Воздушное душирование

ВД наиболее эффективное мероприятие для создания на постоянных рабочих местах или участках, на которых параметры воздуха отличаются от средних в рабочей зоне, требуемых по санитарно-гигиеническим нормам метеорологических условий температуры, влажности и скорости движения воздуха. ВД используется в следующих случаях:

Для борьбы с лучистой теплотой

Для борьбы с конвективной теплотой при невозможности обеспечения нормативных параметров общеобменной вентиляции

Для борьбы с газовыми выбросами при невозможности устройства локализующей вентиляции

Наиболее распространенно ВД в литейных, кузнечных и термических цехах, там где тепловой поток составляет 175-350 Вт/м2 и более.

Душирование рабочих мест осуществляется в зависимости от поверхностной плотности лучистого теплового потока внутренним и наружным воздухом. Если плотность лучистого теплового потока находится в пределах 175-380 Вт/м² в пределах рабочего места площадью более 0,2 м2 применяется внутренний воздух. При этом температура и скорость воздуха на рабочем месте должны соответствовать СНиПу.

ВД работающие на внутреннем воздухе называются аэраторами. Их основными элементами являются:

1 осевой вентилятор с электродвигателем на одном валу

2 автоматическое поворотное устройство до 600

3 пневматическая форсунка с подводом воды

Это ВД используется для обслуживания площадок, на которых находится несколько человек. Поворотные аэраторы обеспечивают относительно равномерные скорости в потоке воздуха и более широкую зону обслуживания. Однако при температуре больше 280 их охлаждающий эффект значительно снижается. При тепловом потоке 1800 Вт/м2 применяется ВД с использованием экранов.

В состав ВД работающего на наружном воздухе входят:

1 Приточная камера или центральный кондиционер с камерой орошения(может работать в любом режиме)

2 Сети воздуховодов, которые могут быть в подпольных каналах и по цеху

3 Душирующие патрубки, которые устанавливаются от пола на расстоянии 1,8 м до нижней кромки патрубка. Систему ВД нельзя совмещать с системой приточной общеобменной вентиляции. Душирующие патрубки могут быть разной конструкции. Сам патрубок поворотный.

1 воздуховод

2 корпус

3 направляющая решетка

Особенности расчета:

Расчет ВД сводится к:

1 выбору режима обработки воздуха

2 определению параметров подаваемого воздуха- скорости и температуры.

3 определению размеров душирующего патрубка F0

4 подбору технологического оборудования

Существующий метод расчета основывается на решении задачи оптимизации работы ВД по расходу энергоресурсов и закономерностей приточной струи. При выходе их воздухораспределителя душирующего патрубка создается компактная струя. Зоной действия струи считается зона шириной более 1 метра, а скоростной границей считается зона 50% от значения скорости υх.

методика расчета проф. ПВ Участкина- первоначально определяется температурный критерий:

(1)

tрз- температура воздуха в рабочей зоне

tрм- нормируемая температура на рабочем месте

t0- температура воздуха, которая получается при адиабатном охлаждении наружного воздуха, то есть минимальная температура потока, которая может быть получена без использования искусственного холода

tад- температура адиабатной обработки воздуха

Δt-нагрев воздуха вентилятором=0,5-1,50С

Δt=10С

При Pt<1 принимается адиабатное охлаждение

1 Pt≤0,6 в этом случае температура воздуха на рабочем месте больше температуры t0. В этом режиме установка душирования будет работать без искусственного холода, используя адиабатное охлаждение. Для вентиляции рабочего места используется основной участок рабочей струи и тогда:

n- коэффициент характеризующий изменение температуры по оси струи

х- расстояние от выпуска до рабочего места, это расстояние не должно быть меньше 1м.

F0- площадь сечения душирующего патрубка

(2)

Скорость движения воздуха на выходе из патрубка определятся как:

m- коэффициент характеризующий изменение скорости по оси струи

Для скорости на рабочем месте с учетом зоны струи:

(3)

Температура приточного воздуха определяется из критерия Рt:

(4)

0,6- учитывает среднее значение параметров температуры в струе

Количество воздуха выходящего из патрубка:

(м3/ч)

2 Pt≥1 достижение требуемой температуры притока возможно только с искусственным охлаждением. Для экономии энергоресурсов рабочее место следует душировать начальным участком приточной струи. На начальном участке параметры скорости и температуры неизменны и равны начальным. В этом случае рекомендуется относительное расстояние :

Размеры душирующего патрубка определяются по зависимости:

