Кондиционирование воздуха

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

МОГИЛЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРОДОВОЛЬСТВИЯ

кафедра теплохладотехники

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Кондиционирование воздуха»

Выполнил:

ст. гр. ХМУЗ-071

Евсеев П.М.Шифр 070585

Проверил

доцент, к.т.н. Зыльков В.П

Могилев 2011

ВВЕДЕНИЕ

Основная цель кондиционирования воздуха – создание комфортных условий в помещении и технологических условий для протекания процессов.

Здоровье, работоспособность да и просто самочувствие человека в значительной степени определяются условиями микроклимата и воздушной среды в жилых и общественных помещениях, где он проводит значительную часть своего времени.

По мере насыщения зданий современными отопительно-вентиляционными системами, осветительной техникой и разнообразным электробытовым оборудованием все более очевидным становится выражение: “Дом – это машина для жилья”.

Если говорить о физиологическом воздействии на человека окружающего воздуха, то следует напомнить, что человек в сутки потребляет около 3 кг пищи и 15 кг воздуха. Что это за воздух, какова его свежесть и чистота, душно, жарко или холодно человеку в помещении, во многом зависит от инженерных систем, специально предназначенных для обеспечения воздушного комфорта.

Среди таких систем можно выделить: систему вентиляции, систему отопления (либо комбинированную отопительно-вентиляционную систему) и систему кондиционирования воздуха (СКВ). Воздушное отопление, совмещенное с вентиляцией, создает в помещении вполне удовлетворительный микроклимат и обеспечивает благоприятные условия воздушной среды. СКВ представляет собой систему более высокого порядка (с большими возможностями).Принципиальное преимущество состоит в том, что, помимо выполнения задач вентиляции и отопления, СКВ позволяет создать благоприятный микроклимат (комфортный уровень температур) в летний, жаркий период года, благодаря использованию в своем составе фреоновой холодильной машины.

Таким образом, подготовка воздуха в СКВ может включать его охлаждение, нагрев, увлажнение или осушку, очистку (фильтрацию, ионизацию и т.п.), причем система позволяет поддерживать в помещении заданные кондиции воздуха независимо от уровня и колебаний метеорологических параметров наружного (атмосферного) воздуха, а также переменных поступлений в помещение тепла и влаги.

Следует отметить, что системы кондиционирования по своему назначению подразделяются на комфортные и технологические.

Комфортные СКВ предназначены для создания и автоматического поддержания температуры, относительной влажности, чистоты и скорости движения воздуха, отвечающих оптимальным санитарно-гигиеническим требованиям.

Технологические СКВ предназначены для обеспечения параметров воздуха, в максимальной степени отвечающих требованиям определенного производственного или технологического процесса.

Для того чтобы понять, насколько все-таки жизненно необходимо поддержание в помещении определенных метеорологических параметров, рассмотрим более подробно основные понятия, связанные с комфортным кондиционированием.

Основными параметрами воздуха, характеризующими его состояние, а также закономерности перехода из одного состояния в другое, является температура и давление, влажность и влагосодержание, плотность и удельный объём, теплоёмкость и энтальпия.

ЗАДАЧА №1

Тема: графическое и аналитическое определение параметров влажного воздуха

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

1. Освоить графический метод определения параметров влажного воздуха с использованием диаграммы H-d.

2. Освоить аналитический метод определения параметров влажного воздуха с использованием основных соотношений для влажного воздуха и таблиц физических свойств насыщенного водяного пара.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ по шифру 070585 /3,с.13/:

– парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре мокрого термометра – Р_м = 1590 Па;

-парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре сухого термометра – Р_н=700 Па.

ОБЪЁМ РАБОТЫ:

1. Определить графическим методом параметры состояния влажного воздуха.

2. Определить аналитическим методом параметры состояния влажного воздуха.

