Расчет и выбор оборудования СКВ

На выбор систем кондиционирования воздуха и на их функционирование оказывают влияние факторы внешней среды. К их числу относятся: температура, влажность (либо энтальпия) воздуха, интенсивность солнечной радиации, скорость и направление ветра, количество выпадающих осадков (дождя, снега, тумана и т. п.). Указанные факторы наряду с факторами внутренней среды зданий и сооружений влияют на тепловлажностный баланс помещений. От них существенно зависят поступления или потери тепла и влаги через ограждаюгцие конструкции. Кроме того, от них, в первую очередь от температуры и влажности, зависит сам процесс кондиционирования, выбор способов обработки приточного воздуха, установочная мощность СКВ и ее энергопотребление, выбор систем управления и автоматического регулирования СКВ.

Характерным свойством параметров наружного климата является их изменчивость с течением времени. Анализ срочных наблюдений параметров наружного воздуха, выполняемых гидрометеорологическими станциями того или иного географического пункта, свидетельствует об огромном многообразии сочетаний параметров между собой в пределах их возможного существования. Вместе с тем отчетливо прослеживается определенный ход изменения параметров как в течение года, так и в пределах суток. Статистическая обработка данных многолетних наблюдений параметров наружного климата позволяет установить вероятность ожидания их повторения. Исходя из этого выбирают параметры воздуха в качестве расчетных, учитывая требования к поддержанию параметров воздушной среды в обслуживаемых помещениях и соответствующие им значения коэффициентов обеспеченности.

Следует обратить внимание на то, что приводимые в нормативной и справочной литературе расчетные характеристики наружного климата географических пунктов основаны на измерениях, выполняемых метеостанциями, и в определенной мере зависят от местоположения станции. В географических пунктах, особенно в крупных городах, в зависимости от особенностей рельефа и характера местности, вида застройки, наличия промышленных объектов, выбросов тепла, загрязнения атмосферы и т. п. в один и тот же момент времени в разных районах параметры наружного воздуха могут существенно различаться.

5. 1 Определение необходимого количества теплоты

Расчетные параметры наружного воздуха выбирают в зависимости от географического расположения объекта. Для Карагандинского региона расчетная температура наружного воздуха принимается равной -32⁰С зимой и 25⁰С летом.

Необходимая температура воздуха в помещении задается в зависимости от назначения помещения. Принимается равной ⁰С для производственных помещений и технологических цехов. Для учебных, офисных, больничных и др. помещений температура воздуха в помещении принимается равной 22⁰С.

5.1.1 Определение количества теплоты, необходимого для помещения цеха

Количество теплоты, Вт/ч, необходимое для цеха рассчитывается по формуле (1.1):

, (1.1)

где – объем здания по внешнему периметру, м³;

– температура воздуха в помещении, ^оС;

– температура воздуха снаружи помещения, ^оС;

– удельная тепловая характеристика здания (принимается по справочным данным, приведенным в Приложении Б), Вт/м³*⁰С.

Объем помещения определяется по формуле (1.2):

, (1.2)

где – длина цеха, м;

– ширина цеха, м;

– высота цеха, м.

В теплый период года в кондиционируемых помещениях температура воздуха как правило, бывает ниже, чем температура наружного воздуха при расчетных условиях, поэтому разность плотностей холодного – внутреннего воздуха и теплого наружного воздуха создает условия для эксфильтрации (выхода) воздуха через неплотности ограждений. Инфильтрация возможна только в результате давления ветра, влияние которого уменьшается встречной естественной эксфильтрацией и избыточным давлением, создаваемым кондиционерами.