(5)

Так как на начальном участке υх=υ0, а υрм=0,7υ0, то скорость выхода воздуха из ВР:

(6)

Δtx=Δt0

tрм=0.6t0

t0= tрм/0.6 (7)

3 0.6≤Pt≤1 рабочее место рекомендуется душировать основным участком струи и расчетные формулы имеют эмпирическую зависимость:

(8)

(9)

При значении Pt=1 патрубки рассчитанные по вышеизложенным формулам получаются очень большими. В этих случаях необходимо искусственное охлаждение воздуха и вести расчет по формулам, когда Pt>1

Температуру воздуха выходящего из приточного патрубка необходимо определить по формуле:

(10)

5. Абсорбционная холодильная машина:

Рабочий цикл в этих машинах осуществляется за счет тепловой энергии. Работает на смеси двух веществ, из которых одно является хладагентом (ХА), а второе абсорбентом, то есть веществом, поглощающим или растворяющим пары ХА.

Принципиальная схема:

1 кипятильник

2 конденсатор

3регулирующий вентиль

4 испаритель

5 адсорбер

6 регулирующий вентиль

7 насос для перекачки смеси

Как правило, в качестве абсорбера применяется вод, а в качестве ХА аммиак или бромистый литий.

Принцип работы:

В кипятильнике богатая ХА смесь, подогревается либо паром, либо эл. энергией. при подогреве пары аммиака выделяются из смеси, причем давление в кипятильнике растет до величины давления конденсации. Далее пары аммиака проходят цепь превращений:

- конденсируется в жидкое состояние

- дросселируется в регулирующем вентиле 3 с падением давления до начальной величины и температуры

Затем жидкий аммиак поступает в испаритель 4, из него пары аммиака поступают в 5. Абсорбер, как и конденсат, охлаждается водой, и в нем водоаммиачная смесь интенсивно поглощает пары аммиака, обогащаясь дополнительным количеством газа.

Эта смесь насосом 7 перекачивается в кипятильник 1, в тоже время обедненная водоаммиачная смесь через 2-ой регулирующий вентиль перетекает из кипятильника в абсорбер. Таким образом, в абсорбционной машине можно различить 2 контура движения:

-для аммиака: кипятильник – КД - регулирующий вентиль 3-испаритель-абсорбер

-для водоаммиачной смеси: кипятильник – регулирующий клапан 6 – абсорбер – насос - кипятильник

6. Наружный воздух независимо от нагрузки в помещении обрабатывается так, чтобы значения параметров температуры и влажности были постоянными в любой период года, то есть фиксируется точка за камерой орошения. Для обработки воздуха используется “мокрый аппарат”. Это аппарат, в котором производится термовлажностная обработка воздуха. Это может быть камера орошения или поверхностный орошаемый воздухоохладитель. При подаче достаточного количества воды процесс заканчивается при j = 85 ¸90 %, то есть при реальных процессах обработки воздуха в оросительных камерах конечная влажность его не достигает значения j = 100 %. Причиной этого является изменение температуры воды и кратковременный контакт воздуха с водой.

Первый узел регулирования фиксирует параметры наружного воздуха после “ мокрого аппарата”. Условно это является точкой камеры орошения и косвенно поддерживает влажность помещения.

W_п = G×(d_п – d_пр)

Если d_пр = d_ко, при W_п = const и G = const, то

W_п = G×(d_п – d_ко)

d_п = d_ко + W_п / G

Процесс термовлажностной обработки воздуха в оросительных камерах кондиционеров водой с постоянной температурой изображается на I-d диаграмме лучами, лежащими в пределах криволинейного треугольника АНВ, у которого одной стороной является кривая насыщения j = 100 %, а двумя другими – касательные к этой кривой, проведённые из точки Н. Точка Н характеризует параметры наружного воздуха. Обработка воздуха может осуществляться по политропным и адиабатным процессам.

Схема системы автоматического регулирования

1 – узел воздухозабора;

2 – утепленный клапан;

3 – фильтр;

4 – воздухонагреватель первого подогрева;

5 – оросительная камера;

6 – вентилятор;

7 – водонагреватель второго подогрева

К (4), (7) подводится подающий и обратный трубопровод. Т-1 – терморегулятор, который связан с исполнительным механизмом ИМ1 и клапаном К1.

Для поддержания заданных параметров воздуха в помещении при изменении t_н.в., т.е. в промежуточных значениях I_н.в., кондиционер оборудуется системой автоматизации. Схема имеет два узла регулирования и узел защиты калориферов от замораживания.

Первый узел регулирования работает от терморегулятора Т-1 и обеспечивает поддержание температуры за камерой орошения (КО). Это достигается в теплый период за счет изменения холодопроизводительности КО, в холодный период – за счет изменения теплоотдачи калориферов первого подогрева.

Второй узел регулирования работает от терморегулятора Т-2 и поддерживает в помещении заданную температуру за счет изменения теплоотдачи калорифера второго подогрева.

Проанализируем работу первого узла регулирования при изменении I_н.в. при переходе от теплого к холодному периоду. Терморегулятор Т-1 устанавливается за вентилятором и настраивается на температуру за КО, и связан с исполнительными механизмами ИМ1 и ИМ2. Исполнительный механизм ИМ2 воздействует на трехходовой клапан, меняя соотношение количества рециркуляционной воды и холодной воды в КО. ИМ1 воздействует на исполнительный механизм клапана К1, установленного на трубопроводе обратной воды калорифера первого подогрева. В теплый период года при уменьшении I_н.в. терморегулятор Т1 воздействует на ИМ2, постепенно уменьшая количество холодной воды, поступающей из холодильной установки. Когда I_н.в. достигнет значения I_к.о., поступление холодной воды полностью прекратится. ИМ2 достигнет своего крайнего положения и замкнет контакты ИМ1. Поэтому при дальнейшем уменьшении I_н.в. в работу включается ИМ1, постепенно увеличивая количество горячей воды, проходящей через калорифер первого подогрева. Переход с холодного периода на теплый период осуществляется в обратной последовательности.

2-й узел регулирования.

При понижении температуры воздуха в помещении Т-2 дает сигнал на ИМ3, и клапан, установленный на трубопроводе обратной воды калорифера второго подогрева приоткрывается. И чем ниже теплоизбытки в помещении, тем больше горячей воды проходит через калорифер второго подогрева.

7,8. Наружный воздух независимо от нагрузки в помещении обрабатывается так, чтобы значения параметров температуры и влажности были постоянными в любой период года, то есть фиксируется точка за камерой орошения. Для обработки воздуха используется “мокрый аппарат”. Это аппарат, в котором производится термовлажностная обработка воздуха. Это может быть камера орошения или поверхностный орошаемый воздухоохладитель. При подаче достаточного количества воды процесс заканчивается при j = 85 ¸90 %, то есть при реальных процессах обработки воздуха в оросительных камерах конечная влажность его не достигает значения j = 100 %. Причиной этого является изменение температуры воды и кратковременный контакт воздуха с водой.

Первый узел регулирования фиксирует параметры наружного воздуха после “ мокрого аппарата”. Условно это является точкой камеры орошения и косвенно поддерживает влажность помещения.

W_п = G×(d_п – d_пр)

Если d_пр = d_ко, при W_п = const и G = const, то

W_п = G×(d_п – d_ко)

d_п = d_ко + W_п / G

Процесс термовлажностной обработки воздуха в оросительных камерах кондиционеров водой с постоянной температурой изображается на I-d диаграмме лучами, лежащими в пределах криволинейного треугольника АНВ, у которого одной стороной является кривая насыщения j = 100 %, а двумя другими – касательные к этой кривой, проведённые из точки Н. Точка Н характеризует параметры наружного воздуха. Обработка воздуха может осуществляться по политропным и адиабатным процессам.

Рассмотрим наиболее характерные случаи изменения состояния воздуха при обработке его водой.

Луч процесса Н-1 характеризуется постоянным влагосодержанием воздуха, то есть происходит сухое охлаждение. Это бывает возможно когда температура воды равна температуре точки росы обрабатываемого воздуха (t_w = t_т.р.). Лучи процесса, выходящие из точки Н и пересекающие кривую j = 100 % на участке 1-А, характеризуют охлаждение и осушение воздуха. При этом температура воды должна быть ниже температуры точки росы (t_w < t_т.р.). Луч процесса, выходящий из точки Н и пересекающий кривую j = 100 % на участке 1-А, характеризует охлаждение и осушение воздуха, при этом температура воды должна быть меньше температуры точки росы. Луч процесса Н-2 протекает по линии I_н = const. Воздух охлаждается до температуры мокрого термометра и увлажняется, энтальпия воздуха не меняется. Так как теплота, теряемая воздухом при теплообмене с охлаждающей его водой, возвращается в воздух вместе с испарившейся влагой. Этот процесс называется адиабатным и практически осуществляется в камерах орошения рециркуляционной водой без подвода и отвода от неё теплоты.

