Фрагмент программы дополнительного профессионального образования (ДПО) УКЦ «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА» «Менеджер проекта-ОПВК. Системы общеобменной приточно-вытяжной вентиляции и кондиционирования» : Пресса об УКЦ : АНО ДПО «УКЦ «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА»

Фрагмент программы дополнительного профессионального образования (ДПО) УКЦ «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА» «Менеджер проекта-ОПВК. Системы общеобменной приточно-вытяжной вентиляции и кондиционирования»

Журнал «Мир климата» продолжает публикацию фрагментов программы ДПО «Менеджер Проекта-ОПВК. Системы общеобменной приточно-вытяжной вентиляции и кондиционирования», начатую в прошлом номере.

i d-диаграмма влажного воздуха Теоретические сведения

Рис.1 I-d – диаграмма
влажного воздуха
Основой для расчета воздухообменов в помещении является i d-диаграмма влажного воздуха. Она связывает пять параметров:
i — теплосодержание, Дж/кг;
d — влагосодержание, г/кг;
t — температуру, ºС;
φ — относительную влажность,%;
Рп — давление водяных паров насыщения, кПа.

Зная два из этих параметров, можно определить остальные.

Для увеличения площади, лежащей выше линии φ=100% (приходящейся на влажный воздух), i d-диаграмма имеет косоугольную систему координат.

Так как барометрическое давление Рбар изменяется в зависимости от географического положения, для каждого региона необходима своя i d-диаграмма.

Основные характерные процессы на i d-диаграмме.

На рис. 1 изображена i d-диаграмма. Точка 1 на ней соответствует некоторому произвольному состоянию влажного воздуха. Посмотрим, как происходящие с ним процессы отображаются на диаграмме.

Адиабатическому процессу, то есть процессу, при котором система не получает и не отдает тепловой энергии (i = const), на рис. 1 соответствует линия 1–2.

Она показывает, что при таком процессе снижается температура воздуха, увеличиваются влагосодержание и относительная влажность. Это происходит при непосредственном контакте воздуха с водой. Воздух проходит через оросительную камеру или орошаемую насадку.

Рис.2 I-d – диаграмма
влажного воздуха
Если продолжить адиабату 1–2 до линии относительной влажности φ=100%, то получим точку 3 — температуру мокрого термометра tмт. Это равновесная точка при контакте воздуха с водой.

Охлаждение воздуха при неизменном влагосодержании (d=сonst) (в поверхностном охладителе) соответствует линии 1–4.

Температура и теплосодержание при этом уменьшаются, относительная влажность растет. Если продолжить охлаждение, то процесс дойдет до линии φ=100% (точка 5) и пойдет вдоль нее, не пересекая. При этом из воздуха выделяется влага. В точке 6 ее количество будет равно (d5 d6), г/кг. Этот процесс лежит в основе осушки воздуха.

На i d-диаграмме процесс охлаждения и осушки воздуха обозначается линией 1–6.

Пересечение линии относительной влажности φ=100% с линией охлаждения d=const (точка 5) называется точкой росы, по ее положению определяется соответствующая температура tтр.

При изотермическом процессе (t=const), которому на рис. 1 соответствует линия 1–7, теплосодержание, влагосодержание и относительная влажность увеличиваются. В реальной жизни такое происходит при увлажнении воздуха паром. Небольшое количество явного тепла, которое вносится паром, не учитывается при отображении процесса на диаграмме.

Нагрев воздуха при неизменном влагосодержании (d=const) на рис. 1 изображает линия 1–8. При этом происходит следующее: температура и теплосодержание воздуха увеличивается, относительная влажность уменьшается. Это соответствует нагреву воздуха в калорифере.

Процессы, не являющиеся основными, называются политропическими.

Смешивание воздуха с различными параметрами

Для определения свойств смеси воздуха, имеющего два разных набора параметров, соединим точки, соответствующие этим параметрам, прямой линией. Точка смеси будет лежать на ней на расстоянии, обратно пропорциональном массам смешиваемых частей воздуха (G1 и G2).

