Проектирование системы кондиционирования цеха

27

1. Расчетные параметры воздуха

1.1 Параметры наружного воздуха

В соответствии с п.5.10 СНиП 41.01-2003 [1] за расчетные параметры воздуха для холодного и теплого периодов года при проектировании систем кондиционирования воздуха следует принимать параметры Б по СНиП 23-01-99 [2].

За параметры Б в ХПГ принимается температура воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 и относительная влажность в 15 часов самого холодного месяца.

за параметры Б в ТПГ принимается температура воздуха обеспеченностью 0,98 и средняя месячная относительная влажность воздуха в 15 часов наиболее теплого месяца.

Расчетные параметры для города Дамбуки Амурской области сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

Расчетные параметры наружного воздуха.

Период	Нормируемые	Принятые
	tС	ц, %	tС	ц, %	J кДж/кг	Рб, МПа
ТПГ	26,6	61	27	61	60,83	0,101325
ХПГ	-43	59	-43	59	-32,93	0,101325

1.2 Параметры внутреннего воздуха

Расчетные параметры внутреннего воздуха принимаются в зависимости от назначения помещения, категории работ и периода года, исходя из требований условий комфортности для людей, а также из условий техпроцесса. Для поточной линии цеха производства сахарных сортов печенья параметры внутреннего воздуха принимаются из таблицы 11.7 [7].

Параметры внутреннего воздуха - относительная влажность и температура, поддерживаемые круглогодично, и, поэтому, для ТПГ и ХПГ принимаются одинаковые параметры.

Расчетные для поточной линии цеха производства сахарных сортов печенья сведены в таблицу 2.

Таблица 2. «Параметры внутреннего воздуха».

Период года	Нормируемые	Принятые	v, м/с
	tС	%	tС	%	I, кДж/кг
ТПГ	18-25	60	21	60	44,53
ХПГ	18-25	60	21	60	44,53

2. Тепловлажностный баланс помещения

Тепловлажностный баланс состоит из: теплопоступлений и теплопотерь помещения, влагопоступлений и влагопотерь. Так же при составлении баланса определяем величины луча процесса е.

2.1 Определение теплопотерь

Телопотери поточной линии включают в себя потери на вентиляцию, Вт:

В цехе имеется местная вентиляция производительностью для поточной линии G_вент = 3000 м₃/ч. Теплопотери от местной вентиляции рассчитываются по формуле:

Тогда теплопотери поточной линии составят:

2.2 Определение теплопоступлений

Теплопоступления в поточной линии определяются следующим образом:

- теплопоступления от остывающей продукции

с - удельная теплоемкость печенья, по заданию 3,57 кДж/(кг·°С),

t_н, t_к - начальная и конечная температура продукции, по заданию t_н=110°С, t_к = 30°С;

М - масса продукции, кг.

- скрытые теплопоступления с водяными парами.

r - скрытая теплота парообразования, кДж/кг

t_n - темепратура поверхности испарения (температура пара), принимаемая по табл. 8 [8] равной t_n = 58°C, при средней температуре продукции .

W - влагопоступления по заданию для поточной линии 0,25кг/ч·кг печенья, производительность поточной линии 75 кг/ч печенья -



Зная значения всех составляющих теплопоступлений в поточной линии, определим суммарные теплопоступления:

2.3 Определение влагопотерь

Влагопотери для поточной линии определяются как влагопотери через местную вентиляцию:

2.4 Определение влагопоступлений

Влагопоступления для поточной линии составляют только технологические влаговыделения:

W=W_тех, кг/ч

где W_тех - технологические влаговыделения, принимаем по заданию на поточной линии 0,25 кг/ч на 1 кг печенья, производительность одной поточной линии 75 кг/ч печенья, при этом в цехе установлено 2 поточные линии, отсюда

кг/ч.

Таким образом, влагопоступления на поточной линии составят:

кг/ч;

Влажностный баланс определим как разность влагопоступлений и влагопотерь в помещении для поточной линии:

2.5 Определение величины луча процесса

Теплоизбытки или теплонедостатки в помещении определяются по формуле:

При условии, если ДQ>0, то в помещении определяются теплоизбытки, в противном случае, при ДQ<0 - определяются теплонедостатки.

