Научная статья на тему 'Режимы работы систем кондиционирования воздуха'

Режимы работы систем кондиционирования воздуха Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
381
47
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Капитонов А. А., Малова Н. Д.

Проведены исследования энергозатрат в действующих системах кондиционирования с частичной циркуляцией, получившие наиболее широкое применение: первая – с подогревом наружного воздуха, переменной рециркуляцией и увлажнением смеси водой в холодный период года; вторая – без подогрева наружного воздуха, с постоянной рециркуляцией в течение всего года и охлаждением смеси воздуха с помощью холодильной машины.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Operating mode of air conditioning systems

Researches of power inputs in operating conditioning systems with the partial circulation are carried out, which received the widest use: the first 􏰀 with heating of outside air, variable recirculation and humidifying of mix by water during the cold period of year; the second 􏰀 without heating of outside air, from constant recirculation within all year and cooling of air mix by means of refridgerator.

Текст научной работы на тему «Режимы работы систем кондиционирования воздуха»

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ

Режимы работы систем кондиционирования воздуха

А.А. Капитонов, Н.Д. Малова

Московский государственный университет прикладной биотехнологии

Одним из основных путей уменьшения энергозатрат в системах кондиционирования сушильных камер сырокопченых колбас является разработка и внедрение более энергоэффективных способов тепловлажностной обработки воздуха. С этой целью специалистами МГУПБ предварительно проведены исследования энергозатрат в действующих системах кондиционирования с частичной рециркуляцией, получившие наиболее широкое применение:

1 - с подогревом наружного воздуха, переменной рециркуляцией и увлажнением смеси водой в холодный период года;

2 - без подогрева наружного воздуха, с постоянной рециркуляцией в течение всего года и охлаждением смеси воздуха с помощью холодильной машины.

В исследованиях учитывались средние параметры внутреннего воздуха, рекомендуемые технологическими нормами, и рабочая разность температур Д1р = 3°С. Для всех способов обработки воздуха приняты: 1 - расчетные климатические условия г. Москвы; 2 -минимальное количество наружного воздуха в его смеси с внутренним составляет 10 % и соответствует рекомендациям ГИПРОмясомолпром. При выполнении исследований количество подаваемого наружного воздуха находилось в пределах 7-12 % в зависимости от конструкции воздушных клапанов и их размеров.

При обработке воздуха в кондиционерах с подогревом наружного воздуха рассмотрены способы, предусматривающие: 1а - круглогодичную влажност-ную обработку смеси воздуха в камерах орошения (режимы охлаждения с осушением и увлажнения выполняют в камерах орошения - такие схемы обработки воздуха относятся к первым схемам при внедрении центральных систем кондиционирования на мясоперерабатывающих предприятиях; 1б -раздельную влажностную обработку воздуха в теплый и холодный периоды года - режимы охлаждения с осушением предусматривают в воздухоохладителе, а режимы увлажнения - в камере орошения.

Системы разработаны специалистами ГИПРОмясомолпром и предусматривают работу следующего оборудования: в теплый период года - смесительной камеры, обеспечивающей по-

стоянное соотношение количеств внутреннего и наружного воздуха, камеры орошения (или воздухоохладителя) и доводочного воздухонагревателя; в холодный период года - нагревателя наружного воздуха, смесительной камеры, обеспечивающей переменное соотношение количеств наружного и внутреннего воздуха (в зависимости от температуры наружного воздуха), камеры орошения с изоэнтальпийным увлажнением воздуха и доводочного воздухонагревателя.

Системы, обеспечивающие обработку по способам 1а и 1б, функционируют с использованием аналогичных процессов кондиционирования воздуха, поэтому характеризуются одинаковыми расходами холода и теплоты и отличаются только расходом охлажденной воды, циркулирующей в камере орошения и воздухоохладителе, а также расходом электроэнергии на работу насоса.

Система тепловлажностной обработки воздуха по способу 2 разработана специалистами ГИПРОмясомолпром совместно со специалистами МГУПБ и обеспечивает функционирование смесительной камеры с постоянным количественным соотношением наружного и внутреннего воздуха, воздухоохладителя и воздухонагревателя. Последний является теплообменным аппаратом и необходим для доведения охлажденного воздуха до параметров, соответствующих условиям подачи его в сушильную камеру.

При применении способа с постоянной рециркуляцией требуется режим охлаждения смеси воздуха с одновременным осушением, создаваемым холодильной машиной в течение всего года.

Система разработана в связи с повышенной продолжительностью летнего режима функционирования систем кондиционирования сушильных камер. Это объясняется тем, что при температуре приточного воздуха не более 14...15 °С температура его точки росы составляет примерно 6 °С (в отдельных случаях она имеет более низкое значение и достигает 5 °С). Практически при такой температуре наружного воздуха начинается летний режим работы с применением процессов охлаждения с одновременным осушением. В среднем продолжительность охладительного режима составляет не менее 8

мес. Использование постоянной рециркуляции в течение всего года позволило исключить зимний режим кондиционирования с работой нагревателя наружного воздуха (одновременно исключается и система его теплоснабжения) и воздушных клапанов на переменной рециркуляции, переходный режим с зимнего на летний и с летнего на зимний. Вместо четырех режимов работы и соответствующих переключений, имеющих место в системах способа 1 обработки воздуха, системы с постоянной рециркуляцией действуют в течение всего года в одном режиме - летнем. При значительном упрощении оборудования и устройств управления системы способа 2 являются более надежными. Их внедрение позволило получить значительные преимущества при эксплуатации, монтаже и регулировании параметров, а также более точное поддержание температурно-влажно-стного режима в камерах, что в значительной степени отразилось на улучшении условий сушки и сохранении качества продуктов. Но, как показали практические замеры, системы характеризуются повышенным расходом холода.

Годовые расходы холода и теплоты определены для систем, имеющих расход воздуха V=10000 м3/ч, с учетом времени стояния среднемесячных параметров по 1:-ф диаграмме влажного воздуха, разработанной Л.Б. Успенской (см. рисунок).

Также выполнен сравнительный анализ расходов электроэнергии на работу кондиционирующего и холодильного оборудования, что дает более наглядное представление. Удобнее выполнить сравнение расходов электроэнергии, а не расходов холода, тем более, что холодильное и кондиционирующее оборудование во всех вариантах работает при одинаковых исходных условиях и поддержании одинаковых климатических условий сушки.

Общая установочная мощность оборудования системы кондиционирования составила:

способ 1а

ЕМ(1, = б + N + N ,

(1а) х.об. в.ц. нас.ко'

(1)

где 'Z<Nхо6 - общая мощность холодильного оборудования (компрессора, вентиляторов конденсатора и насоса испарителя); N - мощность вентилятора центрального кондиционера; N - мощность насоса камеры оро-

нас.ко 1 1 1

шения;

способ 1б способ 2

N =^<1б> .

+ N

(2) (3)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY

ГДж 1400 ■ 1200 -1000 800 -600 400 200 0

1210,2

1210,2

579,2 597,7

Способ 1а

Способ 1б

Способ 2

□ Холод

Теплота

Годовой расход холода и теплоты на обработку воздуха в действующих системах кондиционирования сушильных камер сырокопченых колбас

В формуле (1) дополнительно учтена мощность насоса камеры орошения, так как она работает с открытой системой циркуляции воды. В формуле (2) учтена только мощность насоса, обеспечивающего циркуляцию хладоноси-теля в замкнутой системе по контуру «воздухоохладитель кондиционера -испаритель холодильной машины». В формуле (3) принято, что оборудование системы с постоянной рециркуляцией (способ 2) и системы с переменной рециркуляцией (способ 1б) имеет одинаковую установочную мощность, так как обе системы действуют по замкнутому контуру циркуляции хладоносителя и отличаются только продолжительностью работы холодильной машины.

Мощность холодильного оборудования зависит от расхода холода в системе Оо, который определяют по максимальному полезному расходу:

Q Q

Q _ ^ОП^ПОТ

расход воды в камере орошения

W _-

Q„,

pwCw Atw

(м3/с),

(6)

(4)

ПвоЬраб

где Ооп- максимальный полезный расход холода на охлаждение всего потока циркулирующего воздуха (максимальная тепловая нагрузка на охладительное оборудование кондиционера - воздухоохладитель, камеру орошения), кВт; Кпот = 1,05 - 1,1 - коэффициент, учитывающий потери холода в трубопроводах; пво = 0,95 - коэффициент эффективности воздухоохладителя; £>ра6 = 0,75 - коэффициент рабочего времени для систем холодоснаб-жения кондиционеров.

По значению Оо, виду хладагента и хладоносителя подбирают конструкцию водоохлаждающей холодильной машины с соответствующей мощностью компрессора (компрессоров) и вентиляторов воздушного конденсатора. По значению Ооп определяют:

расход хладоносителя в воздухоохладителе

% с'Д (м3/с), (5)

РхлСхлД1хл

где бхл - объемный расход хладоносителя, м3/с; рхл - плотность хладоносителя, кг/м3; С - теплоемкость хла-

' ' ' хл

доносителя, кДж/кг^К; Atхл - перепад температур по хладоносителю, °С;

где W- объемный расход воды, м3/с; р№- плотность воды, кг/м3; С^- теплоемкость воды, кДж/кг^К; Дt перепад температур по воде в камере орошения, °С.

По объемному расходу хладоносителя бхл и гидравлическим потерям напора подбирают насос для циркуляции хладоносителя в системе «воздухоохладитель - испаритель холодильной машины». Аналогично подбирают насос камеры орошения.

При расходе воздуха V =10000 м3/ч расход холода в системе Оо = 58,9 кВт. По значению Оо подбираем водоох-лаждающую холодильную машину производства фирмы «ТермоКул», имеющую следующие данные: Оо = 60,2 кВт, мощность ?<Мхоб = 25,8 кВт (2 спиральных компрессора, вентиляторы конденсатора и насос гидромодуля). Мощность насоса камеры орошения N = 1,5 кВт, мощность вентиля-

нас.ко ' ' 1

тора центрального кондиционера N = 5,5 кВт.

в.ц

С учетом формул (1-3) и времени работы оборудования в различные периоды года находим, что годовой расход электроэнергии в системах обработки воздуха составляет:

способ 1а 1N 1 = 103,33-103 кВт^ч;

год. 1а ' '

способ 1б '^LN 1б = 91,76-103 кВт^ч;

год. 1б ' '

способ 2 '^LN 2 = 118,85-103 кВт^ч.

год. 2

Из приведенных данных следует, что наибольшим годовым расходом теплоты характеризуются системы 1а и 1б:

О 11б = 567,3+642,9 =1210,2 ГДж.

^нагр.год. 1а, 1б ' ' ' ' 1

При этом годовой расход теплоты в системе, работающей по способу 2, составляет 598,7 ГДж, что примерно вдвое меньше расхода теплоты в системах с подогревом наружного воздуха 1а, 1б. Но способ 2 характеризуется наибольшим годовым расходом холода (579,2 ГДж, способы 1а и 1б - 310,2 ГДж), что объясняется применением холодильной машины в холодное время года. В связи с этим система имеет наибольший годовой расход электроэнергии на питание холодильного оборудования.

При перерасчете полученных значений годовых энергозатрат на 1 кг выпускаемой продукции находим, что удельный расход теплоты составляет: способ 1а дуд = 9455 кДж; способ 1б дуд = 9455 кДж; способ 2 дуд = 4680кДж; удельный расход электроэнергии: способ 1а N = 0,81 кВт^ч;

уд

способ 1б N = 0,72 кВт^ч;

уд

способ 2 N = 0,98 кВт^ч.

уд

Энергозатраты определены с учетом следующих данных: системы работают с постоянным расходом воздуха (без простоев оборудования); средняя загрузка камеры по сырому продукту остается неизменной (10 т); средние потери массы продукта Дд = 20 %; общая продолжительность работы камеры в режиме сушки составляет 320 сут (16 циклов сушки без учета времени загрузки и выгрузки); бгод = 128 т.

Системы с подогревом наружного воздуха характеризуются не только повышенным расходом теплоты, но и сложностью системы регулирования температурно-влажностного режима, а также применением процессов увлажнения смеси воздуха водой. Увлажнители воздуха не обеспечивают необходимых санитарно-гигиенических условий подготовки кондиционированного воздуха. Поэтому увлажнение воздуха паром является более предпочтительным.

Во втором способе процессы охлаждения с осушением предусмотрены в воздухоохладителе, что является предпочтительным с точки зрения исключения «мокрых» режимов, при которых из камер орошения частично выносятся капли воды вместе с охлажденным воздухом. Это нарушает влажностный режим сушки продукта, возникает ржавление воздуховодов и конструкций кондиционеров, что уменьшает срок службы оборудования. Кроме того, обработка воздуха в воздухоохладителях позволяет значительно уменьшить расход хладоносителя, так как перепад температур по хладоносителю в камерах орошения не превышает 2...2,5 °С. В воздухоохладителях он по крайней мере в 2 раза больше. Следовательно, обработка воздуха в системах кондиционирования, действующих по способу 2, имеет значительные преимущества перед способом 1, так как основным оборудованием для тепловлажностной обработки воздуха в таких системах является воздухоохладитель (воздухонагреватель играет роль доводочного аппарата). Но применение круглогодичной постоянной рециркуляции является серьезным недостатком, который необходимо исключить при совершенствовании способов обработки воздуха с целью уменьшения энергозатрат.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.