Следовательно, в теплый период года инфильтрацию воздуха в кондиционируемые помещения можно не рассчитывать детально. В холодный период года необходимо рассчитывать инфильтрацию наружного воздуха через неплотности заполнений световых проемов. При расчёте необходимого количества теплоты необходимо учесть потери тепла на инфильтрацию, которые фактически имеют место, и равны 20 % от расчётного количества теплоты:

Потеря теплоты на инфильтрацию рассчитывается по формуле (1.3):

. (1.3)

Необходимое количество теплоты с учётом инфильтрации рассчитывается по формуле (1.4):

; (1.4)

5. 2 Определение количества теплоты, поступающего в цех

2.1 Определение тепловыделения от источников освещения

В помещениях сейчас используются два типа осветительных приборов: лампы накаливания и люминесцентные лампы. Количество тепла, поступившее от освещения, зависит от типа ламп, их мощности и способа их крепления в помещении.

Количество теплоты, выделяемое осветительными приборами, зависит и от их расположения в помещении. Например, если светильник закреплен в чердачном перекрытии, то лишь часть выделенного им тепла попадет внутрь помещения. Если лампы встроены в подвесной невентилируемый потолок, то часть тепла сразу попадет в помещение, а остальное тепло задержится в подвесном потолке. Но поскольку потолок невентилируемый, то впоследствии и эта часть тепла выделится в помещение. Таким образом, в помещение попадут все 100% выделенного светильником тепла. Если лампы встроены в подвесной вентилируемый потолок, который используют как вытяжной короб, то около 40% тепла сразу попадет в помещение. Часть остального тепла (примерно половина) унесется с вытяжным воздухом, а остаток попадет в помещение. Таким образом, в сумме помещение получит 60-70% выделенного светильником тепла.

Поступление тепла от освещения в значительной степени зависит от эффективности освещения, которая определяется светоотдачей ламп, выраженной в люменах на 1 Вт потребляемой мощности (лм/Вт). Обычно лампы накаливания мощностью 100 Вт отдают 3 лм/Вт, а мощностью 1500 Вт – до 22 лм/Вт.

Тепловыделения от источников освещения (лампы накаливания) рассчитываются по формуле (2.1):

, (2.1)

где – коэффициент, учитывающий количество электроэнергии, переходящей в тепловую энергию, для ламп накаливания , для люминесцентных ламп принимают ;

– суммарная электрическая мощность всех осветительных приборов, Вт.

5.2.2 Определение тепловыделения от организма работающих

Количество тепла, выделяемое людьми в помещении, всегда положительно. Оно зависит от числа людей, находящихся в помещении, выполняемой ими работы и параметров воздуха (температуры и влажности). Кроме ощутимого (явного) тепла, которое организм человека передает окружающей среде путем конвекции и лучистой энергии, выделяется еще и скрытое тепло. Оно тратится на испарение влаги поверхностью кожи человека и легкими. От рода занятий человека и параметров воздуха зависит соотношение явной (за счет лучисто-конвективного теплообмена с воздухом и поверхностями помещения) и скрытой (выделяемая с влагой выдыхаемого воздуха и за счет испарений с поверхности кожи) выделяемой теплоты. Чем интенсивнее физическая нагрузка и выше температура воздуха, тем больше доля скрытого тепла, при температуре воздуха выше 37 градусов все тепло, выработанное организмом, выделяется путем испарения. При расчете тепловыделения от людей нужно принять во внимание, что в помещении не всегда будет находиться максимальное число людей. Теплопродукция человека и его способность к терморегуляции зависят от пола и возраста.

Тепловыделения от организма работающих (Вт/ч) рассчитываются по формуле (2.2):

, (2.2)

где – тепловыделения одного человека, Вт/ч (по условию), справочные данные приведены в Приложении А;

– количество работающих людей в помещении.

5.2.3 Определение количества тепла, поступающего от основного оборудования, находящегося в заданном помещении

5.2.3.1 Определение количества тепла, выделяемого оборудованием

Количество теплоты, которая поступает в помещение от нагретого технологического оборудования и материалов, рассчитывают по технологической части проекта или определяют в соответствии с ведомственными указаниями. Если температуры нагретых поверхностей известны, для расчета теплопоступлений можно использовать обычные формулы теории теплопередачи.

Количество тепла, выделяемого электрооборудованием, рассчитывается по формуле (2.3):

, (2.3)

где – номинальная мощность электрооборудования, Вт;

– количество оборудования;

– коэффициент, учитывающий количество электроэнергии, переходящей в тепловую энергию (зависит от мощности двигателя).

Количество тепла, выделяемого бытовой техникой, рассчитывается по формуле (2.4):

, (2.4)

где – номинальная мощность бытовой техники, Вт;

– количество оборудования;

– коэффициент, учитывающий количество электроэнергии, переходящей в тепловую энергию (зависит от мощности двигателя).

Исходя из данных, получаем общее количество тепла, выделяемого оборудованием, путем суммирования.

5.2.3.2 Определение тепловыделения от теплового оборудования

По условию потери составляют от 1 до 3% в зависимости от тепловой мощности оборудования, т.е. тепловыделения от теплового оборудования рассчитываются по формуле (2.4):

, (2.4)

где – суммарная мощность всего теплового оборудования.

5.2.4 Определение теплопоступления от солнечной радиации через оконные проемы помещения

Тепловое излучение от солнца, которое зависит от широты местности, ориентации проема и расчетного часа суток, может поступать через окна в помещение непосредственно с прямыми солнечными лучами (прямая радиация) и за счет отражения от окружающих поверхностей (рассеянная радиация). Часть теплового потока поглощается пылью, находящейся в атмосфере, часть, отражается от поверхности стекол, часть поглощается конструкцией переплетов. Поэтому в помещение поступает уменьшенный тепловой поток, величина которого определяется загрязненностью атмосферы и конструкцией окон. Тепло, поступившее в итоге в помещение, не может быть все передано воздуху помещения, так как некоторая его доля будет поглощена внутренними ограждениями помещения – полом, потолком и внутренними стенами. Степень поглощения зависит от количества и площади внутренних ограждений, их материала и периода времени поступления солнечной радиации в помещение.

Теплопоступления от солнечной радиации через оконные проемы рассчитываются по формуле (2.6):

, (2.6)

где – удельная тепловая нагрузка для выбранного помещения, Вт/м³;

– объем здания по внешнему периметру, м³.

5.2.5 Неучтенные теплопотери

Неучтенные теплопотери зависят от формы и размеров здания, материала изготовления, а также от его конструктивных особенностей. Для производственных помещений неучтенные теплопотери равны 20% от общих тепловыделений внутри помещения (2.7):

, (2.7)

где – тепловыделения от людей, Вт/ч;

– теплопоступления от солнечной радиации через оконные проемы Вт/ч;

– суммарные тепловыделения от оборудования цеха, Вт/ч;

– тепловыделения от источников освещения, Вт/ч;

5.2.6 Определение общего количества теплоты, поступающей в цех

Общее количество теплоты Вт/ч, поступающей в цех рассчитывается по формуле (2.8):

; (2.8)

5.3 Расчёт влажности и концентрации углекислого газа (СО2) в помещении

5.3.1 Определение поступлений углекислого газа в помещение от людей

Кроме температуры воздуха в помещении, важным параметром микроклимата является влажность. Относительная влажность многих видов помещений нормируется СНиП. Для определения нужной производительности системы кондиционирования или вентиляции нужен расчет влажностного баланса в помещении. Расчетное количество влаги, на которое должен быть рассчитан воздухообмен в помещении, равен разности выделения и поглощения влаги, с учетом всех источников.

Влага выделяется из многих источников, например:

- люди, находящиеся в помещении;

- открытые водные поверхности;

- влажные материалы и поверхности оборудования;

- химические реакции, в которых выделяется вода (горение);

- утечки пара через неплотности коммуникаций;

- проникновение водяного пара с наружным воздухом.

Углекислый газ выделяется в воздух помещений при дыхании людей. Углекислый газ в небольших концентрациях не является ядовитым и вредным для человека. Только при высоких концентрациях СО2 наблюдается его негативное воздействие на организм человека. Однако причиной его образования в общественных зданиях является дыхание людей, при котором из воздуха помещения потребляется кислород. Поэтому наличие углекислого газа является свидетельством понижения концентрации кислорода, что негативно сказывается на самочувствии человека. Именно поэтому углекислый газ относят к вредным выделениям, и для него существуют предельно допустимые концентрации.

Количество влаги, выделяемое людьми, зависит от количества людей в помещении, интенсивности их работы, а также от температуры и подвижности воздуха в помещении. Величина выделяемой людьми влаги рассчитывается по формуле

Общее количество поступлений углекислого газа от людей рассчитывается по формуле (3.1):

, (3.1)

где – удельные выделения СО₂ одним человеком, принимается =23 л/ч (1 л/ч=10^-3 м³/ч);

n – количество людей в помещении.

5.3.2 Определение концентрации углекислого газа в цехе

Концентрации углекислого газа в цехе рассчитывается по формуле (3.2):

, (3.2)

где – общее поступление углекислого газа от людей;

– объем здания по внешнему периметру, м³.

5.3.3 Определение поступления влаги от людей

Поступление влаги от людей, г/час, рассчитывается по формуле (3.3):

, (3.3)

где – удельные выделения влаги одним человеком, г/(чел*час), справочные данные приводятся в Приложении А;

n– количество людей в помещении.

5.4 Составление теплового баланса помещения

Тепловой баланс расчетного помещения составляется для определения избытков или недостатков тепла, которые должна компенсировать система кондиционирования воздуха.

Даже если бы в помещении не было систем обеспечения микроклимата, то есть систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, баланс тепла все равно бы соблюдался, просто баланс существовал бы при температурах внутреннего воздуха, неприемлемых для человека. Наличие системы кондиционирования воздуха позволяет обеспечить тепловой баланс при требуемой температуре внутреннего воздуха. Таким образом, если при расчетной температуре внутреннего воздуха баланс не наблюдается, то есть имеют место избытки или недостатки теплоты, СКВ должна скорректировать баланс, введя в помещение точно такое же количество теплоты, но с противоположным знаком.

Таким образом, для определения расчетной тепловой способности системы следует произвести расчет избытков теплоты в помещении путем суммирования всех теплопоступлений и теплопотерь с учетом знака (теплопотери учитываются со знаком "минус").

Уравнение теплового баланса помещения цеха:

; (4.1)

Для удаления существующих избытков теплоты либо для отапливания необходима установка кондиционирующих установок с полученной суммарной мощностью.

5.4.1 Выбор СКВ и их количество

Необходимая холодильная мощность СКВ выбирается исходя из избытков тепла в помещении, с учетом потребности в очистке воздуха. В зависимости от необходимой холодильной мощности по справочным данным выбирается тип марка и количество кондиционеров.

Необходимое количество сплит-систем для помещения рассчитывается по формуле (4.2):

, (4.2)

где – холодильная мощность кондиционера;

– избытки тепла в помещении.

Список использованной литературы

1 СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование. – М.: Стройиздат, 1991.

2 Внутренние санитарно-технические устройства: Вентиляция и кондиционирование воздуха /Б.В. Баркалов, Н.Н. Павлов, С.С. Амирджанов и др.; Под ред. Н.Н. Павлова Ю.И. Шиллера.: В 2 кн. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1992. Кн. 1, 2. Ч.3

3 Аверкин А. Г. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение: Методические указания к курсовой работе. – Пенза: ПИСИ, 1995.

4 Аверкин А. Г. Примеры и задачи по курсу «Кондиционирование воздуха и холодоснабжение»: Учеб. Пособие. – 2-е изд., испр. И доп. – М.: Издательство АСВ, 2003.

5 Белова Е.М. Центральные системы кондиционирования воздуха в зданиях. – М.: Евроклимат, 2006 – 640 с.

6 Богословский В.Н., Кокорин О.Я., Петров Л.В. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение. - М.: Стройиздат, 1985. – 336 с.

7 Тихомиров Н.В., Сергиенко Э.С. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. - М.: Стройиздат, 1991. – 479 с.

8 Ананьев В.А., Балуева Л.Н. и др. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика. – М.: Евроклимат, 2001 – 416 с.

9 Харланов С.А., Степанов В.А. Монтаж систем вентиляции и кондиционирования воздуха. - М.: Высш.шк., 1986. – 224 с.

10 Т.А.Евсеева, Н.В.Ластовец. Конспект лекций по дисциплине «Кондиционирование воздуха». – Х.: ХНАГХ, 2011 – 111 с.

11 Стефанов Е.В. Вентиляция и кондиционирование воздуха. – Cанкт-Петербург: “Авок Северо-Запад”, 2005. – 399 с.

12 СМК СО 1.1.02-2012. Правила оформления учебной документации. Общие требования к текстовым документам.

Кондиционирование, вентиляция и отопление помещений: — Санкт-Петербург, Современная школа, 2009 г.- 256 с.

Насосы. Вентиляторы. Кондиционеры. Справочник: — Санкт-Петербург, Политехника, 2006 г.- 824 с.

Приложение А

Исходные данные

Параметры	Единицы измерения	Величина
Вариант
Тип помещения	Произв.цех, больничн.помещение, учебное помещение
Длина цеха	м
Ширина цеха	м
Высота цеха	м
Количество рабочих женщин	чел
Количество рабочих мужчин	чел
Внутренняя температура воздуха	0С
Наружняя температура воздуха	0С	-32		-30		-20		-31		-30
Удельная тепловая нагрузка	Вт/м3
Источники искусственного освещения: лампы 500 Вт лампы 200 Вт лампы 100 Вт	шт
Мощность установленного оборудования: двигатель 100 кВт двигатель 200 кВт двигатель 250 кВт	шт
Категория трудовой деятельности (состояние покоя, легкая, средняя, тяжелая)		с	с	с	с	с	с	т	с	т	с

Приложение Б

Таблица количества теплоты и влаги, выделяемое взрослыми людьми (мужчинами)

Показатель	Количество теплоты, Вт/чел, и влаги mч, г/(ч*чел), выделяемых одним человеком при температуре воздуха в помещении,оС
В состоянии покоя
Теплота явная qч.я
Полная qч.п
Влага mч
При легкой работе
qч.я
qч.п
mч
При работе средней тяжести
qч.я
qч.п
mч
При тяжелой работе
qч.я
qч.п
mч

Примечание: для женщин значения из таблицы необходимо умножать на 0,85; для детей на 0,75.

Приложение В

Удельные тепловые характеристики отапливаемых зданий

Здания и сооружения	Объем здания по наружному обмеру, тыс. м3	q, Вт/(м3·°С)
для отопления	для вентиляции
Жилые здания	Менее 3	0,49	-
3...10	0,38	-
11...25	0,33	-
Более 25	0,30	-
Административные здания, главные конторы	Менее 5	0,51	0,105
5...15	0,41	0,08
Лаборатории	Менее 5	0,42	1,165
Более 10	0,35	1,05
Пожарные депо	Менее 2	0,56	0,165
Более 5	0,52	0,105
Гаражи	Менее 2	0,81	-
2...5	0,64	0,81
Механические цехи и участки	5... 10	0,64...0,54	0,46... 0,29
50... 100	0,47... 0,44	0,18...0,14
Ремонтные мастерские	10...20	0,58...0,52	0,18...0,12
Бытовые и административно-вспомогательные помещения	0,5...1	0,7...0,52	-
2...5	0,47...0,38	0,17...0,14
10...20	0,35...0,29	0,13...0,12
Термические цехи	Менее 10	0,47...0.35	1,5...1,4
20...30	0,29...0,23	1,17...0,7