Определим явные теплоизбытки и теплонедостатки:

Величина луча процесса определяется следующим образом:

Результаты расчетов и вычислений сведены в таблицу 3.

Таблица 3. Тепловлажностынй баланс помещения.

Период года	Теплопотери, Вт	Теплопоступления, Вт	Влагопотери, кг/ч	Влагопоступления, кг/ч
	Q М.вент.	Всего	Q тех.	Q скр.	Всего	W М.вент.	Всего	W тех.	Всего
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
ТПГ	-16309,24	-16309,24	11900	24611,25	36511,25	-15,1	-15,1	37,5	37,5
ХПГ	77503,91	77503,91	11900	24611,25	36511,25	18	18	37,5	37,5

Продолжение таблицы 3

Период года	Балансовые составляющие	, кДж/ гр.
	Qизб., Вт	Qнед., Вт	W, кг/ч	Qявн., Вт	W М.вент.
	11	12	13	14	15
ТПГ	52820,49	-	52,6	28209,24	3,62
ХПГ	-	-40922,66	19,5	-65603,91	-7,57

3. Выбор и обоснование схемы обработки воздуха

В цехе производства сахарных сортов печения для теплого периода года принимаем схему обработки воздуха с первой рециркуляцией и вторым подогревом. В соответствии с санитарными нормами снаружи забирается воздух в количестве L_Н (согласно СНиП принимаем норму на одного человека 100 м³/ч - на 15 человек - 1500 м³/ч=1500•1,2=1800кг/ч).Перед дождевым пространством к наружному воздуху подмешивается рециркуляционный воздух в количестве L_р1.После смешивания воздух в количестве L₀ поступает в оросительную камеру,в которой он охлаждается и осушается, а затем подогревается в теплообменнике второго подогрева до заданной температуры выхода воздуха из кондиционера. При своем движении обработанный воздух повышает свою температуру на 1 ⁰С -в результате он приобретает заданную температуру приточного воздуха, при которой он поступает в кондиционируемый цех.

Для зимнего периода года принимаем прямоточную схему обработки наружного воздуха.Наружный воздух количестве L₀ поступает воздухонагреватель первого подогрева в котором его энтальпия будет соответствовать расчетной энтальпии адиабатического процесса увлажнения. Затем воздух поступает в камеру орошения, где происходит адиабатический процесс увлажнения, в результате которого воздух получает заданное влагосодержание при относительной влажности

4. Построение процессов обработки воздуха на I-d диаграмме

4.1 Теплый период года

4.1.1 По параметра внутреннего воздуха (см. таблицу 2) на J-d диаграмме определяется положение точки В.

4.1.2 В точку В строим луч процесса =3620 Дж/г.

4.1.3 Задаемся расчетной разностью температур t=4C. Определяем температуру приточного воздуха

t_П= t_В - t=21 - 4=17C

На пересечении t_П=const и луча процесса получаем точку П. По J-d диаграмме определяем параметры приточного воздуха J_П=30,3кДж/кг, d _П=5,3г/кг.

4.1.4. Определяем расход воздуха на ассимиляцию теплоизбытков G_Q и влагоизбытков G_W:

В качестве расчетного расхода воздуха принимается наибольшее из 2-х значений L_Q=15179ч

4.1.5 Через точку П проводим луч подогрева () до пересечения с кривой ( точка О).Параметры точки О соответствуют состоянию воздуха, покидающего дождевое пространство. Далее наносим точку Н, соответствующую состоянию наружного воздуха и точку , соответствующую состоянию рециркуляционного воздуха перед входом его в камеру смешивания кондиционера.Точки Н и соединяем прямой линией, которая является линией смеси наружного и рециркуляционного воздуха.