Теплосодержание смеси определяется формулой:

Iсм = (G1•i1 + G2•i2)/(G1 + G2)

Влагосодержание смеси:

Dсм = (G1•d1 + G2•d2)/(G1 + G2)

Построение процесса смешивания (рис. 2) начинаем с нанесения точек 1 и 2 с заданными параметрами.

Процесс пойдет по прямой линии 1–2. На этой линии находим точку смеси С с заданными температурой и относительной влажностью (tсм и φсм). По i d-диаграмме определяем теплосодержание и влагосодержание смешанного воздуха iсм и dсм.

Реперные точки i d-диаграммы

Рис.3 I-d – диаграмма
влажного воздуха
Для реперных (опорных) точек i d-диаграммы традиционно используются следующие обозначения:
Н — точка наружного воздуха;
В — точка внутреннего воздуха;
К — точка после нагрева воздуха в калорифере;
П — точка приточного воздуха;
У — точка воздуха, удаляемого из помещения;
О — точка охлажденного воздуха;
С — точка смеси воздуха двух различных параметров и масс;
ТР — точка росы;
ТМ — точка температуры мокрого термометра.

Угловой коэффициент и его связь с поступлением тепла и влаги в помещение.

При одновременном выделении в помещении избыточного тепла и влаги воздух будет нагреваться и увлажняться по линии, называемой лучом процесса, или тепловлажностным отношением. Угловой коэффициент этой линии определяется как:

ε = ΣQп/ ΣW,

где:
ΣQп — суммарное количество полного тепла, кДж/кг;
ΣW — суммарное количество влаги, выделяющейся в помещении, кг/ч.

При ΣQп=0 →ε=0

При ΣW=0 →ε=∞

Таким образом, i d-диаграмма по отношению к внутреннему воздуху разбивается на 4 зоны (рис. 3):
I зона, ε от ∞ до 0 — нагрев и увлажнение;
II зона, ε от 0 до -∞ — охлаждение и увлажнение;
III зона, ε от -∞ до 0 — охлаждение и осушка;
IV зона, ε от 0 до +∞ — нагрев и осушка (в вентиляции и кондиционировании не используются).

Изотермическому процессу (t=const) соответствует значение ε=2530 кДж/кг.

Методика расчета воздухообмена в помещениях при работе вентиляции в различные времена года

Тепловой баланс помещений по двум периодам года составляется как по явному теплу ΣQя, так и по полному теплу ΣQп. Наружные метеорологические условия обозначаются следующим образом: холодному периоду (ХП) соответствуют температура t“Б”нар., °C и теплосодержание i“Б”нар., кДж/кг. Теплому периоду (ТП) — t“А”нар., °C и i“А”нар., кДж/кг.

Температура внутреннего воздуха в помещении: в теплый период — не более чем на 3 °С выше t“А”нар., в холодный — 18–22 °С.

Расчет

Рис.4 I-d – диаграмма
влажного воздуха
Расчет начинаем с теплого периода, так как воздухообмен при этом получается максимальным.

1. На i d-диаграмму (рис. 4) наносим точку Н, соответствующую параметрам наружного воздуха (t“А”нар., i“А”нар.).

2. Наносим изотерму tв = t“А”нар. + 3 °С.

3. Определяем тепловое напряжение помещения: ΣQтпя/V, Вт/м3, где V — объем помещения, м3.

4. Исходя из величины теплового напряжения по таблице 1 находим градиент повышения температуры по высоте и рассчитываем температуру удаляемого из верхней зоны воздуха:

tух = tв + gradt (H — hр.з), °С,

где:
H — высота помещения, м;
Hр.з — высота рабочей зоны, м.

5. Определяем величину тепловлажностного отношения:

ε = ΣQТПП/ ΣW

Проводим через точку 0 на i d-диаграмме луч процесса с угловым коэффициентом ε. Затем через точку H проводим параллельную ему линию.

