Материал: Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура
ISSN 2541-9110 |
Housing andutilities infrastructure. No. 2(13). 2020 |
|
|
Задачей настоящего исследования является сравнение коэффициента теплопередачи для заданной площади теплообменника при различных режимах использования многофункционального зала и определение эффективности его работы в зависимости от теплосодержания воздуха.
Для проведения численного эксперимента согласно данным табл. 2 выбран центральный кондиционера AIRNEP-M40, просчитаны параметры теплоносителя в контуре теплообменника. Площадь фронтального сечения центрального кондиционера AIRNEP-M40 составляет fв=11 м2, площадь живого сечения одной медной трубки fw =0,0001108 м2, расстояние между трубками 2,5м, высота трубной решетки Hтр= 2,7м. В качестве теплоносителя использован 40%-ный раствор этиленгликоля.
На Id-диаграмме состояния влажного воздуха выполнено построение процессов обработки воздуха в центральном кондиционере (рис. 2).
Рис. 2. Построение процессов обработки воздуха в центральном кондиционере в ТПГ:
точка О – состояние воздуха на входе в теплообменник; П’ – состояние воздуха на выходе из теплообменника; П – состояние приточного воздуха; У – состояние уходящего воздуха; Н1 – состояние наружного
воздуха при tн1=29 °C; Н2 – состояние наружного воздуха при tн2=25 °C; Н3 – состояние наружного воздуха при tн3=35 °C
Процесс ОН1 характеризует изменение параметров воздуха при нормативных значениях наружного воздуха, ОН2 – при минимальной разнице температур между внутренним и наружном воздухом, ОН3 – при максимальнойтемпературе наружного воздуха, указанной производителем оборудования в качестве максимально допустимой для его работы.
Определяем конечную температуру воды на выходе из теплообменника, twkВО, °C, по формуле:
tВО tВО W(t t )
wk wн н о , (1)
где W– показатель отношения теплоемкости потоков, принимаем равным при tн1 – равным 0,3, при tн2– равным 0,4, при tн3 равным – 0,2; twнВО– начальная температура воды на входе
втеплообменник, равная температуре точки росы, определяется по рис. 2, tн –температура
-50 -
ISSN 2541-9110 Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура. № 2(13). 2020
наружного воздуха, tн1=29 °C, tн2=25 °C, tн3=35 °C; tо – конечная температура охлаждения воздуха (рис. 2), равная 13 °С.
В эксперименте – разность ∆tw=twkВО–twнВО принята в диапазоне температур от 2 до 6 °С путем изменения величины W.
Показатель теплотехнической эффективности определяется по формуле:
|
t |
н |
t |
ВО |
|
|
|
|
wk |
. |
(2) |
||
tн |
|
|
||||
t |
twВОн |
|
||||
По графику [8] при известных Θt иW находится значение числа единиц переноса Nt. Массовая скорость движения воздуха в живом сечении теплообменника, νρ, кг/(м2∙с),
определяется по формуле:
v |
Gв |
, |
(3) |
3600 fв
где Gв – расход воздуха, кг/ч; fв– площадь фронтального сечения теплообменника, м2. Расход теплоносителя при оптимальном значении эквивалента W определяется по
формуле:
G |
|
Gв cв |
, |
(4) |
|
||||
ж |
W c |
|
||
|
|
ж |
|
|
где W=0,3; св – теплоемкость воздуха, равная 1,005 кДж/(кг∙°C); сж – теплоемкость промежуточного теплоносителя, равная 3,39 кДж/(кг∙°C); Gв – расход воздуха, кг/ч.
Общее количество трубок, шт, определяется по формуле:
N |
p Hтр |
, |
(5) |
|
|||
|
hво |
|
|
где hво – шаг труб по высоте, м, hво=0,05 м; Hтр – высота трубной решетки, м, Hтр=2,7 м; p – число рядов, по [9] принято равным 10; N=10·2,7 / 0,05 = 540 шт.
Число трубок, подключаемых к подающему коллектору, шт., определяется по фор-
муле:
m |
N |
, |
(6) |
|
|||
|
n |
|
|
где N – общее число трубок, шт.; n – число ходов, по [8] принято равным 2; m = 540 / 2 = 270 шт.
Скорость движения теплоносителя в трубках теплообменника определяется по фор-
муле:
wж |
|
G |
m ж |
, |
(7) |
3600 fw |
|||||
|
|
ж |
|
|
|
где Gж – расход теплоносителя, кг/ч; fж –площадь живого сечения одной медной трубки, fw =0,0001108 м2 [8]; m– число трубок, подключаемых к подающему коллектору, шт.; ρж – плотность теплоносителя,1067 кг/м3.
Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2∙°С), определяется по формуле:
KВО 21,68 v 0.37 wж 0,18 , |
(8) |
KВО 21,68 3,4 0.37 1,16 0,18 35,0Вт/(м2∙°С).
Требуемая площадь поверхности теплообменника, м2, определяется по формуле:
|
|
FВО |
Nt Gв cв |
, |
(9) |
|
|
3,6 p KВО |
|||
|
|
тр |
|
|
|
FВО |
1,4 136333,3 1,005 |
152,2м2. |
|
|
|
|
|
|
|
||
тр |
3,6 10 35,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- 51 -
ISSN 2541-9110 |
Housing andutilities infrastructure. No. 2(13). 2020 |
|
|
Площадь поверхности теплообменника, рассчитанная при нормируемой температуре наружного воздуха, принята при выборе оборудования и используется в численном эксперименте, результаты которого представлены в табл. 3.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
|
|
Определение теплотехнической эффективности и коэффициента теплопередачи |
||||||||||||||||
|
|
|
|
теплообменника при различных температурах наружного воздуха |
|
||||||||||||||
t |
|
, оС |
|
tВО , оС |
|
|
|
|
Nt |
|
v , |
|
G , кг/ч |
|
w ,м/с |
KВО, |
|||
|
н |
|
|
wk |
|
|
t |
|
|
|
|
кг/(м2∙с) |
|
ж |
|
ж |
Вт/(м2∙°С) |
||
|
25 |
|
16,8 |
|
0,6 |
|
1,05 |
|
|
3,4 |
|
101043,5 |
|
0,88 |
26,25 |
||||
|
29 |
|
16,8 |
|
0,7 |
|
1,4 |
|
|
3,4 |
|
134054,4 |
|
1,16 |
35,0 |
||||
|
35 |
|
16,4 |
|
0,8 |
|
1,7 |
|
|
3,4 |
|
202087,0 |
|
1,76 |
42,5 |
||||
|
|
Определение коэффициента теплопередачи теплообменника при переменном расходе |
|||||||||||||||||
воздуха представлено в виде зависимости: |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
KВО |
|
Nt Gв cв |
. |
|
|
|
|
|
(10) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,6 p FВО |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Результаты расчета коэффициента теплопередачи теплообменника при переменном |
|||||||||||||||||
расходе воздуха представлено в табл. 4. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
|
|
|
|
Результаты расчета коэффициента теплопередачи теплообменника |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при переменном расходе воздуха |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Значение коэффициента теплопередачи, |
|||||||
|
|
|
|
Конфигурация зала |
|
|
|
|
|
|
KВО , Вт/(м2∙°С) |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tн=29 °C |
|
tн=25 °C |
|
|
tн=35 °C |
||
1. Трибуны с полной посадкой людей |
|
20,8 |
|
|
15,6 |
|
|
|
25,3 |
||||||||||
2. Танцевальный партер с трибуной |
|
18,3 |
|
|
14,0 |
|
|
|
22,8 |
||||||||||
3.Танцевальный партер |
|
|
|
|
|
35,0 |
|
|
26,25 |
|
|
|
42,5 |
||||||
4. Ринг плюс трибуны |
|
|
|
|
|
7,6 |
|
|
5,7 |
|
|
|
9,2 |
||||||
5. Торжественные мероприятия |
|
|
10,1 |
|
|
7,6 |
|
|
|
12,2 |
|||||||||
6. Выставочный павильон |
|
|
|
|
5,8 |
|
|
4,3 |
|
|
|
7,0 |
|||||||
Определение расчетного значения коэффициента теплопередачи теплообменника, используемого в системе рекуперации холодоносителя, при различных режимах использования многофункционального помещения представлено на рис. 3.