4.1.6 Положение точки С, соответствующей состоянию смеси воздуха найдем по пропорции:

Определяем параметры точки С:t_c=22,5⁰C,J=48,5 кДж/м³

4.1.7 Расход рециркуляционного воздуха составит:

L_р1=L₀-L_Н=15179-1800=13379 кг/ч

4.1.8. Определяем полную производительность кондиционера:

L_п=k L₀=1,1 15179=16697 кг/ч

где

k - коэффициент, учитывающий потери воздуха через неплотности в воздуховодах, при длине воздуховода от вентилятора до обслуживаемого помещения l50 м k=1,1;

Определяем объемный расход воздуха в тыс. м³/ч:

,тыс.м³/ч

тыс.м³/ч

По величине L_П подбираем марку кондиционера: КТЦЗ-20.

4.1.9 Охлаждающая мощность камеры будет равна:

4.1.10 Расход тепла в теплообменнике второго подогрева:

Количество влаги, выделившееся из воздуха в результате его обработки в камере орошения, кг/ч:

W=L(d_Н - d_О)10^-3=16697 (13,5-5,3 10^-3=137 кг/ч.

Результаты построений процесса обработки воздуха в ТПГ заносим в таблицу 4.

Таблица 4.

Точка	tС	J кДж/кг	d г/кг	%
В	21	44,5	9,8	60
Н	24,5	60,1	13,5	61
П	17	31	5,3	45
Z	8,8	26,7	5,2	100
О	6	20	5,3	95
C	22,5	47,5	10,4	61
П'	21,5	30	5,3	49

4.2 Холодный период года

4.2.1. По параметра внутреннего воздуха (см. таблицу 2) на J-d диаграмме определяется положение точки В

4.2.2 Определим ассимилирующую способность приточного воздуха по влаге:

г/кг.сух возд

4.2.3 Влагосодержание приточного воздуха равно:

4.2.4 Через точку В строим луч процесса до пересечения с линией - на пересечении cтроим точку П, соответствующую состоянию приточного воздуха

4.2.5 Через точку П проводим луч процесса нагревания воздуха воздухонагревателе второго подогрева до пересечения с кривой .На пересечении определяем точку О, характеризующую состояние воздуха,покидающего дождевое пространство

4.2.6 Наносим точку Н по параметрам наружного воздуха

4.2.7 Проведя через точку С луч процесса нагревания воздуха в воздухонагревателе первого подогрева до пересечения с адиабатой I₀ ,получим точку К, характеризующую состояние воздуха перед дождевым пространством.

Рассчитываем отдельные процессы:

4.2.8 Расход тепла в теплообменнике первого подогрева:

4.2.9 Расход тепла в теплообменнике второго подогрева:

Количество влаги, выделившееся из воздуха в результате его обработки в камере орошения, кг/ч:

Количество испаряющейся влаги, кг/ч:

W=G_П(d_О - d_н)10^-3=16697(5,5 -0,35) 10^-3=86кг/ч.

Результаты построений заносим в таблицу 5.

Таблица 5.

Точка	tС	J кДж/кг	d г/кг	%
В	21	44,5	9,2	60
Н	-43	-32,93	0,35	59
П	13,2	27,5	5,5	60
Z	8,8	26,7	7	100
О	6,5	20,5	5,5	95
К	20	20,5	5,5	3

5. Расчет элементов установки кондиционирования воздуха (УКВ)

5.1 Расчет камеры орошения

Определяются параметры предельного состояния воздуха.

В ТПГ энтальпия наружного воздуха больше энтальпии внутреннего воздуха, J_Н>J_В. Значит процесс обработки воздуха политропный. Тип задачи - обратная

Дано:

G_П=16697г/ч - массовый расход воздуха, обрабатываемый в камере орошения;

t_В.Н.=22,5 ⁰C - начальная температура обрабатываемого воздуха;

J_В.Н.=47,5 кДж/кг - начальная энтальпия обрабатываемого воздуха;

t_ЖН.=5С - начальная температура жидкости, поступающей в камеру

G_Ж=34000 кг/ч - массовый расход жидкости в камере орошения

С - относительная разность температур

Необходимо определить:

- коэффициент орошения;

t_В.К. - начальная температура обрабатываемого воздуха;

J_В.К. - конечная энтальпия обрабатываемого воздуха;

t_ЖК - конечная температура воды, поступающей в камеру орошения, С;

1) Коэффициент орошения определяется:

