Нанеся на i–d-диаграмму расчетные наружные и внутренние параметры, учитывая заранее вычисленные расходы наружного и приточного воздуха, строят процессы тепловлажностной обработки воздуха и их последовательность (рис. 1). Подчеркнем, что разделение области параметров наружного воздуха на зоны предпочтительнее, поскольку выявляет все режимы обработки воздуха в течение года. Этим оно отличается от традиционного проектирования «на две точки», как неоднократно указывал профессор А.А. Рымкевич [1, 2] и др.Задумаемся, всегда ли правильно такое проектирование? Не таят ли такие построения и выводы из них потенциальные ошибки? Приведем только лишь один пример. На рис. 1 нагрев смеси С1СХ кажется безопасным с точки зрения замерзания воды в трубках, если средняя температура tC1 положительна. При этом забывают, что в диаграмме указывают только средние значения параметров, без учета, например, плохого перемешивания потоков воздуха. Основная же ошибка заключается в том, что при построениях забывают об изменениях нагрузок и их влиянии на выбор аппаратов. Рассмотрим далее предлагаемую аналитическую альтернативу использованию графических построений.
Выбор технологической схемы СКВ (СВ) и расчетные мощности ее аппаратов можно выполнять чисто аналитически, не зная i–d-диаграммы и используя разработки профессора, д.т.н. А.А. Рымкевича [1, 2] (рис. 2) о комплексе исходных данных для проектирования. Они, в частности, положены в основу книги автора этой статьи [5].Преимущества такой методики заключаются в том, что при выборе нагревателя и увлажнителя (подвод теплоты и массы) учитывают минимальные тепло и влагоизбытки, а при подборе охладителя-осушителя (отвод теплоты и массы) — соответствующие максимальные. Кроме того, во всех расчетах учитывают минимальный расход наружного воздуха и его возможное изменение, например, при сокращении числа людей в общественных зданиях. Такая методика не требует наличия i–dдиаграммы и исключает ошибки при подстановке «псевдопостоянных» тепло и влагоизбытков, хотя они, как правило, переменны. Для объекта с заданными тепловлагоизбытками (Qизб.max, Qизб.min, Gвл.max, Gвл.min)минимальным расходом наружного воздуха (Gн.min), заданных параметрах в помещении (tв.min, ϕв.min, dв.min, iв.min, tв.max, ϕв.max, dв.max, iв.max) и расчетных параметрах наружного воздуха (tнрх, dнрх, tнрт, dнрт, iнрт) можно записать неравенства, определяющие потребность проектируемой системы в нагреве, охлаждении-осушении и увлажнении воздуха. Рассмотрим эти неравенства подробнее:
❏ нагревание наружного воздуха необходимо, если выполняется неравенство:при отсутствии увлажнения или изотермическом (паровом) увлажнении;
❏ нагревание наружного воздуха в СКВ (СВ), совмещенной с воздушным отоплением при отсутствии увлажнения или изотермическом (паровом) увлажнении необходимо, если выполняется следующее неравенство:где q0 = ∑kF — удельные теплопотери помещений [кВт/ °C], обслуживаемых данной системой и отнесенные к разности температур tв.min – tн;
❏ нагревание наружного воздуха при изоэнтальпийном (водяном) увлажнении воздуха необходимо, если выполняется неравенство:в случае воздушного отопления к слагаемым Qизб.min + GпрсвΔtпр включают следующий сомножитель:
❏ увлажнение наружного воздуха при любом способе необходимо, если выполняется неравенство:
❏ охлаждение наружного воздуха необходимо, если выполняется неравенство:
❏ осушение наружного воздуха необходимо при выполнении неравенства:
Здесь предполагают, что максимальные влаговыделения совпадают с максимальными теплоизбытками или, по крайней мере, между Qизб и Gвл имеется высокий и положительный коэффициент корреляции, например, rQизбGвл > 0,8.В соответствии с неравенствами (1–6) несложно вычислить расчетные расходы нетто (без учета потерь в коммуникациях) теплоты, влаги и холода, требуемые для СКВ и СВ, для случаев (1) и (2):Qt.расч = Gн.mincв(tн.гран1 – tнрх), (7)для случая (3):Qt.расч = Gн.min(iн.гран1 – iнрх), (8)Gувл.расч = Gн.min(dн.гран1 – dнрх), (9)для сухого охлаждения:Qх.расч = Gн.mincв(tнрт – tн.гран2), (10)для охлажденияосушения:Qх.расч = Gн.min(iнрт – iн.гран2), (11)где iн.гран2 определяют по взаимоувязанным сочетаниям tн.гран2 и dн.гран2. Общий нагрев воздуха, определенный по формуле (8), обычно разделяют на первый и второй; границу между ними часто принимают i ≈ 30 кДж/кг, что соответствует t ≈
Пример
Предложить (обосновать, выбрать) технологическую схему центральной системы кондиционирования без использования i–dдиаграммы и расчетные расходы теплоты, холода и влаги СКВ для трех помещений при следующих исходных данных.Расчетные внутренние параметры: tв.min =
Не смотря на такой результат, необходимость применения увлажнения подлежит уточнению с учетом:
❏ высокой начальной стоимости увлажнителя и сложности эксплуатации;
❏ уточнения требований к минимальной влажности [4];
❏ реально наблюдаемой десорбции наружных ограждений;
❏ продолжительности низких температур и соответствующих влагосодержаний наружного воздуха и др.
