Расчет систем кондиционирования воздуха с центральными кондиционерами и фэнкойлами

В последние годы в офисных и многофункциональных зданиях, в торговых центрах, гостиницах, предприятиях и на других объектах широко применяют системы кондиционирования воздуха с центральными кондиционерами, подающими в помещение некоторый расчетный объем наружного воздуха, и фэнкойлами в качестве охладителей-доводчиков.

Однако во многих случаях системы кондиционирования воздуха с центральными кондиционерами и доводчиками-охладителями более эффективны и бесспорно имеют право на существование.

Для систем кондиционирования воздуха с местными доводчиками построение процессов на I-d диаграмме принципиально отличается от построений для центральных систем, т.к. процесс в доводчиках может идти со значительной осушкой воздуха, а холодопроизводительность доводчиков зависит от неизвестной до начала расчета температуры поступающего в них воздуха по сухому и мокрому термометрам.

Поэтому для систем с доводчиками нельзя задать на I-d диаграмме точку с параметрами внутреннего воздуха, а можно указать лишь требуемое значение температуры и допустимую область значений относительной влажности или влагосодержания, что делает задачу построения процесса неопределенной.

Рассмотрим одну из наиболее распространенных схем кондиционирования воздуха, например, в офисном помещении или торговом зале (рис.1).

 

Рисунок 1 Принципиальная схема организации воздухообмена и размещения фэнкойлов На рисунке 1 приняты следующие обозначения индексов: н — параметры приточного наружного воздуха, подаваемого от центрального кондиционера; у — параметры воздуха, удаляемого из помещения общеобменной вытяжной системой; ф — параметры приточного воздуха, подаваемого в помещение фэнкойлами; уф — параметры воздуха, удаляемого из помещения фэнкойлами; в — параметры внутреннего воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне.

Рассматриваемая схема, безусловно, не является какой-то исключительной. Возможно размещение фэнкойлов на или в полу, на стене или под потолком, так же как и подача приточного воздуха у пола (вытесняющая вентиляция) или в рабочую зону, но это не меняет сути решаемой задачи — обеспечить требуемые параметры воздуха, включая, кроме указанных, его качество и подвижность в обслуживаемой зоне.

Составим тепловлажностный баланс для рассматриваемого помещения, который в общем случае имеет вид:

	(1)
	(2)

Количество сухой части приточного или удаляемого воздуха определяется по формуле

(3)

Поскольку значения влагосодержания обычно невелики (0,008–0,012 кг/(кг св)), то уравнения (1) и (2) можно записать в виде:

	(4)
	(5)

где G — количество воздуха, кг/ч;

I — энтальпия воздуха, кДж/(кг св);

d — влагосодержание воздуха, г/(кг св);

SQ_пол — суммарные полные теплоизбытки в помещении, кДж/ч;

W — суммарные влаговыделения в помещении, кг/ч.

Для определения энтальпии воздуха необходимо знать его температуру, поэтому формулы (4) и (5) обычно дополняют равенством:

(6)

где SQ_явн — суммарные явные теплоизбытки в помещении, кДж/ч.

Из уравнений (4) и (5) нетрудно получить формулы для расчета количества воздуха, подаваемого фэнкойлами, при условии, что G_н = G_у:

	(7)
	(8)

Аналогичную формулу можно получить и из уравнения (6), но поскольку процессы в помещении и в фэнкойлах идут с изменением влагосодержания воздуха, то дальнейший расчет следует выполнять по формуле (7).

В приведенных выше уравнениях нет двух параметров, которые интересуют нас в первую очередь и являются нормируемыми или требуемыми: температуры t_рз и относительной влажности j_рз в рабочей или обслуживаемой зоне.

Обычно для связи параметров воздуха в рабочей зоне с параметрами приточного и удаляемого воздуха используют коэффициенты воздухообмена К_t и K_d [1]:

	(9)
	(10)

Причем для рассматриваемых систем кондиционирования воздуха необходимо вводить по два разных значения: К_t и K_d (отдельно для центрального кондиционера и для фэнкойлов). В общем случае значения коэффициентов воздухообмена зависят от способа организации воздухообмена, типа воздухораспределителей, расположения приточных и вытяжных отверстий относительно друг друга и источников выделения тепла и вредностей и ряда других факторов.