К числу определяемых параметров влажного воздуха относятся:

– температура воздуха по сухому термометру – t_с ;

– температура воздуха по мокрому термометру – t_м;

– температура точки росы – t_р,°C;

– влагосодержание влажного воздуха – d_c, г/кг;

– влагосодержание насыщенного воздуха при температуре мокрого термометра – d_м, г/кг;

-влагосодержание насыщенного воздуха при температуре сухого термометра – d_н, г/кг;

-энтальпия влажного воздуха – Н, кДж/кг;

-энтальпия насыщенного воздуха при температуре мокрого термометра -Н_м, кДж/кг;

-энтальпия насыщенного воздуха при температуре сухого термометра – Н_с, кДж/кг;

-энтальпия насыщенного воздуха при температуре точки росы – Н_р, кДж/кг;

-относительная влажность – ц, %;

-парциальное давление водяного пара во влажном воздухе – Р_с, Па;

-парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре мокрого термометра – Р_м = 1590 Па (заданно по условию);

-парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре сухого термометра – Р_н, Па.

ПОРЯДОК РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ №1

1.По исходным данным найти на диаграмме H-d точку, характеризующую заданное состояние влажного воздуха.

2.Используя диаграмму H-d, графически определить требуемые параметры влажного воздуха и показать ход их определения.

3.Для тех же исходных данных определить аналитическим путем требуемые параметры влажного воздуха. Дать краткое пояснение и последовательности определения параметров к используемым формулам. При определении парциального давления насыщенного водяного пара по температуре или наоборот следует использовать таблицу физических свойств насыщенного водяного пара.

4.Результаты графического и аналитического определения параметров влажного воздуха представить в табличной форме. Дать краткий анализ полученных результатов и сделать выводы по работе.

Определение точки, которая характеризует исходное состояние влажного воздуха, заданное температурой воздуха по сухому термометру и температурой воздуха по мокрому термометру.

1. Графический метод определения параметров состояния влажного воздуха

Необходимо определить точку характеризующую заданное состояние воздуха. Для этого отмечаем:

– парциальное давление водяного пара в насыщенном воздухе при температуре сухого термометра – Р_н=700Па (задано по условию). Из значения Р_н=700Па проводим прямую параллельную оси d до пересечения с кривой парциального давления водяного пара, точка 1, затем по линии d=const проводим прямую до пересечения с прямой ц=100%, точка 2. Парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре мокрого термометра – Р_м=1590Па (задано по условию). Из значения Р_м=159Па, проводим прямую параллельную оси d до пересечения с кривой парциального давления водяного пара точка 3, затем по линии d=const проводим прямую до пересечения с прямой ц=100%, точка 4. По линии h=const проводим из точки 4 прямую до пересечения с линией d = const, проведенной из точки 2, получим точку А, это и есть искомая точка.

– температура воздуха по сухому термометру – t_С = 27 °C;

– температура воздуха по мокрому термометру – t_M = 13°C – такая температура, которую принимает влажный воздух при достижении насыщенного состояния и сохранения постоянной энтальпии;

– температура точки росы – называется температура, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении постоянного влагосодержания.

– температура точки росы – t_p =5 °C;

– влагосодержание влажного воздуха – d_с=4.3 г/кг – показывает количество водяных паров в 1 кг сухого воздуха;

– влагосодержание насыщенного воздуха при температуре сухого термометра – d_н=23/кг;

– влагосодержание насыщенного воздуха при температуре мокрого термометра – d_м=9.5 г/кг;

– энтальпия влажного воздуха – Н=38кДж/кг;

– энтальпия насыщенного воздуха при температуре сухого термометра -Н_с=86кДж/кг;

– энтальпия насыщенного воздуха при температуре мокрого термометра -Н_м=38 кДж/кг;

– энтальпия насыщенного воздуха при температуре точки росы -Н_р=18кДж/кг;

– относительная влажность – ц=20% – показывает степень насыщения воздуха водяными парами;

– парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре сухого термометра – Р_С=700Па.

Аналитический метод определения параметров состояния влажного воздуха:

Находим упругость водяных паров при температуре сухого термометра t_С=27°C и барометрическом давлении р_б=760мм.рт.ст. /5, с.15/: р_н=700Па.

Определяем парциальное давление водяных паров для заданного состояния воздуха по формуле /2, с.38, фор. 12/

Находим температуру мокрого термометра при упругости водяных паров р_н=130 Па и р_б=760мм.рт.ст. при температуре мокрого термометра t_М=8,5°C.

Определяем энтальпию влажного воздуха при исходных параметрах. Находим упругость водяных паров при температуре сухого термометра t_С=24°C и барометрическом давлении p_б = 760мм.рт.ст./5,с.15/: р_н= 700 Па.

