс.в – удельная газовая постоянная для сухого воздуха, кДж/(кг·К); Т – температура влажного воздуха, К; б) для влажного воздуха PпV = Gв.пRв.пT , (3) где Gв.п – масса водяных паров, кг; Rс.в – удельная газовая постоянная для водяного пара, кДж/(кг·К). – влагосодержание    d = Gв.п = 0,623 Pп = 0,623 ϕPн , (4) Gс.в Pб − Pп Pб −ϕPн где ϕ – относительная влажность воздуха, %; Рн – парциальное давление насыщенного пара, кПа. – Абсолютная влажность e = Gв.п /V = Pп /(Rв.пT). (5) Относительная влажность ϕ = Pп 100 % =  e 100 % , (6) Pн emaxгде еmax – максимальная абсолютная влажность воздуха, кг/м3. Энтальпия I = Iс.в + Iв.п =1,005t +(2500+1,8t)d ⋅10−3 , (7) где Iс.в, Iв.п – энтальпии сухого воздуха и водяных паров, кДж/кг; t – температура воздуха по сухому термометру, °С; d – влагосодержание воздуха, г/кг. – Плотность ρс.в ≈ ρв.в ≈  353 , (8) T где ρс.в, ρс.в – плотность сухого и влажного воздуха, кг/м3. 2. ОПИСАНИЕ I-d-ДИАГРАММЫI-d-диаграмма влажного воздуха графически связывает все параметры, определяющие тепловлажностное состояние воздуха: энтальпию, влагосодержание, температуру, относительную влажность, парциальное давление водяных паров. Диаграмма построена в косоугольной системе координат, что позволяет расширить область ненасыщенного влажного воздуха и делает диаграмму удобной для графических построений. По оси ординат диаграммы отложены значения энтальпии I, кДж/кг сухой части воздуха, по оси абсцисс, направленной под углом 135° к оси I, отложены значения влагосодержания d, г/кг сухой части воздуха. Поле диаграммы разбито линиями постоянных значений энтальпии I = const и влагосодержания d = const. На него нанесены также линии постоянных значений температуры t = const, которые не параллельны между собой: чем выше температура влажного воздуха, тем больше отклоняются вверх его изотермы. Кроме линий постоянных значений I, d, t, на поле диаграммы нанесены линии постоянных значений относительной влажности воздуха φ = const. В нижней части I-d-диаграммы расположена кривая, имеющая самостоятельную ось ординат. Она связывает влагосодержание d, г/кг, с упругостью водяного пара Рп, кПа. Ось ординат этого графика является шкалой парциального давления водяного пара Рп. Все поле диаграммы разделено линией ϕ = 100 % на две части. Выше этой линии расположена область ненасыщенного влажного воздуха. Линия ϕ = 100 % соответствует состоянию воздуха, насыщенного водяными парами. Ниже расположена область пересыщенного состояния воздуха (область тумана). Каждая точка на I-dдиаграмме соответствует определенному тепловлажностному состоянию воздуха. Линия на I-d-диаграмме соответствует процессу тепловлажностной обработки воздуха. Общий вид I-dдиаграммы влажного воздуха представлен на рис. 1.  Рис. 1. I-d-диаграмма влажного воздуха 3. ПОСТРОЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА В СКВ НА I-d-ДИАГРАММЕ3.1. Процессы нагрева, охлаждения и смешения воздухаНа I-d-диаграмме влажного воздуха процессы нагрева и охлаждения воздуха изображаются лучами по линии d-const (рис. 2).  Рис. 2. Процессы сухого нагрева и охлаждения воздуха на I-dдиаграмме: В1 В2 – сухой нагрев; В1 В3 – сухое охлаждение; В1 В4 В5 – охлаждение с осушением воздуха Процессы сухого нагрева и сухого охлаждения воздуха на практике осуществляют, применяя теплообменники (воздухонагреватели, калориферы, воздухоохладители). Если влажный воздух в теплообменнике охлаждается ниже точки росы, то процесс охлаждения сопровождается выпадением конденсата из воздуха на поверхности теплообменника, и охлаждение воздуха сопровождается его осушкой. Расход теплоты в теплообменнике Q, Вт, затраченной на нагрев воздуха массой G, кг/ч, имеющего параметры IВ1, t1, до состояния IВ2, t2 (рис. 2), определяется по уравнению Q = G(IВ2 − IВ1) или Q = G ⋅с(t2 −t1). (9) Расход холода на охлаждение воздуха от состояния В1 до состояния В3 определяется из выражения Q = G(IВ1 − IВ3) или Q = G ⋅с(t1 −t3). (10) Количество конденсата Wk, кг/кг, образующегося при осушке воздуха от состояния В1 до состояния В5, определим как Wk = G(d1 −d5)10−3. (11) Процессы смешения влажного воздуха изображаются на I-d-диаграмме прямой линией, соединяющей исходные состояния смешиваемого воздуха (рис. 3).  Рис. 3. Процесс смешения воздуха на I-d-диаграмме Точку С на прямой В1–В2 определим по вычисленному значению энтальпии смеси Iс или влагосодержания смеси dс. Для этого запишем уравнения теплового баланса (а) или уравнение материального баланса по водяным парам (б): а) G1IВ1 +G2IВ2 = (G1 +G2)Iс , (12) б) G1dВ1 +G2dВ2 = (G1 +G2)dс, (13) где G1, G2 – масса воздуха, кг. Точка С будет находиться на пересечения линии В1–В2 и линии Iс = const или dс = const. 3.2. Построение процессов обработки воздуха в СКВ при прямоточных схемах3.2.1. Прямое изоэнтальпийное охлаждение воздуха Прямое изоэнтальпийное охлаждение воздуха применяют в СКВ в теплый период для районов с сухим и жарким климатом. Для изоэнтальпийного охлаждения воздух направляют в камеру орошения ОКФ, работающую на рециркуляционной воде. Получение необходимых параметров воздуха (t, ϕ) обеспечивает применение регулируемого процесса в ОКФ или схемы с байпасированием воздуха. При регулируемом процессе заданная влажность воздуха на выходе из камеры орошения достигается изменением количества воды, подаваемой в дождевое пространство, и применением форсунок, обеспечивающих необходимое распыление воды в широком диапазоне изменения давления перед ними. В схемах с байпасированием в оросительное пространство подается часть общего расхода наружного воздуха, в то время как другая его часть проходит по обводному (байпасному) каналу без обработки, после чего происходит их смешивание. Схемы обработки воздуха на I-d-диаграмме показаны на рис. 4–5.  Рис. 4. Схемы прямого изоэнтальпийного охлаждения воздуха с применением регулируемого процесса При регулируемом процессе предлагается следующий порядок графического построения на I-d-диаграмме (рис. 4): a) нахождение точек Н и В, характеризующих состояние наружного и внутреннего воздуха; б) определение положения т. О (то есть состояния воз- духа на выходе из оросительной камеры). Для этого проводят вспомогательное построение. От т. В вниз по линии dB-const откладывают отрезок ВВ', соответствующий (1÷1,5) °С. Через т. В' проводят прямую, параллельную лучу процесса в помещении (в соответствии с величиной углового коэффициента εпом) до пересечения с линией IB-const в точке О. в) определение положения т. П (то есть состояния приточного воздуха). Через т.O по линии do = const вверх откладывают отрезок, равный (1÷1,5) °С (такой же, как и отрезок ВВ'), получая при этом т. П. г) определение положения т. У (то есть состояния воздуха, уходящего из помещения). Она находится на пересечении линии εпом с изотермой ty. Физический смысл процессов обработки воздуха: ПВУ – процесс изменения состояния воздуха в помещении; НО – процесс изоэнтальпийного охлаждения (увлажнения) воздуха в ОКФ; ОП – процесс нагрева воздуха в вентиляторе.  Рис. 5. Схемы прямого изоэнтальпийного охлаждения воздуха с применением байпасирования воздуха При байпасировании части наружного воздуха порядок построения процесса на I-d-диаграмме следующий (рис. 5): а) нахождение точек Н и В; б) определение положения т. О. Она находится на пере- сечении изоэнтальпы Iнс линией ϕ = 90 % (характеризует состояние воздуха на выходе из ОКФ); в) определение положения т. С (то есть состояния воз- духа после смешения наружного (байпасированного) воздуха с воздухом из оросительной камеры. Для этого от т. В вниз по линии dB = const откладывают отрезок ВВ', соответствующий 1÷1,5 °С. Через т. В' проводят прямую, параллельную лучу процесса в помещении (в соответствии с εпом), до