Необходимость охлаждения наружного воздуха определяется следующим условием tн > tн.гран2:Эту «непонятную» на первый взгляд температуру нужно относить к расходу наружного воздуха (а не приточного), что соответствует условному состоянию воздуха ниже линии насыщения. Если рассматривать Gн = Gпp = 1,9 кг/с, то охлаждение неизбежно при:и выше. Проверяем необходимость осушения наружного воздуха, для этого вычисляем:значит, осушение не нужно.
В результате выполненных расчетов при переменных тепловлажностных нагрузках помещений, переменных параметрах наружного и внутреннего воздуха получаем следующий результат — установлено, что в технологической схеме СКВ при Gпp = 1,9 и Gн.min = 0,6 кг/с должно быть применено следующее оборудование: воздухонагреватель, увлажнитель (обсуждается) и охладитель.
Расчетные характеристики оборудования нетто:Qt.max = Gн.mincв(tн.гран1 – tнрх) == 0,6 × [0 – (–26)] ≈ 16 кВт —при отсутствии увлажнения или паровом (изотермическом) увлажнении,Qt.max = Gн.min(iн.гран1 – iнрх) == 0,6 × [16 – (–25,2)] ≈ 25 кВт —это уже при водяном (изоэнтальпийном) увлажнении;Gувл.max = Gн.min(dн.гран – dнрх) = = 0,6 × (6 – 0,3) ≈ 0,35 г/с = 1,3 кг/ч;Qх.max = Gн.mincв(tнрт – tн.гран2) = = 0,6 × [25 – (–5)] ≈ 18 кВт.
Вариант 2. Повторим расчет для водовоздушной СКВ данного объекта, принимая Gн.min = Gпр = 0,6 кг/с, ассимилирующей воздухом около 30 % выделяемой теплоты и всю выделяемую влагу; остальную теплоту компенсируют местные вентиляторные кондиционеры-доводчики (fancoil). Расчетные часовые расходы теплоты и холода в такой системе будут близки вычисленным для центральной VAV-системой с некоторыми различиями.
Первое — это отличающаяся на следующую величину:cвΔtпр(Gпр – Gн.min) == 1 × 1,5 × (1,9 – 0,6) = 2,0 кВттеплота (будет больше) и холод (будет меньше), чем в варианте 1.Второе — при низкой температуре холодной воды, подаваемой в местные доводчики помещений (tв = 24–25 °C, ϕв = 50–60 %, tв.росы = 13–17 °C) будет происходить осушение — конденсация водяного пара из воздуха и соответствующий перерасход холода. Доводчики наружной (периметральной) зоны в холодный период года могут работать в режиме нагрева для компенсации теплопотерь, достигающих:Qtн = q0(tв – tнрх) == 0,05 × [20 – (–26)] = 2,3 кВт, что существенно меньше теплоизбытков остальной зоны Qизб.min = 10 кВт. Доводчики внутренней зоны круглогодично ассимилируют теплоизбытки, режим работы обоих групп доводчиков должен быть строго согласован с учетом всех возмущающих воздействий.
Определим, из каких аппаратов должен состоять кондиционер, обрабатывающий только наружный воздух и ассимилирующий около 30 % теплоизбытков. Нагрев наружного воздуха потребуется при tн < tн.гран1 (без увлажнения или с изотермическим увлажнением) и компенсации теплопотерь доводчиками:
Нагрев наружного воздуха при изоэнтальпийном увлажнении воздуха потребуется при iн < iн.гран:
В данном случае граница режимов увлажнения (dн.гран = 6 г/кг) не будет меняться. Граница же режима охлаждения наружного воздуха при tн > tн.гран2:В результате расчета определено, что центральный кондиционер водовоздушной СКВ должен состоять из воздухонагревателя, увлажнителя (обсуждается) и воздухоохладителя.
Вывод. Предложенная методика выбора технологической схемы СКВ и расчетной мощности ее аппаратов не требует знания и применения i–d-диаграммы влажного воздуха и одновременно позволяет избежать ошибок, связанных с неучетом диапазона изменения тепловой и влажностной нагрузок помещений.