Процессы, когда t_м.т. < t_w < t_н (участок 2-3) по линии j = 100 % характеризуются охлаждением и увлажнением воздуха при увеличении его энтальпии.

Процесс, протекающий при t_н = const (луч процесса Н-3), называется изотермическим и характеризуется отсутствием явного теплообмена. Происходит увлажнение воздуха и повышение его энтальпии. Теплообмен за счёт скрытой теплоты происходит от воды к воздуху.

Когда температура воды выше температуры обрабатываемого воздуха воздух повышает все свои параметры (участок 3-В).

Наружный воздух в I-d диаграмме характеризуется так называемой зоной наружного климата (ЗНК). ЗНК – это область возможных термовлажностных состояний наружного воздуха в пределах наружного климата.

Н₁^”- КО – политропный процесс;

Н₂^”- КО – сухое охлаждение;

Н₃^”- КО – политропный процесс;

Н₄^”- КО – адиабатный процесс;

Осушение воздуха сорбентами:

Сорбенты - это вещества, способные поглощать из воздуха и удерживать в себе газы и пары. Сорбенты бывают жидкие н твердые.

Абсорбцией называется процесс поглощения веществ ила газов
твердыми или жидкими телами (абсорбентами), протекающий во всем объеме поглотителя. В качестве абсорбентов для установок кондиционирования воздуха используют жидкие поглотители: растворы хлористого кальция и лития, бромистого лития, этиленгликоль. В технике кондиционирования воздуха применяют обычно первые два вида абсорбента. Остальные растворы применяют редко из-за их токсичности и коррозионного воздействия на металлы.
Адсорбцией называется процесс поглощения веществ или газов поверхностью жидкости или твердого тела. Адсорбентами являются силикагель, алюмогель, бокситы, активированный древесный уголь. Воздух осушается при непосредственном взаимодействии с водяными растворами солей (абсорбентами) за счет разности парциальных давлении водяного пара
при одинаковых температурах над поверхностями воды и раствора.

9. Во многих случаях для охлаждения воздуха в центральном кондиционере применяются поверхностные «сухие» воздухоохладители. Конструкция этого воздухоохладителя зависит от используемого хладоносителя.

Либо это водяные теплообменники, если в качестве хладоносителя используется вода или гликолевые смеси.

Такие воздухоохладители характеризуются следующими параметрами:

1) минимальная температура рабочей среды

2) максимальное рабочее давление рабочей среды

3) гидравлическое сопротивление

4) Все водяные воздухоохладители проходят испытание на заводах-изготовителях при нагрузке

Либо это фреоновые теплообменники прямого испарения, где в качестве хладоносителя используется фреон (хладон). Фреоновые воздухоохладители характеризуются следующими параметрами:

1) минимальная температура кипения фреона

2) Максимальное рабочее давление рабочей среды

3) Фреоновые воздухоохладители испытываются на прочность с нагрузкой

Конструкция фреоновых теплообменников охладительных секций центр кондиционеров отличается от калориферов наличием распределения жидкого фреона по трубкам теплообменника и сборными коллекторами газовой фазы фреона, для возврата в холодильную машину.

Способ охлаждения поверхностными воздухоохладителями оказывается весьма эффективным и менее дорогим.

Для центрального кондиционера с водяным теплообменником в качестве источника холода используется холодильная машина - чиллер.

Применение этой схемы позволяет осуществить плавное регулирование температуры подаваемого воздуха, практически не лимитировать расстояние от холодильной машины до секции охлаждения центр конд-ра, обеспечить хладоснабжение нескольких конд-ов различной мощности от одной холодильной машины и создать наиболее мягкие условия ее работы при переменных нагрузках. Для обеспечения циркуляции хладоносителя устанавливается насос или насосная станция.

В тех случаях, когда нет необходимости плавного регулирования холодильной мощности, схема охлаждения воздуха может быть еще более упрощена путем использования в воздухоохладителях непосредственно фреона, а в качестве холодильной машины- компрессорно-конденсаторного блока. На соединительном жидкостном трубопроводе необходимо установить перед входом в теплообменник соединительный комплект, состоящий из следующих элементов: фильтр-осушитель, смотровое стекло, электромагнитный клапан, терморегулирующий вентиль.

Процесс обработки воздуха в «сухом» поверхностном воздухоохладителе происходит за счет контакта потока воздуха с поверхностью, имеющей более низкую температур