Однако для офисных и многофункциональных зданий при высоте помещений 2,8–3,5 м и при схеме организации воздухообмена сверху-вверх надо очень хорошо подобрать и расположить приточные и вытяжные плафоны, чтобы получить К_t = 1. Даже при вытесняющей вентиляции при подаче приточного воздуха непосредственно у пола значения К_t для офиса и зала заседаний, рассчитанные при высоте обслуживаемой зоны 1,8 м, не превышают 1,25.

В любом случае, используя коэффициент воздухообмена или полагаясь на личный опыт, проектировщик должен принять значения температур t_у и t_уф с учетом температуры воздуха в рабочей зоне и размещения вытяжных плафонов и фэнкойлов. Расчет полных теплопоступлений от людей, освещения, оргтехники, компьютеров и солнечной радиации, а также влаговыделений не требует каких-то пояснений.

Рис. 2 Построение процессов обработки воздуха на I-d диаграмме

 

Рис. 3 По I-d диаграмме находим параметры воздуха в точке «Т»

 

Расчетный объем наружного воздуха следует определять как:

• минимальный, требуемый по санитарным нормам;

• необходимый для компенсации местных отсосов и создания подпора в кондиционируемом помещении;

• необходимый для ассимиляции теплоизбытков в помещении в холодный период года.

При окончательном решении целесообразно сравнить первые два и третье значения, и если окажется, что при разумном увеличении объема наружного воздуха можно отказаться от dry-cooler, промежуточных теплообменников, этиленгликоля, насосов и другого оборудования, то разумнее выполнить технико-экономическое сравнение вариантов, предусмотрев, например, фэнкойлы только для теплого периода года.

Поскольку система кондиционирования воздуха с фэнкойлами предполагает наличие холодильных машин, то в теплый период следует охлаждать наружный воздух в центральном кондиционере до 18–22 °С. В этом случае наружный воздух ассимилирует часть теплоизбытков в помещении и, что особенно важно, не возникает дополнительных проблем с воздухораспределением.

Зная начальные параметры наружного воздуха, задав температуру, до которой воздух охлаждается в поверхностном воздухоохладителе центрального кондиционера, по компьютерной распечатке можно определить температуру, энтальпию и влагосодержание приточного воздуха с учетом его нагрева в вентиляторе и воздуховодах на 0,5–1,0 °С, в зависимости от протяженности трассы и полного давления вентилятора.

Сложнее определить параметры воздуха на выходе из фэнкойла, поскольку его холодопроизводительность, как уже отмечено выше, зависит от температуры сухого и мокрого термометра воздуха на входе в аппарат.

Однако процесс охлаждения воздуха в фэнкойлах имеет определенный нижний предел, связанный с температурой на поверхности теплообменника, которая, в свою очередь, зависит от начальной и конечной температуры холодной воды. Для предварительного расчета можно принять:

где t_wk — расчетная температура воды на выходе из фэнкойла;

j_ф — относительная влажность воздуха на выходе из фэнкойла.

Возможная небольшая ошибка (±0,5 °С; ±5 %) не имеет принципиального значения, т. к. принятые значения t_ф и j_ф будут уточнены в конце расчета.

Задавшись значениями t_wk, t_ф и j_ф, можно вычислить влагосодержание d_ф и энтальпию I_ф воздуха на выходе из фэнкойла. Таким образом, на данном этапе расчета известны:

• количество G_н, температура tн, энтальпия I_н и влагосодержание d_н приточного воздуха, подаваемого от центрального кондиционера;

• количество удаляемого из помещения воздуха G_у и его температура t_у;

• температура t_ф, энтальпия I_ф и влагосодержание d_ф приточного воздуха, подаваемого фэнкойлами;

• температура воздуха по сухому термометру на входе в фэнкойл t_уф;

• суммарные полные тепловыделения SQ_пол и влаговыделения W в помещении;

• нормируемая температура внутреннего воздуха в рабочей зоне t_рз.