2) Коэффициент адиабатной эффективности Е_А определяется по графику

Принимаем типоразмер ОКФ-3 02.013.04 Исполнение 2

3) Энтальпия насыщенного воздуха J_Внас соответствует начальной температуре воды t_ж.н на J-d диаграмме

4) Конечная удельная энтальпия воздуха определяется:

и - корректирующие коэффициенты, равные соответственно 0,000716 и 0,00351 кг/кДж, - середина диапазона аппроксимации кривой насыщения равна 54 кДж/кг

кДж/кг

5)Конечная температура воздуха:

С

6)Конечная температура воды t_Ж.К, поступающей в камеру орошения, определяется по формуле:

⁰С

7)Необходимое давление воды перед форсунками определяем по номограмме 15.32[3]. Получаем Р_W=150 кПа.

Задача решена.

Условия работы схемы в ТПГ выполняются.

5.2.1 Холодный период года первая ступень

1) Расход тепла определяется из расчета процессов (п. 5.2.): Q_I^ХПГ=247262 Вт

2) Требуемое живое сечение по воздуху:

м²

3) Согласно требуемому живому сечению подбирается воздухонагреватель ВН2-3 количество рядов - 2 f_Ж.С=2,07м²; S=74,6 м²; f'_{Ж.С по воде}=246010^-6 м².

4) Принимаем обвязку воздухонагревателя:

Параллельно по воздуху - коэффициент m=1;

Параллельно по воде - коэффициент n=1.

5) Действительная массовая скорость:

6) Массовый расход воды:

7) Объемный расход теплоносителя:

8) Скорость движения воды в воздухнагревателе:

=V_W/(3600f_ТР10^-6)=6,08/(3600246010^-6)=0,69м/с

>0,15 м/с.

9) Воздухонагреватель 2- рядный, коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

k=28,03()^0,4430,129=25,486,08^0,185•0,69^0,127=33,8

10) Требуемая поверхность нагрева:

где

t=Т_СР - t_СР, С

Т_СР =(Т₁+Т₂)/2=(105+70)/2=87,5С;

t_СР=(tн+tк)/2=(-43+20)/2=-11,5С;

t=87,5-11,5=76

таким образом: F_TP=247262/(33,8*76)=96,3

F_P=74,6, м² - площадь поверхности нагрева одного воздухонагревателя[3].

Определяется расчетное число воздухонагревателей по ходу воздуха:

Принимаем к установке 2воздухонагревателz

Определяем действительную площадь нагрева воздухонагревателя:

м²

Определяем в процентах запас поверхности нагрева воздухонагревательной установки:

Так как процент запаса больше 15 процентов принимаем 2воздухонагревателя с обводным каналом ВНО 02.11114.

5.2.2 Холодный период года вторая ступень

11) Расход тепла определяется из расчета процессов (п. 5.1.): Q_II^ХПГ=32466 Вт

12) Требуемое живое сечение по воздуху:

13) Согласно требуемому живому сечению подбирается воздухонагреватель ВН2-3 количество рядов - 1: f_Ж.С=2,07м²; S=37,3 м²; f'_{Ж.С по воде}=123010^-6 м².

14) Принимаем обвязку воздухонагревателя:

Параллельно по воздуху - коэффициент m=1;

Параллельно по воде - коэффициент n=1.

15) Действительная массовая скорость:

16) Массовый расход воды:

17) Объемный расход теплоносителя:

18) Скорость движения воды в воздухнагревателе:

=V_W/(3600f_ТР10^-6)=0,931/(3600123010^-6)=0,21 м/с

>0,15 м/с.

19) Воздухонагреватель 1 - рядный, коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

k=28,03()^0,4430,129=28,034,4^0,4430,21^0,129=44,2

20) Требуемая поверхность нагрева:

где

t=Т_СР - t_СР, С

Т_СР =(Т₁+Т₂)/2=(70+40)/2=55С;

t_СР=(tн+tк)/2=(6+13,5)/2=9,75С;

t=55-9,75)=45,25

таким образом: F_TP=32466/(44,245,25)=16,23

F_P=37,3м² - площадь поверхности нагрева одного воздухонагревателя[3].