пересечения с лишней I = const в т. С; г) определение т. П (то есть состояния приточного воз- духа). Через т. С по линии dc = const вверх откладывают отрезок 1÷1,5 °С, получая при этом т. П; д) определение положения т. У (то есть состояния воздуха, удаляемого из помещения). Она находится на пересечении линии εпом с изотермой ty. Физический смысл процессов обработки воздуха: НО – процесс смешения наружного воздуха с воздухом из оросительной камеры; СП – процесс нагрева воздуха в вентиляторе; ПВУ – процесс изменения параметров воздуха в помещении. Расход приточного воздуха, Gпр, кг/ч, определяют по уравнению  Gпр = 3I,6∑− QIпп , (14) у где ∑Qп – суммарные полные теплопоступления в помещения, Вт; Iу, Iп – энтальпии удаляемого и приточного воздуха, кДж/кг. Расход воздуха, проходящего через байпас Gб, кг/ч, определяют по уравнению Gб = Gпр(do −dc)/(do −dн), (15) где dо, dc, dн – влагосодержания точек О, С, Н, г/кг. Количество воды, испарившейся в камере орошения при увлажнении воздуха: Wисп = Gпр(dо −dн)10−3. (16) 3.3. Прямоточная схема СКВ для теплого периода годаСхема СКВ при прямоточном способе обработки воздуха для теплого периода приведена на рис. 6:  Рис. 6. Прямоточная схема СКВ для теплого периода года Предлагается следующий порядок построения процесса на I-d-диаграмме влажного воздуха: а) нахождение на I-d-диаграмме положения точек Н и В, характеризующих состояние наружного и внутреннего воздуха; б) проведение через т. В луча процесса с учетом вели- чины углового коэффициента εпом; в) определение положения других точек: т. П (то есть состояния приточного воздуха), которая лежит на пересечении изотермы tпс лучом процесса; т. П' (то есть состояния приточного воздуха на выходе из второго воздухонагревателя), для чего от т. П вертикально вниз откладывают отрезок в 1 °С (отрезок ПП' характеризует нагрев приточного воздуха в воздуховодах и вентиляторе); т. О (то есть состояние воздуха на выходе из оросительной камеры), для чего от т. П вниз по линии d-const проводят линию до пересечения с ϕ = 90 % (отрезок ОП' характеризует нагрев воздуха во втором воздухонагревателе); т. У (то есть состояния воздуха, уходящего из помещения), лежащей на пересечении изотермы tyс лучом процесса (отрезок ПВУ характеризует ассимиляцию теплоты и влаги воздухом в помещении); если ty= tB, то т. У соответствует положению т. В и при построении ее не указывают на I-dдиаграмме. Все базовые точки найдены. Их соединяют прямыми линиями (cм. рис. 6). Физический смысл найденных отрезков следующий: НО – процесс осушки и охлаждения воздуха в ОКФ; ОП' – нагрев воздуха во втором воздухонагревателе; П'П – нагрев воздуха в воздуховодах и вентиляторе; ПВУ – процесс ассимиляции тепла и влаги в помещении. Расход теплоты во втором воздухонагревателе QВН2, Вт, определяют по уравнению QВН2 = Gпр(Iп' − Iо). (17) Расход холода Qхол, Вт, в ОКФ определяют по формуле Qхол = Gпр(Iн − Iо). Количество сконденсированных паров воды из воздуха Wk, кг/ч, в ОКФ равно Wk = Gпр(dн −dо)10−3 . (18) 3.4. Прямоточная схема СКВ для холодного периода годаСхема СКВ при прямоточном способе обработки воздуха для холодного периода приведена на рис. 7:  Рис. 7. Прямоточная схема СКВ для холодного периода года Предлагается следующий порядок построения на I-dдиаграмме влажного воздуха [1, 3]: а) нахождение на I-d-диаграмме положения базовых то- чек В и Н, характеризующих состояние наружного и внутреннего воздуха; б) проведение через т. В луча процесса с учетом вели- чины углового коэффициента εх ПОМ; в) определение положения точек П, У, О, К: г) т. У, расположенной на пересечении изотермы ty; д) т. П, расположенной на пересечении изоэнтальпы Iп с лучом процесса. Численное значение удельной энтальпии Iп приточного воздуха для холодного периода года вычисляют предварительно из уравнения  ΣQх , (19) Ιп = Ιy − 0,278⋅G где Σ Qx – суммарные полные теплоизбытки в помещении в холодный период года, Вт. е) т. О (то есть состояния воздуха на выходе из ороситель- ной камеры), расположенной на пересечении линии dпс линией ϕ = 90 %; ж) т. К (то есть состояния воздуха на выходе из возду- хонагревателя первой ступени), расположенной на пересечении линии dнс изоэнтальпой Iо. Соединяем базовые точки прямыми линиями и получаем ломаную линию НКОПВУ. Физический смысл отрезков следующий: НК – нагрев воздуха в воздухонагревателе первой ступени; КО – адиабатическое (изоэнтальпийное) охлаждение воздуха; ОП – нагрев воздуха в воздухонагревателе второй ступени; ПВУ – процесс ассимиляции тепла и влаги в помещении. Расход теплоты в первом воздухонагревателе QВН1, Вт, определяют по уравнению QВН1 = Gпр(Iк − Iн). (20) Расход теплоты во втором воздухонагревателе определяют по формуле QВН2 = Gпр(Iп − Iо). (21) Количество испарившейся воды Wисп, кг/ч, при адиабатическом увлажнении воздуха в ОКФ Wисп = Gпр(dо − dк)10−3 . (22) 3.5. Построение процессов обработки воздуха в СКВ с первой рециркуляцией3.5.1. Схема СКВ с первой рециркуляцией для теплого периода года Схема СКВ с первой рециркуляцией при обработке воздуха для теплого периода приведена на рис. 8:  Рис. 8. Схема СКВ с первой рециркуляцией для теплого периода года Предлагается следующий порядок построения на I-dдиаграмме влажного воздуха [1,3]: а) определение положения т. Н, В, П, П', О, У; б) определение положения т. У' (то есть состояния рециркуляционного воздуха перед его смешиванием с наружным воздухом), для чего от т. У по линии d-const откладывают вверх отрезок, равный 1 °С (отрезок УУ' характеризует нагрев уходящего воздуха в вентиляторе); в) т. С (то есть состояние воздуха после смещения рециркуляционного воздуха с наружным воздухом). Точки У' и Н соединяют прямой. Отрезок У'Н характеризует процесс смешивания рециркуляционного и наружного воздуха. Точка Снаходится на прямой У'Н (на пересечении с Iс). Удельную энтальпию Iс, кДж/кг, точки С вычисляют по уравнению (12) или (13), выражают энтальпию или влагосодержание смеси. Расход воздуха, поступающего на первую рециркуляцию, определяется из выражения L1р = Lнорм ⋅n , (23) где Lнорм – нормативный расход воздуха на человека, м3/ч; n – количество людей в помещении. Точки С и О соединяют прямой. Получившийся отрезок СО характеризует политропический процесс тепловлажностной обработки воздуха в оросительной камере. На этом построение процесса СКВ заканчивают. Расход холода Qхол, Вт, в ОКФ определяют по формуле Qхол= Gпр(I1 − I2 ), где I1, I2 – энтальпии влажного воздуха на входе и выходе из форсуночной камеры орошения, кДж/кг. Количество сконденсированных паров воды из воздуха, Wk,кг/ч, вычисляют по уравнению Wk = Gпр(d1 −d2 )10−3 , где d1, d2 – влагосодержания влажного воздуха на входе и выходе из форсуночной камеры орошения, кг/кг. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Основная литератураАверкин, А.Г. Примеры задач по курсу «Кондиционирование воздуха и холодоснабжение»: учебное пособие для вузов / А.Г. Аверкин. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Пенза: Изд-во АСВ, 2003. – 152 с. Сибикин, Ю.Д. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: учеб. пособие для сред. проф. образования / Ю.Д. Сибикин. – М.: Академия, 2008. – 304 с. Дополнительная литератураСправочник проектировщика. Ч. 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн. 2 / под ред. Н.Н. Павлова и Ю.И. Шиллера. – М., 1992. – 416 с. Богословский, В.Н. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение / В.Н. Богословский, О.Я. Кокорин, Л.В. Петров. – М.: Стройиздат, 1985. – 367 с. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: жилые здания со встроенно-пристроенными помещениями общественного назначения и стоянками автомобилей. Коттеджи: справочное пособие. – М.: Пантори, 2003. – 308 с. |