Определяем парциальное давление водяных паров для заданного состояния воздуха по формуле /2, с.38, фор. 12/

Относительную влажность определяем по зависимости /2, с.38, фор. 12/:

ц=(р_пн/р_пс) 100%

ц = (140/700) • 100% = 20%.

По формуле /2,с.37, фор. 10/ определяем влагосодержание при заданных исходных данных:

d=622·(p/(p_б-р)).

Определяем влагосодержание влажного воздуха:

d_С=622·(140/(101325-140))=0,86 г/кг.

Определяем влагосодержание насыщенного воздуха при температуре мокрого термометра:

d_М=622·(1590/(101325-1590)) = 9,86 г/кг.

Определяем влагосодержание насыщенного воздуха при температуре сухого термометра

d_Н=622·(700/(101325-700))=4,32/кг.

Энтальпию данного состояния воздуха определяем по выражению /1,с.8/

Определяем энтальпию влажного воздуха:

Определяем энтальпию насыщенного воздуха при температуре мокрого термометра:

Определяем энтальпию насыщенного воздуха при температуре сухого термометра

Результаты графического и аналитического методов сводим в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты определения параметров влажного воздуха

При сравнении 2х методов определении параметров влажного воздуха можно сделать вывод, что более точным является аналитический метод, но погрешности результатов, которые определялись по двум методам, составляют не более 15%.

ЗАДАЧА №3

Определение расхода и параметров приточного воздуха

воздух параметр температура влажность

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Изучить метод определения требуемого расхода приточного воздуха в кондиционируемое помещение.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

-температура воздуха в кондиционируемом помещении 19°С;

-относительная влажность воздуха в кондиционируемом помещении = 70%;

-полная тепловая нагрузка в помещении Q_П = 34000•10^-3 кДж/с = 34кВт;

-влажностная нагрузка в помещении W= -1,7 •10^-4кг/с.

ОБЪЕМ РАБОТЫ:

1. Построить в диаграмме h-d характеристику процесса .

2. Определить графически и аналитически параметры приточного воздуха.

3. Определить требуемый расход приточного воздуха.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. По заданной температуре 19°С и относительной влажности воздуха = 70% найти в диаграмме h-d точку, характеризующую состояние воздуха в кондиционируемом помещении.

2. По заданным исходным данным для полной тепловой и влажностной нагрузок построить в диаграмме h-d характеристику процесса .

3. Выбрать рабочую разность температур в пределах 26°С.

4. Определить графически на обращенном для – процесса параметры приточного воздуха .

5. Определить аналитически параметры приточного воздуха – .

6. Определить явную тепловую нагрузку.

7. Определить расход воздуха по уравнениям теплового и влажного баланса.

8. Результаты свести в таблицу.

9. Дать краткий анализ полученных результатов и сделать выводы по работе.

Определяем явную тепловую нагрузку. Полное количество добавляемой или удаленной теплоты Q_П равно сумме явной и скрытой теплоты:

Q_П = Q_Я + Q_СКР,

где Q_СКР – скрытая теплота, которая запасена в водяном паре и выделяется в воздух при конденсации водяных паров или затрачивается при испарении воды в воздух.

Скрытая теплота определяется по формуле:

Q_ckp = W • r, кВт,

где r – теплота парообразования, г = 2500 кДж/кг,

W – количество влаги, кг/с.

Q_скр = W • r = -1,7 • 10^-4 • 2500 = 0,425 кВт.

Toгда явная тепловая нагрузка равна

Q_Я = Q_П – Q_скр = 34 – 0,425 = 33,575 кВт.

Определяем угловой коэффициент или тепловлажностное отношение

= Q_П / W = 34 / (-1,7 • 10^-4) = -200000.

В диаграмме h-d строим из точки В линию процесса . Из точки В с заданными параметрами внутреннего воздуха проводим линию . Рабочая разность температур равна 26°С, зададимся 2°С. Тогда t_ПР = = 19 – 2 = 17°С. На пересечении линии с изотермой t_ПР = 17°С находим точку Пр, которая характеризует параметры приточного воздуха.