Определяется расчетное число воздухонагревателей по ходу воздуха:

Принимаем к установке 1 теплообменник.

Определяем действительную площадь нагрева воздухонагревателя:

м²

Определяем в процентах запас поверхности нагрева воздухонагревательной установки:

Так как процент запаса больше 15 процентов принимаем воздухонагреватель с обводным каналом ВНО 02.11114.

5.2.3 Теплый период года вторая ступень

1) Расход тепла определяется из расчета процессов (п. 5.1.): Q_II^ТПГ=52820 Вт

2) Требуемое живое сечение по воздуху:

3) Согласно требуемому живому сечению подбирается воздухонагреватель ВН2-3 количество рядов - 1: f_Ж.С=2,07м²; S=37,3 м²; f'_{Ж.С по воде}=123010^-6 м².

4) Принимаем обвязку воздухонагревателя:

Параллельно по воздуху - коэффициент m=1;

Параллельно по воде - коэффициент n=1.

5) Действительная массовая скорость:

6) Массовый расход воды:

7) Объемный расход теплоносителя:

8) Скорость движения воды в воздухнагревателе:

=V_W/(3600f_ТР10^-6)=1,51/(3600123010^-6)=0,34 м/с

>0,15 м/с.

9) Воздухонагреватель 1 - рядный, коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

k=28,03()^0,4430,129=28,037,1^0,4430,34^0,129=58,1

10) Требуемая поверхность нагрева:

где

t=Т_СР - t_СР, С

Т_СР =(Т₁+Т₂)/2=(70+40)/2=55С;

t_СР=(tн+tк)/2=(6+16)|2=11С;

t=55-11=44

таким образом: F_TP=52820/(58,111)=82,6

F_P=55,25 м² - площадь поверхности нагрева одного воздухонагревателя[3].

Определяется расчетное число воздухонагревателей по ходу воздуха:

Принимаем к установке 2теплообменник.

Определяем действительную площадь нагрева воздухонагревателя:

 м²

Определяем в процентах запас поверхности нагрева воздухонагревательной установки:

Так как процент запаса больше 15 процентов принимаем 2воздухонагревателя с обводным каналом ВНО 02.11114. F=42,4 м²

5.3 Подбор фильтра, воздушного клапана

1) Фильтр воздушный сухой для атмосферной пыли ФР1-3 04.21134 - 1шт. (1296 кг)

2) Клапан воздушный утепленный КЭ 0,5-3 16.33304 - 2 шт. (220 кг).

5.4 Подбор вспомогательного оборудования

Подбор вспомогательного оборудования производится в соответствии с маркой кондиционера по прил. III[3]:

1) Камера орошения ОКФ-3 индекс 02.01404Исполнение 2

- 1 шт. (647 кг);

1) Камера обслуживания КО-3 02.50004- 3 шт. (67 кг);

2) Блок присоединительный БПЭ-3 02.51134 - 1шт. (230 кг);

3) Вентагрегат 04.41234 с электродвигателем 4А132S4, N=7,5 кВт, n=410 об/мин, m=620 кг.

6. Холодоснабжение УКВ (водяной контур)

6.1 Выбор и обоснование принятой схемы холодоснабжения

Система холодоснабжения центрального кондиционера централизованная, с промежуточным холодоносителем, закрытого типа. Промежуточный холодоноситель согласно заданию на проектирование - вода. Подключение камеры орошения к системе холодоснабжения через смесительный клапан.

6.2 Принцип работы схемы холодоснабжения по периодам года

Назначение системы холодоснабжения в данном проекте - охлаждать воду, поступающую в камеру орошения, с помощью промежуточного холодоносителя - воды. Насос холодильной станции (14) через бак-аккумулятор (15) прокачивает промежуточный холодоноситель (воду) в межтрубном пространстве кожухотрубного испарителя холодильной машины (16). Вода, поступающая для охлаждения, входит и выходит через 2 боковых горизонтальных патрубка, расположенных с двух сторон кожуха. Так же испаритель имеет 2 патрубка (17) для входа и выхода хладагента. Хладагент циркулирует в трубках испарителя, в то время как вода омывает трубки с внешней стороны. Далее промежуточный холодоноситель проходит через водо-водяной теплообменник (18), где через стенку трубок холодная вода охлаждает воду, циркулирующую в контуре камеры орошения, с помощью насоса камеры орошения (20). Охлаждение кондиционируемого воздуха в камере орошения регулируется трехходовым клапаном (19), изменяющим количество поступающего в водо-водяной теплообменник промежуточного холодоносителя (воды). Это обеспечивает изменение температуры разбрызгиваемой в камере орошения воды.

Позиции системы холодоснабжения см. на схеме холодоснабжения в графической части проекта.

6.3 Расчет и подбор бака-аккумулятора

Объем закрытого бака-аккумулятора определяется по формуле:

м³

где

Qо - холодопроизводительность камеры орошения, 132185 Вт (п. 5.1.);

_Ц - продолжительность цикла, для машин производительностью свыше 186 кВт, 1800 с;

- плотность холодоносителя, 1000 кг/м³;

с - удельная теплоемкость холодоносителя, 4,187 кДж/кгК;

t - диапазон изменения температуры холодоносителя,

t =t_w.к.- t_w.н.= 4,0-2,1=1,9С

6.4 Подбор насоса камеры орошения

6.4.1 Максимальны расход разбрызгиваемой воды:

G_W=33394 кг/ч

Расход насоса камеры орошения:

G_max=1,1 G_W =1,133394 =36733 кг/ч

L_max=36,7, м³/ч

6.3.3. Напор насоса:

Н_Н=Н_Ф+1,5+Н_КОНД+Н

где

Н=0, Па - потерями давления в трубопроводе и арматуре пренебрегаем;

Н_КОНД=4,845 м

Н_Ф=Р_W/(g)=2010³/(10009,81)=2,039, м

Н_Н=2,039+1,5+4,845 +0=8,38 м

По полученным данным подачи и напора подбирается насос фирмы

GRUNDFOS:

СМ 65/1280Т

Н_МАХ=12,8 м

G= 50 м³/ч

1,7 кВт

7. Автоматизация

7.1. Автоматизация и регулирование воздушного контура

Автоматизация включает в себя следующие системы:

1) Регулирование температуры внутреннего воздуха осуществляется термодатчиком, расположенным в помещении. Сигнал, поступающий от него, регулирует количество теплоносителя, подаваемого на воздухонагреватель II-го подогрева в ХПГ.

2) Температура и влажность воздуха, прошедшего через камеру орошения, контролируется датчиками температуры и влажности, установленными на выходе из камеры орошения (на воздушной линии). Они осуществляют изменения подачи насоса камеры орошения в зависимости от требуемых параметров воздуха.

3) Количество подаваемого рециркуляционного воздуха контролируется по двум температурам: наружного и внутреннего воздуха. Данные температуры определяются двумя термодатчиками: один внутри помещения, а другой перед воздушным клапаном наружного воздуха. Сигнал от этих датчиков регулирует работу воздушного клапана на рециркуляционной линии.

7.2 Автоматизация и регулирование водяного контура

Система предохраняющая от замерзания воды в камере орошения, заключается в контроле температуры воздуха, поступающего в камеру орошения. Эта температура регистрируется термодатчиком, расположенным на воздушной линии перед камерой орошения. Когда температура воздуха, поступающего в камеру, будет ниже 3С, - по сигналу датчика произойдет отключение насоса камеры орошения, смесительного клапана, прикрытие (или полное закрытие) воздушного клапана наружного воздуха и увеличение подачи рециркуляционного воздуха за счет полного открытия рециркуляционного воздушного клапана.

Список литературы

1. СНиП 41-01-2003 «Отоплении, вентиляция и кондиционирование».

2. СНиП 23-01-99 «Строительная климатология».

3. Справочник проектировщика «Внутренние санитарно-технические устройства» ч. 3 «Вентиляция и кондиционирование воздуха» под ред. Н.Н. Павлова и Ю.И. Шиллера - Москва. «Стройиздат» 1992 г.