Таблица 6.2 Местные сопротивления в воздуховодах
Аналогично рассчитываются сопротивления смесительных блоков и камер обслуживания кондиционера.
· смесительная камера: 0,4 Па
· одна камера обслуживания: 0,4 Па
Подбор вентилятора
Количество подаваемого воздуха (см. п. 4), потери напора на участках воздушной сети и кондиционера (см. п. 6.2, табл. 6.1).
Расчет: Суммарные потери напора в элементах кондиционера составят:
SDР = S(DРтр + DРм) SDР = 748,4 Па
По необходимому напору и производительности подбираем вентиляторный агрегат для кондиционера КТ40.
Техническая характеристика вентиляторной установки:
· Вентилятор Ц4-70 № 10
· Частота вращения 720 об/мин
· Производительность18000м3/ч
· Напор 785Па
Расчет холодильной установки и подбор холодильного оборудования
Исходные данные и условия расчета.
Расчетная наружная летняя температура: tнл = 29,5°С
Тепловая нагрузка на камеру орошения: Qко = 161 кВт
Расход воды в камере орошения: W = 53621 кг/ч
Температура воды на выходе из камеры орошения: twк = 4 °С
Подогрев воды в камере орошения: Dtw = 2,6 °С
Температура воды на входе в камеру орошения: twн = 1,4°С
Расчет цикла холодильной машины
Задаемся холодильным агентом: фреоном - R22, т. к. при возможной утечке в испарителе аммиачной системы аммиак будет растворяться в воде, идущей в камеру орошения и попадать в подаваемый в кондиционируемое помещение воздух, что недопустимо.
Для принятия решения о количестве ступеней сжатия холодильной установки необходимо рассчитать отношение давлений кипения и конденсации хладагента. Примем температуру кипения из условия не замерзания воды в трубках испарителя to = 0 °C.
Для определения температуры конденсации предварительно примем тип конденсатора. Выбираем конденсатор с воздушным охлаждением как более простой, легкий, удобный в монтаже, эксплуатации и обслуживании и соответствующий современным требованиям экологической безопасности. Температура конденсации: tк = tнл + 10,5 °С = 40 °С.
Температура кипения to = 0 °C
Температура конденсации tк = 40 °C
Давление кипения Po = 0,5 МПа
Давление конденсации Pк = 1,5 МПа
Отношение давлений Pк/Po = 3
Принимается схема холодильной установки с одноступенчатым сжатием (p < 8).
Принципиальная схема холодильной машины и теоретический цикл работы холодильной машины приводятся на рис. 7.1.
Для постройки теоретического цикла работы холодильной машины в тепловой диаграмме принимаем температуру перегрева пара на всасывании в компрессор tпер=20°С.
Определим параметры состояния рабочего тела в узловых точках цикла. При этом точка 4 находится из теплового баланса РТО: I4 = i3 - (i1 - i1"), кДж/кг, (7.1)
Параметры состояния хладагента в узловых точках цикла приводятся в таблице 7.1.
Таблица 7.1
|
Параметр |
Узловые точки цикла |
|||||
Удельная массовую холодопроизводительность
qo = i1 – i5=620-438=182 ,кДж/кг (7.2)
Удельная объемную холодопроизводительность
qv = qo /n 1=182/0,055=3309 ,кДж/м3 (7.3)
Работа сжатия цикла l = i2 - i1¢ =652-620=32,кДж/кг (7.4) Холодильный коэффициент e = qo / l=182/32=5,7 (7.5)
Расчет и подбор оборудования холодильной установки
Расчет и подбор компрессоров
Тепловой расчет компрессора В процессе расчета определяем: G - массовый расход хладагента, кг/с; Vд - действительный объем пара, всасываемый компрессором, м3/с; l - коэффициент подачи; Vh - объем, описываемый поршнями компрессора м3/с; Nа - адиабатную мощность компрессора, кВт; hi - индикаторный к.п.д. компрессора. Массовый расход хладагента
G = Qко / q0=161/182=0,885 ,кг/с (7.6)
Действительный объем пара, всасываемый компрессором
0,885*0,055=0,049, м3/ с (7.7) Коэффициент подачи
где lпл = 0,97 - коэффициент, учитывающий неплотности; с = 4 % - относительная величина мертвого пространства; DPo = 0,005 МПа - депрессия во всасывающих клапанах; DPк = 0,01 МПа - депрессия в нагнетательных клапанах.
l = 0,77 Объем, описываемый поршнями компрессора
Вычисления по диаграмме Молье
Диаграмма Молье в графическом виде отражает все переменные величины, участвующие в расчете системы охлаждения.
Температура воздуха на выходе = T cyx. терм- к. п.д. * (T сух. терм. — T влажн. терм)/100
Приведенный ниже пример будет очень полезен для понимания того, какую информацию может предоставить диаграмма Молье.
Предположим, что мы измеряем температуру по сухому и влажному термометрам при помощи психрометра:
Тсух = 36 °C
Tвлажн = 22.2 °C.
Исходя из этих значений, мы можем определить на диаграмме Молье точку А и получить следующие данные:
- Относительная влажность φ = 30%
- Абсолютная влажность x = 0,011 кг пара на 1 кг воздуха
Теперь предположим, что к.п. д. охлаждения испарительного охладителя составляет 82%.
К. п. д. охлаждения η = (T D1 -T D2)/(T D1 -T W1)*100 (1)
T D1 = температура по сухому
термометру на входе
T W = температура по
влажному термометру на выходе
T D2
= температура по сухому термометру на выходе
Вычисление температуры воздуха на выходе
Из соотношения (1) мы можем вычислить температуру воздуха на выходе испарительного охладителя ESAC, как:
T D2 = T D1 -η*(T D1 -T W1)/100=36-82*(36-22/2)/100 (2)
В результате получаем 24.7 °C.
Поскольку процесс является изоэнтальпическим, то на диаграмме Молье мы можем определить точку B. Точка B представляет состояние воздуха на выходе охладителя. Соответственно, получаем следующие параметры воздуха на выходе охладителя:
- Относительная влажность φ = 82,5 %
- Абсолютная влажность x = 0,016 кг пара на 1 кг воздуха
- Энтальпия паровоздушной смеси = 65,26 кдж/кг
Таблица температуры воздуха на выходе испарительного охладителя ESAC
| ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ВЛАЖНОСТЬ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА | |||||||||
Температура | |||||||||
Расход воды
Разность между значениями относительной влажности воздуха на выходе и на входе охладителя позволяет вычислить количество воды, израсходованной на охлаждение 1 кг воздуха. Исходя из плотности воздуха ρ = 1,2 кг/м³, производим вычисления:
Q = ρ * (x 2 - x 1)* 1000 = 1.2*(0.01624-0.01133) * 1000
где Q это количество воды, израсходованной на охлаждение 1000 м³ воздуха, а x 1 и x 2 - значения абсолютной влажности на входе и выходе охладителя. Следовательно, расход воды составляет 5.89 кг/ч (л/ч) на 1000 м³/ч охлаждаемого воздуха при данных параметрах воздуха на входе и выходе охладителя.
Таблица расхода воды охладителем ESAC на 1000 м³воздуха
|
ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ВЛАЖНОСТЬ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА |
|||
Температура наружного воздуха | |||
Расчет теплопередачи между воздухом и водой
Поскольку процесс протекает при постоянной энтальпии, общее
энергосодержание паровоздушной смеси не изменяется: как видно из
диаграммы Молье, энтальпия точек A и B одинаковая, но часть
энергосодержания воздуха передается воде.
Если бы содержание
пара в воздухе на выходе испарителя было таким
же, как на входе, состояние воздуха на выходе было бы представлено на
диаграмме Молье точкой С. Разность энтальпий точек B и C равно
количеству тепла, отнятого у сухого воздуха для испарения воды. В нашем
случае разность составляет 65,26-53,62=11,64 кдж/кг воздуха.
Расчет холодопроизводительности испарительного охладителя
При помощи диаграммы Молье мы вычислили количество тепла, поглощенного в расчете на 1 кг охлажденного воздуха. Исходя из производительности испарительного охладителя по воздуху, мы можем оценить величину тепловой энергии, отнятой у воздуха в помещении, то есть холодопроизводительность испарительного охладителя.
Пример. Производительность испарительного охладителя FCX 22 T или FCX 22 B по воздуху составляет 22 000 м³/ч. По диаграмме Молье определяем величину энтальпии, отобранной у воздуха - 11.64 кдж/кг. Чтобы вычислить тепловую энергию, отобранную из 1 м³ воздуха, умножим эту величину на удельную плотность воздуха
(1,2 кг/м³):
11.64 кдж/кг х 1.2 кг/м3 = 13.97 кдж/м³
Теперь мы можем оценить холодопроизводительность FCX 22:
P = 13.97 кдж/м³х 22000 м³/ч /3600~85 кВт
Это значение соответствует состоянию воздуха при заданных значениях температуры, влажности и давления воздуха. При изменении условий наружного воздуха изменяется и холодопро изводительность.
Холодопроизводительность может быть выражена также как:
P = ρ *V *c p *(Tin - Tout), где
ρ : удельная плотность воздуха (кг/м³)
V: расход воздуха (м³/ч)
c p: удельная теплоемкость воздуха
(ккал/кг/°С)
Tin: температура воздуха на входе (°C)
Tout: температура воздуха на выходе (°C)
Страница 9 из 13
Количество тепла, которое холодильная машина отнимает от охлаждаемой среды в единицу времени, называется холодопроизводительностью холодильной машины . Она определяется количеством хладагента G , проходящего в единицу времени (кг/с или кг/ч), и его массовой холодопроизводительностью q 0 Дж/кг (ккал/кг):
Q 0 = G × q 0 = G (i 1 - i 4). (57)
Холодопроизводительность, подсчитанная по испарителю холодильной машины, должна соответствовать производительности компрессора. Холодопроизводительность компрессора выражают также произведением действительного объема V д м 3 /с (м 3 /ч) пара, засасываемого компрессором, и объемной холодопроизводительности q υ в Дж/м 3 (ккал/м 3):
Q 0 = V д × q υ . (58)
Действительный объем засасываемого пара можно выразить через объем V h , описываемый поршнем,
V д = V h × λ . (59)
Объем, описываемый поршнем, определяется размерами цилиндра и частотой вращения вала:
где V h - объем, описываемый поршнем компрессора, м 3 /с в формуле (60) или м 3 /ч в формуле (61);
D - диаметр цилиндра, м;
S - ход поршня, м;
n - частота вращения вала компрессора, об/с в формуле (60) или об/мин в формуле (61);
z - число цилиндров.
Один и тот же компрессор, работающий в разных условиях эксплуатации, имеет резко отличающиеся рабочие объемные и энергетические характеристики и разную холодопроизводительность. Существенное влияние на рабочие характеристики и холодопроизводительность оказывает степень сжатия, т. е. отношение p к / p 0 . С увеличением этого отношения резко возрастают объемные потери вследствие расширения пара из вредного пространства, т. е. снижается λ с. Чем больше вредное пространство, тем сильнее это влияние. Увеличение степени сжатия сопровождается повышением температуры в конце сжатия и сильным нагреванием стенок машины. В связи с этим увеличивается вредный теплообмен между всасываемым паром и стенками, т. е. снижается λ ω . Возрастают также потери от неплотности.
При всасывании влажного пара сильно снижается производительность ввиду того, что капельки жидкости, оставшиеся после сжатия во вредном пространстве, при обратном расширении занимают значительный объем. Кроме того, при всасывании влажного пара на испарение капель хладагента в полостях машины дополнительно затрачивается работа в цикле без увеличения холодопроизводительности.
При разных температурах кипения t 0 , конденсации t к и переохлаждения перед регулирующим вентилем t и холодильная машина с одним и тем же компрессором дает разную холодопроизводительность Q 0 . С повышением t 0 и понижением t к и t и холодопроизводительность увеличивается, а с понижением t 0 и повышением t к и t и - уменьшается. Особенно резкое влияние оказывает на холодопроизводительность машины температура кипения хладагента: повышение t 0 на 1°С в аммиачных машинах приводит к увеличению Q 0 примерно на 6%, во фреоновых- на 4%. Поэтому по холодопроизводительности машины сравнивают при определенных температурных условиях (табл. 1).
Таблица 1
В каталогах и справочниках холодопроизводительность компрессоров указана для работы в сравнительных условиях. Стандартные температуры предусмотрены ГОСТ 6492-68.
Холодопроизводительность, подсчитанная при стандартных сравнительных температурах, называется «стандартной» холодопроизводительностью Q 0 cт. Холодильные машины практически работают при условиях, отличающихся от сравнительных. Эти условия называются рабочими, холодопроизводительность, определяемая при них, - рабочей холодопроизводительностью Q 0 pa6 .
Холодопроизводительность при рабочих условиях
Q 0 paб = V h × λ раб × q υ раб, (62)
при стандартных условиях
Q 0ст = V h × λ ст × q υ ст, (63)
где q υ ст, q υ раб - объемная холодопроизводительность соответственно при стандартных и рабочих условиях;
λ ст, λ раб - коэффициент подачи хладагента соответственно при стандартных и рабочих условиях.
Разделив (62) на (63), получим:
Значения коэффициентов подачи λ хладагента и индикаторного к. п. д. η i в зависимости от р к / р 0 принимают ориентировочно по рис. 1.
Рис. 1 - Графики коэффициентов подачи λ и индикаторных к. п. д. η i для компрессоров: а - работающих на хладопе-12; б - аммиачных бескрейцкопфпых (1 и 2 - соответственно для средних и крупных компрессоров); в - работающих на фреоне-22; г - крейцкопфных
Для определения рабочей холодопроизводительности машины при изменении режима работы исходят из стандартной холодопроизводительности
Кроме потерь, учитываемых коэффициентом подачи компрессора, в действительной холодильной машине имеются потери холода вследствие теплопритока через трубопроводы и от некоторых вспомогательных механизмов - насосов и вентиляторов испарителей, циркуляторов воздуха в охлаждаемых помещениях и др. Работа, расходуемая на привод этих механизмов, превращается в эквивалентное количество тепла, которое воспринимается хладагентом и поступает в холодильную машину.
Следовательно, в холодильной технике различают холодопроизводительность установки нетто Q 0 нетт o и брутто Q 0 брутто. Первая - полезная холодопроизводительность без потерь, соответствующая расходу холода непосредственно на охлаждаемый объект. Вторая - холодопроизводительность компрессора , равная полезному расходу холода и указанным выше потерям. Коэффициент потерь ɛ = Q 0 нетт o / Q 0 брутто зависит от характера планировки холодильной установки, качества ее монтажа и теплоизоляции, системы охлаждения, производительности машины, температурного режима работы и т. д.
При непосредственной системе охлаждения ɛ = 0,90÷0,95, а при рассольной - ɛ = 0,85÷0,96.
(Документ)
n1.doc
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН
Для сравнения между собой отдельных машин пользуются определенными номинальными температурными режимами. В настоящее время согласно действующим ГОСТам применяют несколько таких режимов (табл.2).
Таблица 2
Номинальные режимы работы
Холодопроизводительность машины, измеренная при номинальном режиме, называется соответственно номинальной холодопроизводительностью и обозначается через Q 0 ном.
В каталогах и справочной литературе указывается обычно холодопроизводительность машин при номинальном режиме работы. Фактически холодильные машины в большинстве случаев работают в условиях, отличающихся от номинальных, определяемых технологическими требованиями охлаждаемых объектов и условиями эксплуатации установки. Поскольку рабочий режим машины отличается от номинального, то и действительная холодопроизводительность отличается от номинальной.
Холодопроизводительность машины в рабочих условиях называется ее рабочей холодопроизводительностью и обозначается через Q 0 раб.
Рабочие условия машины могут быть разнообразными. Иногда они совпадают с номинальными условиями, но чаще отличаются от них. Во многих случаях требуется знать, как изменится холодопроизводительность машины при переводе ее с одного режима работы на другой. Например, при проектировании холодильных установок ставится обычно вопрос, какой будет холодопроизводительность машины при заданных рабочих условиях, если известна ее номинальная холодопроизводительность?
Пересчет холодопроизводительности компрессоров с одних температурных условий на другие производят на основании соотношений, полученных следующим образом:
Из уравнения (19)
Для одного и того же компрессора, работающего при определенном числе оборотов, V c - постоянная величина, следовательно, и правая часть уравнения является постоянной. Поэтому, если обозначить величины, входящие в правую часть этого уравнения, для рабочего и номинального температурных режимов работы компрессора соответственно индексами «раб» и «ном», то можно написать
, (24)
, (25)
. (26)
МОЩНОСТЬ, ПОТРЕБЛЯЕМАЯ КОМПРЕССОРОМ
Мощность, потребляемая компрессором, определяется по теоретической мощности N теор (см. с.32).
По значениям N теор и? i согласно уравнению (17) определяют индикаторную мощность компрессора
, (27)
А по N i и? м исходя из уравнения (18) вычисляют эффективную мощность компрессора
. (28)
Необходимую мощность электродвигателя для приведения в действие компрессора при непосредственном приводе определяют по формуле:
, (29)
Где? э - к.п.д. электродвигателя.
В зависимости от типа электродвигателя значения этого коэффициента можно принимать равными от 0,8 до 0,9.
Если привод компрессора осуществляется через ременную передачу, то в формуле (29) надо учесть еще к.п.д. ременной передачи? п и тогда
, (30)
П можно принимать равным 0,95.
В ГОСТах и каталогах для компрессоров открытого типа (сальниковых) указывается эффективная мощность N e на валу компрессора, для бессальниковых и герметичных компрессоров - электрическая мощность N э на клеммах электродвигателя.
Рассмотрение рабочих процессов в цилиндре компрессора показало, что от температурного режима зависит не только холодопроизводительность машины, но и потребляемая мощность. Зависимость мощности от температурного режима работы холодильной машины при этом несколько иная, нежели у холодопроизводительности. С понижением температуры кипения холодильного агента потребляемая мощность увеличивается только до определенного предела, а затем немного снижается. С повышением температуры конденсации потребляемая мощность увеличивается. Максимальное значение потребляемой энергии для большинства машин соответствует отношению давлений 
. Очевидно, что при подборе электродвигателя к компрессору его мощность следует рассчитывать для режима максимального расхода энергии.
На все современные компрессоры выпускающие их заводы наряду с технической характеристикой дают графики зависимости холодопроизводительности и потребляемой мощности от температуры кипения холодильного агента при различных температурах его конденсации.
Экономичность работы холодильной машины характеризуется холодильным коэффициентом?. Теоретический холодильный коэффициент, как показано в расчете теоретического цикла, выражен соотношением (8).
Действительный холодильный коэффициент определяется как отношение действительной холодопроизводительности машины брутто к эффективной мощности на валу компрессора
Или как отношение действительной холодопроизводительности к электрической мощности на клеммах электродвигателя (для герметичных и бессальниковых компрессоров)
.
Действительный холодильный коэффициент увеличивается с повышением температуры кипения и понижением температуры конденсации.
ХОЛОДОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ НЕТТО И БРУТТО
В действительной работе холодильной машины часть производимого ею холода теряется в окружающую среду через стенки трубопроводов всасывающей стороны компрессора и испарителей рассольных систем охлаждения, которые находятся в неохлаждаемых помещениях.
Значительные потери холода вызывают теплопритоки в систему от вспомогательных механизмов машины - насосов и мешалок испарителей, вентиляторов воздухоохладителей и других механизмов.
Фактическая холодопроизводительность машины с учетом внешних потерь должна быть выше той, которая требуется для получения холода, полезно потребляемого охлаждаемым объектом. В связи с этим в холодильной технике различают холодопроизводительность машины нетто Q 0нт и брутто Q 0бр. Холодопроизводительность нетто - это полезная холодопроизводительность без потерь, соответствующая расходу холода непосредственно на охлаждение объекта. Брутто холодопроизводительностью называют общую холодопроизводительность машины, равную полезному расходу холода и его потерям.
Отношением одной холодопроизводительности к другой характеризуют внешние потери холода. Называют это отношение коэффициентом утечки холода в установке и обозначают буквой?.
. (31)
На потери холода вне компрессора влияет планировка холодильной установки, качество ее монтажа и изоляции трубопроводов, а также система охлаждения. Коэффициент? тем больше, чем компактнее расположена и лучше смонтирована холодильная установка, качественнее изолированы соответствующие аппараты и трубопроводы, меньше их протяженность и меньше вносится тепла вспомогательными механизмами.
Практически для установок малой в средней холодопроизводительности при рассольной системе охлаждения?=0,80ч0,90. Для машин такой же холодопроизводительности, но с непосредственным охлаждением?=0,85ч0,95.