Таблица 1. Градиент температуры воздуха по высоте в помещений
общественных и гражданских зданий
Тепловая напряженность помещения Qя/Vпом. grad t, °C
кДж/м3 Вт/м3
Более 80 Более 23 0,8-1,5
40-80 10-23 0,3-1,2
Менее 40 Менее 10 0-0,5

6. Определяем воздухообмен по полному теплу:

GАi = ΣQТПП/(iУ — iН), кг/ч

и по влагосодержанию:

GАW = ΣW/(dУ — dН), кг/ч.

Эти значения должны отличаться друг от друга не более чем на 5%.

7. По таблице 2 вычисляем нормативное количество воздуха, требующееся для находящихся людей в помещении.

Таблица 2. Минимальная подача наружного воздуха в помещения
Род зданий Помещения Приточные системы
естественным проветриванием без естественного проветривания
Подача воздуха
Производственные на 1 чел., м3 на 1 чел., м3 Кратность воздухообмена % от общего воздухообмена, не менее
30*; 20** 60 ≥1 Без рециркуляции или с рециркуляцией при кратности 10 и более
60 20 С рециркуляцией при кратности не менее 10
90 15
120 10
Общественные и административно-бытовые По требованиям соответствующих СНиП 60    
20***
     
Жилье 3/ч на 1м2  
Примечание. * При объеме помещения на 1 чел. менее 20 м3
** При объеме помещения на 1 чел. – 20 м3 и более
*** Для зрительных и актовых залов, залов совещаний, в которых люди находятся непрерывно не более 3 часов

Из полученных в пунктах 6 и 7 величин выбираем наибольшую.

Рис.5 I-d – диаграмма
влажного воздуха
Теперь проведем расчет для холодного периода:

1. На i d-диаграмму (рис. 5) наносим точку Н, соответствующую параметрам наружного воздуха (t“Б”нар., i“Б”нар.).

2. Температуру воздуха в помещении принимаем равной tв = 22 °С.

3. Определяем тепловое напряжение помещения: ΣQтпя/V, Вт/м3.

4. Исходя из величины теплового напряжения по таблице 1 находим градиент повышения температуры по высоте и рассчитываем температуру удаляемого из верхней зоны воздуха:

tух = tв + grad t (H — hр.з), °С.

5. Принимаем температуру приточного воздуха равной tп = tв — 5 °С.

6. Проводим из точки H линию, соответствующую d=const. Ее пересечение с изотермой tп — это точка К (нагрев воздуха в калорифере), она же — П (приточный воздух).

7. Определяем величину тепловлажностного отношения:

ε = ΣQхпп/ ΣW.

Проводим через точку 0 на i d-диаграмме луч процесса с угловым коэффициентом ε. Затем через точку П проводим параллельную ему линию. Ее пересечения с изотермами tух и tв — это точки У и В.

8. Определяем воздухообмен по теплу:

Gi = ΣQхпп/(iУ — iН), кг/ч.

9. Определяем воздухообмен по влаге:

GW = ΣW/(dУ — dН), кг/ч.

10. Полученные величины сравниваем с нормативным воздухообменом и берем наибольшую.

В итоге мы получили величины воздухообмена для теплого и холодного периодов.

Дальше можно поступить одним из следующих способов.

Первый вариант. Рассчитывать приточную систему, исходя из максимальной величины воздухообмена, предусмотрев на электродвигателе вентилятора регулятор частоты вращения в зависимости от температуры внутреннего воздуха.

Вытяжную систему выполнить либо с естественной циркуляцией, либо механическую, задействованную от того же регулятора частоты вращения. Полученная в итоге система будет эффективной, но очень дорогой.

Второй вариант. Выполнить две приточные и две вытяжные установки. Одна пара, приточная установка в которой оснащена воздухонагревателем, работает только в холодный период. Вторая (без калорифера) в теплый.

Третий вариант. Приточную и вытяжную систему, рассчитав соответствующим образом, использовать только в холодный период. В теплый период осуществлять воздухообмен через открытые окна.

 Журнал „Мир климата“ № 62