Параметры приточного воздуха t

_ПР = 17°С, (d_пр=9,7/(кг сух. возд.), h_пр=44кДж/кг,

Параметры воздуха в помещении

t_ПМ = 19°С, (d_п=9,7/(кг сух. возд.), h_ПМ=48кДж/кг,

Аналитический метод определения параметров состояния приточного воздуха

Находим упругость водяных паров при температуре помещения t_П=19⁰С и барометрическом давлении P_б = 760мм.pт.ст. /2, с.299, приложение. 9/, Р_Н1= 2179,2 Па.

Находим упругость водяных паров при температуре сухого термометра t_C=17⁰С и барометрическом давлении P_б = 760мм.pт.ст. /2, с.299, приложение. 9/, Р_Н2= 1922,6 Па.

Определяем парциальное давление водяных паров для заданного состояния воздуха по формуле /2, с.38, формула 12/

Р_ПМ = Р_Н1 • ц • (Р_Б/760) = 2179,2• 0,7 • (760/760) = 1525,44 Па.

Определяем парциальное давление водяных паров для приточного состояния воздуха по формуле /2, с.38, формула 12/

Р_П = Р_Н2 • ц • (Р_Б/760) = 1922,6 • 0,8 • (760/760) = 1538,08 Па.

По формуле /2,с.37, формула 10/ определяем влагосодержание при заданных исходных данных

d_Н = 622 • (Р_П /( Р_Б – Р_П)).

Определяем влагосодержание воздуха в помещении

d_ПМ = 622 • (Р_ПМ /( Р_Б – Р_ПМ)) = 622 • (1525,44/(101325-1525,44))=9,5 г/кг.

Определяем влагосодержание приточного воздуха

d_ПР = 622 • (Р_П /( Р_Б – Р_П)) = 622 • (1538,44/(101325-1538,44))=9,58 г/кг.

Энтальпию данного состояния воздуха определяем по выражению /1,с.8/

H =1,005 • t + (2500 + 1,8 • t) • d • 10^-3.

Определяем энтальпию приточного воздуха

Определяем энтальпию приточного воздуха

Расход приточного воздуха равен

G_B = Q_Я /(С_B • (t_ПМ – t_ПР)) = 33,575 / (1,005 • (19 – 17)) = 16,7 кг/с = 60120 кг/ч;

Расход приточного воздуха равен

G_B = Q_П / (h_ПМ – h_ПР)

где h_ПМ – энтальпия воздуха в рабочей зоне (помещении) кДж/кг;

h_ПР – энтальпия приточного воздуха кДж/кг.

G_B = 34 / (43,16 – 41,32) = 18,47кг/с = 66492 кг/ч;

Расход приточного воздуха равен

G_B = W/(d_ПМ – d_ПР)

где d_ПМ – допустимое влагосодержание воздуха в рабочей зоне (помещении);

d_ПР – влагосодержание воздуха приточного воздуха.

G_B = (-1,7 • 10^-4) • 10³ / (9,5 – 9,5) = 0 кг/с = 0 кг/ч.

Таблица 2 – Результаты расчета

При определении расхода приточного воздуха в зависимости от избытка тепла, по избыткам влаги и по избыткам тепла и влаги результаты получились практически одинаковыми. Погрешность определения по различным параметрам находится в допустимых пределах до 10%. Аналитический метод более точен по сравнению с графическим.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бражников A.M., Малова Н.Д. Кондиционирование воздуха на предприятиях мясной и молочной промышленности. – М.: Пищевая промышленность, 1979, с.264.

2. Пеклов А.А., Степанов Т.А. Кондиционирование воздуха. – К.: Высшая школа, 1978, с.326.

3. Методические указания по контрольной работе по курсу «Кондиционирование воздуха» для студентов специальности 0529 ХМиУ, Ю.З. Альтшулер, О.П. Пимнева. – Могилев.: МТИ, 1988, с.17

4. Ананьев В.А., Балуева Л.Н., Гальперин А.Д. Системы вентиляции и кондиционирования: уч. пособие – М.: «Евроклимат», издательство «Арина», 2000 – 416 с.

5. Богданов С. Н., Иванов О. П., Куприянова А.В. Холодильная техника. Свойства веществ: Справочник. Изд. 3-е, перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1985 – 208 с.

6. Проектирование и эксплуатация установок кондиционирования воздуха и отопления./ Голубков Б.Н. – М.: Агропромиздат, 1988 – 293 с.: