Способ кондиционирования воздуха теплонапряженных помещений

 

Способ может быть использован при комфортно-технологическом кондиционировании воздуха в теплонапряженных помещениях и на предприятиях промышленности. Способ кондиционирования воздуха теплонапряженных помещений включает смешение наружного и внутреннего воздуха в холодное время года с переменным количественным соотношением, а в теплое время года - в постоянном количественном соотношении. Смешение в холодное время года осуществляют до температуры смеси, равной температуре приточного воздуха, а в теплое время года смесь охлаждают и осушают до температуры охлаждения, равной температуре приточного воздуха, при этом смешение в теплое время года осуществляют с использованием количества наружного воздуха, отвечающего санитарным нормам по кислороду. Техническим результатом является снижение энергозатрат за счет уменьшения расхода холода на охлаждение и осушение смеси воздуха. 4 ил., 3 табл.

Изобретение относится к способам кондиционирования воздуха и может быть использовано при комфортном и комфортно-технологическим кондиционировании воздуха в теплонапряженных помещениях и на предприятиях промышленности.

Известен способ кондиционирования, включающий подогрев наружного воздуха в холодное время года (первый подогрев), смешение подогретого наружного воздуха с внутренним в переменном количественном соотношении, увлажнение смеси и ее подогрев (второй подогрев) до температуры приточного воздуха, подаваемого в кондиционируемое помещение [1].

В теплый период года первый подогрев не работает. Наружный воздух смешивают с внутренним в постоянном количественном соотношении, затем смесь воздуха проходит влажностную обработку путем охлаждения и осушения до температуры точки росы приточного воздуха, далее охлажденную и осушенную смесь воздуха нагревают во втором подогреве до температуры приточного воздуха.

Таким образом, в данном способе используют первый подогрев для нагревания наружного воздуха, смешение наружного подогретого воздуха о внутренним, увлажнение или охлаждение с осушением смеси и подогрев смеси после влажностной обработки (второй подогрев).

В холодное время используют подогрев наружного воздуха до минимальной положительной температуры (5-7^oC), смешение подогретого наружного воздуха с внутренним в переменном количественном соотношении до энтальпии смеси, равной энтальпии точки росы приточного воздуха, увлажнение смеси до температуры точки росы приточного воздуха, подогрев увлажненной смеси до температуры приточного воздуха.

В теплое время года используют смешение наружного воздуха с внутренним в постоянном количественном соотношении с минимальным количеством наружного воздуха, соответствующим санитарной норме по кислороду, охлаждение и осушение смеси воздуха до температуры точки росы приточного воздуха, подогрев охлажденной и осушенной смеси до температуры приточного воздуха.

Такой способ обработки воздуха обеспечивает круглогодичное полное кондиционирование, т.е. поддержание на заданном уровне двух параметров воздуха в помещении: температуры и относительной влажности. Температура воздуха поддерживается путем изменения расхода теплоты во втором подогреве, а относительная влажность - путем поддержания заданной температуры точки росы приточного воздуха. Температура точки росы в теплое время года поддерживается путем изменения степени охлаждения и осушения смеси, а в холодное время года - путем изменения расхода теплоты в первом подогреве и количественного соотношения наружного подогретого воздуха с внутренним.

Данный способ называется в технике кондиционирования способом кондиционирования с первым подогревом наружного воздуха и вторым подогревом смеси воздуха.

Недостатком известного способа является то, что в нем расходуется теплота в первом и втором подогреве в холодный период года и во втором подогреве в теплый период года, а также имеет место расход холода на охлаждение и осушение смеси в теплый период года. Кроме того, данный способ характеризуется повышенными расходами теплоты и холода на поддержание заданных параметров воздуха в помещениях, т. к. базируется на принципе регулирования относительной влажности путем поддержания постоянной температуры точки росы приточного воздуха.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ тепловлажностной обработки воздуха, который аналогичен по основным признакам вышеописанному способу, но отличается от него тем, что в холодный период года наружный воздух сначала смешивают с внутренним, а затем полученную смесь нагревают в первом подогреве до энтальпии точки росы приточного воздуха. Последующие процессы обработки воздуха остаются аналогичными вышеописанному способу. Данный способ также называется в технике кондиционирования способом кондиционирования с первым и вторым подогревом смеси воздуха [2].

Недостатком данного способа тепловлажностной обработки воздуха является то, что в нем расходуется теплота на нагревание смеси воздуха в первом и втором подогреве в холодное время года, а также расходуется холод в теплое время года на охлаждение и осушение смеси воздуха.

Целью создания заявляемого изобретения является снижение энергозатрат за счет уменьшения расхода холода на охлаждение и осушение смеси воздуха (полного исключения второго подогрева) при обеспечении заданных параметров воздуха в рекомендуемом диапазоне.

Поставленная цель достигается тем, что в заявляемая способе, включающем смешение наружного воздуха с внутренним в холодное время года с переменным количественным соотношением, а в теплое время года - в постоянном количественном соотношении, смешение в холодное время года осуществляют до температуры смеси, равной температуре приточного воздуха (t_см=t_пр), а в теплое время года смесь охлаждают и осушают до температуры охлаждения, равной температуре приточного воздуха (t_см=t_охл), при этой смешение в теплое время года осуществляют с использованием минимального количества наружного воздуха, отвечающего санитарным нормам по кислороду.

Структурная схема устройства для осуществления заявленного способа кондиционирования воздуха для холодного времени года приведена на фиг. 1; для теплого времени года - на фиг. 2; на фиг. 3 приведена конкретная J-d диаграмма реализации способа-прототипа, а на фиг. 4 - заявленного способа.

Устройство, приведенное на фиг. 1 и 2, включает кондиционируемое помещение 1, клапан рециркуляции 2 внутреннего воздуха, клапан подачи 3 наружного воздуха, смесительную камеру 4, приточный вентилятор 5, узел охлаждения и осушения смеси 6.

Устройство работает следующим образом.

Внутренний воздух из кондиционируемого помещения 1 с помощью клапана рециркуляции 2, обеспечивающего заданное количество внутреннего воздуха, подается в смесительную камеру 4, в которую также подается наружный воздух через клапан подачи 3, обеспечивающий заданное количество наружного воздуха.

При этом в холодное время года смешение внутреннего и наружного воздуха осуществляется с переменным количественным соотношением, а в теплое время - в постоянном количественном соотношении.

Смесь наружного и внутреннего воздуха с температурой, равной температуре приточного воздуха, подается в кондиционируемое помещение, 1 с помощью приточного вентилятора 5 в холодный период, а в теплый период смесь дополнительно проходит через узел 6.

Пример реализации заявленного способа и способа-прототипа для цеха варки окороков мясоперерабатывающего завода (г.Москва).

Определим энергозатраты на обработку воздуха при кондиционировании по способам, изложенным в прототипе и заявляемом изобретении.

В теплонапряженных производственных помещениях мясо- и рыбоперерабатывающих предприятий, масложиркомбинатов и др. предусматривают комфортное кондиционирование с целью уменьшения избыточных тепло- и влаговыделений и обеспечения нормальных условий труда рабочим, выполняющим работу средней тяжести, Согласно СНиП 204.05-91 ^* "Отопление, вентиляция и кондиционирование" (приложение 2, стр. 34) расчетная температура воздуха на постоянных рабочих местах производственных помещений составляет: оптимальная и допустимая температура t_вт = 22-28^oC в теплый период года и t_вх = 19-24^oC в холодный период года (средние значения). При этом относительная влажность воздуха на постоянных рабочих местах составляет ϕ_опт = 40-60%, ϕ_доп = 75% (для теплого и холодного периодов года).

Принимаем в качестве расчетных параметров внутреннего воздуха для теплого и холодного периодов года t_в = 24^oC, ϕ_в = 50%. Принимаем диапазон отклонения параметров ±2^oC - по температуре и ±10% - по влажности.

Расчетные параметры наружного воздуха (параметры Б) для г.Москвы: температура t_нт = 28,5^oC, t_нх = -26^oC ; энтальпия I_нт = 54 кДж/кг, I_нх = -25 кДж/кг.

Тепловлажностный коэффициент теплонапряженных цехов мясоперерабатывающих предприятий находится в пределах ε = 5000 - 7000 кДж/кг. Принимаем среднее значение ε = 6000 кДж/кг.

Принимаем рабочую разность температур Δt_p = 4^oC исходя из рекомендаций, что перепад температуры на 1 м высоты помещения равен 1^oC. Тогда температура приточного воздуха t_пр = 24-4 = 20^oC. Следовательно, изотерма t = 20^oC характеризует температуру приточного воздуха, подаваемого в кондиционируемое помещение.

Количество наружного воздуха, соответствующее санитарной норме по кислороду, вполне достаточно для таких цехов в размере 10% от общего количества циркулирующего воздуха.

Исходя из расчета теплового баланса данного цеха общее количество циркулирующего воздуха V = 10.000 м³/час. Следовательно, V_н = 0,1 V = 1.000 м³/час. Такое минимальное количество наружного воздуха можно подавать в цех. Именно это количество наружного воздуха подают в помещение (не больше) в теплое время года для того, чтобы были обеспечены минимальный расход холода и минимальные размеры холодильной установки.

Выполняем построение процессов кондиционирования при обработке воздуха по способам - прототипу и заявляемому изобретению Способ (прототип) Способ кондиционирования с первым подогревом смеси и вторым подогревом смеси (фиг. 3).

Холодный период года Наружный воздух с параметрами t_нх = -26^oC, I_нх = -25 кДж/кг смешивается с внутренним воздухом (t_в = 24^oC; ϕ_в = 50%), например, то температуры Полученная смесь нагревается в первом подогреве до энтальпии I_{1 под} = I_т.р. = 31 кДж/кг. При этом конечная температура воздуха, прошедшего через первый подогрев, соответствует энтальпии 31 кДж/кг и составляет t_{1 под} = 19^oC (Δt_1под = 19-1 = 18^oC). Затем подогретая смесь увлажняется при I_т.р. = 31 кДж/кг до параметров точки росы t_т.р. = 11^oC, ϕ_т.р = 90%, I_т.п. = 31 кДж/кг. Увлажненная смесь нагревается во втором подогреве до 20^oC и подается в помещение. Параметры приточного и внутреннего воздуха соответствуют параметрам t_пр = 20^oC; ϕ_пр = 51%; t_в = 24^oC; ϕ_в = 50%.

Теплый период года Наружный воздух с параметрами t_нт = 28,5^oC и I_нт = 54 кДж/кг смешивается с внутренним (t_в = 24^oC, ϕ_в = 50%) в количественном соотношении: 10% наружного воздуха (V_нт = 1.000 м³/час) и 90% внутреннего воздуха (V_вт = 9.000 м³/час). Полученная смесь = 49 кДж/г, = 25^oC) охлаждается и осушается до параметров точки росы: t_т.р. = 11^oC, ϕ_т.р = 90% и I_т.р. = 31 кДж/кг. Охлажденная и осушенная смесь нагревается во втором подогреве от температуры t_т.р. = 11^oC до температуры приточного воздуха t_пр = 20^oC (Δt_2под = 9^oC). Нагретая смесь подается в помещение. Параметры приточного и внутреннего воздуха, такие же как и в холодном периоде года t_пр = 20^oC; ϕ_пр = 51%; t_в = 24^oC; ϕ_в = 50%.

Способ (заявляемое изобретение) Предлагаемый способ кондиционирования - без первого и второго подогрева (фиг. 4) Холодный период года Наружный воздух с параметрами t_нх = -26^oC, I_нх = -25 кДж/кг смешивается с внутренним воздухом помещения (средние параметры внутреннего воздуха t_в = 24^oC; ϕ_в = 50%) до температуры смеси, равной температуре приточного воздуха = 20^oC). Полученная смесь подается в помещение. При этом параметры приточного воздуха равны = 58%, I_cмх = 41 кДж/кг. Параметры внутреннего воздуха t_вʹ= 24,2°C; ϕ_вʹ= 52%. Полученные параметры внутреннего воздуха входят в рекомендуемый диапазон: t_в = 24 ± 2^oC; ϕ_в = 50 ± 10%.

Теплый период года Наружный воздух с параметрами t_нт = 28,5^oC, I_нт = 54 кДж/кг смешивается с внутренним воздухом помещения (средние параметры внутреннего воздуха t_в = 24^oC; ϕ_в= 50%) в количественном соотношении 10% наружного и 90% внутреннего воздуха. Полученная смесь имеет параметры 49 кДж/кг (параметры смеси воздуха в теплый период года для обоих способов являются одинаковыми). Смесь проходит охлаждение и осушение до температуры охлаждения, равной температуре приточного воздуха, и подается в помещение. При этом параметры охлажденного (приточного) воздуха составляют: температура t_охл= t_прʺ = 20^oC; относительная влажность ϕ_охл= ϕ_прʺ = 60%; энтальпия I_охл= I_прʺ = 43 кДж/кг. Таким параметрам приточного воздуха соответствуют следующие параметры внутреннего воздуха: температура t_вʺ = 25,5^oC, относительная влажность ϕ_вʺ = 58%. Полученные значения параметров внутреннего воздуха входят в рекомендуемый диапазон.

Из рассмотренных способов кондиционирования можно сделать следующие выводы:
способ-прототип в течение всего года обеспечивает постоянные параметры воздуха в помещении, так как при обработке воздуха использованы процессы, позволяющие обеспечить постоянное поддержание и температуры, и влажности внутреннего воздуха;
способ по заявляемому изобретению в течение всего года обеспечивает постоянную температуру приточного воздуха путем поддержания постоянной температуры смеси в холодный период года и постоянной температуры охлаждения смеси в теплый период года. При этом температура и относительная влажность в помещении изменяются от 24 до 25,5^oC и от 52 до 58% и соответствуют рекомендуемому диапазону. Отклонения значений температуры и влажности воздуха в помещении от средних заданных значений незначительны, не выходят за пределы рекомендуемого диапазона и указывают на целесообразность внедрения предлагаемого способа, так как обработка воздуха по этому способу значительно проще, и, следовательно, имеет большую практическую надежность в работе, чем предыдущие способы (известные).

В табл. 1 приведены удельные расходы теплоты и холода на обработку 1 кг воздуха по способам прототипа и заявляемого изобретения.

В табл. 2 приведены расходы теплоты и холода на обработку воздуха по способам прототипа и заявляемого изобретения с учетом всего количества циркулирующего воздуха.

В табл. 3 приведены годовые расходы теплоты и холода на обработку воздуха по способам прототипа и заявляемого изобретения,
Данные, приведенные в табл. 3, показывают, что расход теплоты в предлагаемом способе в течение всего года отсутствует; расход холода примерно в 3 раза меньше, чем расход холода при традиционных способах обработки воздуха. При этом достигаются внутренние параметры в помещении, полностью удовлетворяющие требованиям СНиПа.

Источники информации
1. Нестеренко А.В. Основы термодинамических расчетов вентиляция и кондиционирования воздуха. - М.: "Высшая школа", 1971, стр. 188, рис. 69б, стр. 206, рис. 74б.

2. Там же, стр. 188, рис. 69б, стр. 201, рис. 73б.

Формула изобретения

Способ кондиционирования воздуха теплонапряженных помещений, включающий смешение наружного и внутреннего воздуха в холодное время года с переменным количественным соотношением, а в теплое время года - в постоянном количественном соотношении, отличающийся тем, что смешение в холодное время года осуществляют до температуры смеси, равной температуре приточного воздуха, а в теплое время года смесь охлаждают и осушают до температуры охлаждения, равной температуре приточного воздуха, при этом смешение в теплое время года осуществляют с использованием количества наружного воздуха, отвечающего санитарным нормам по кислороду.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6