Таким образом, расчетные значения коэффициента теплопередачи при различных режимах использовании помещения находятся в рабочей области. Однако имеет место значительное отклонение расчетных значений величины от рабочего, соответствующего принятой марки и типоразмера теплообменника. Следовательно, для системы рекуперации холодоносителя, представленной на рис. 1, требуются дополнительные исследования и разработка конструктивного решенияипринципа работы теплообменного аппарата с учетом специфики объекта строительства.
Стоит также отметить, что на рис. 3 имеет место область значений, выходящих за пределы рабочей области. Для выявления возможности применения системы рекуперации с промежуточным теплоносителем в этом случае выполнены дополнительные исследования: определена температура воздуха после теплообменника при максимальной температуре tн=35 °С для конфигурации зала № 3 (табл. 2) по расчетным параметрам теплообменника при tн1=29 °С и построен процесс на Id-диаграмме состояния влажного воздуха (рис. 4). Температура воздуха после теплообменника определялась по формуле:
- 52 -
ISSN 2541-9110 |
|
|
Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура. № 2(13). 2020 |
|||||||||
|
|
|
|
|
tо tн |
twkВО twВОн . |
|
|
|
(11) |
||
|
|
|
|
|
|
W |
|
|
|
|
|
|
KВО, Вт/(м2∙°С) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
45 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
42,5 |
|
35 |
|
|
|
|
35 |
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25,3 |
||
25 |
|
26,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
20,8 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22,8 |
||
20 |
|
15,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
15 |
|
|
|
18,3 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12,2 |
|||
|
14 |
|
|
10,1 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
9,2 |
|||
7,6 |
|
|
7,6 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
5,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
||
|
4,3 |
|
|
5,8 |
|
|
|
|
|
|||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tн,оC |
||
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
31 |
32 |
33 |
34 |
|||
|
35 |
|||||||||||
|
|
Трибуны |
|
|
Партерс трибуной |
|
|
Партер |
|
|
||
|
|
Рингстрибунами |
|
Торжественныемероприятия |
|
Выставка |
|
|
||||
|
|
Рабочаязона |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3. График зависимости коэффициента теплопередачи от температур наружного воздуха |
||||||||||
|
|
|
|
|
при переменных расходах воздуха |
|
|
|
||||
Рис. 4. Построение процессов обработки воздуха в центральном кондиционере в ТПГ при параметрах наружного воздуха, превышающих нормативные значения
При анализе процесса обработки воздуха при tн=35 °С (рис. 4) установлено, что нормативное значение влажности в помещении значительно больше оптимальных величин
- 53 -
ISSN 2541-9110 |
Housing andutilities infrastructure. No. 2(13). 2020 |
|
|
[10], а теплообменник с расчетной площадью не удовлетворят требованию по максимальной скорости жидкости в трубках.
Заключение.
Обосновано, что для обеспечения энергосбережения системы кондиционирования воздуха многофункциональных помещений общественных зданий наиболее рациональным решением является применение системы рекуперации холодоносителя с промежуточным теплоносителем. Для обработки приточного воздуха рекомендуется предусматривать гликолевый теплоутилизатор.
Выполнены исследования режима работы теплообменника при разных теплопоступлениях в помещении, указывающие на необходимость совершенствования конструктивного решения оборудования и разработки алгоритма его функционирования в рациональном диапазоне теплотехнических характеристик.
Установлено, что призначенияхнаружного воздуха, близкихк+35 °С, указанныхпроизводителями климатического оборудования как максимально допустимые для его работы, невозможно использовать предложенную схему рекуперации холодоносителя в ТПГ. Данные выводы следует учитывать при совершенствовании конструкции теплообменного оборудования с целью обеспечения продолжения работы системы рекуперации при достижении высоких значений параметров наружного воздуха.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Жерлыкина, М. Н. Обеспечение энергосбережения СКВ предприятий общественного питания/ М. Н. Жерлыкина, Т. В. Щукина, Е. И. Лобов// Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура. – 2018. – № 3(6). – С. 34-42.
2.Богуславский, Л. Д. Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции
икондиционирования воздуха: справочное пособие / Л. Д. Богуславский [и др.]. – Москва: Стройиздат, 1990. – 624 с.
3.Мерщиев, А. А. Рекуперация тепла в здании / А. А. Мерщиев, И. П. Мерщиева // Инженерные системы и сооружения. – 2013. – № 4. – С. 16-21.
4.Свердлов, А. В. Современные технологии рекуперации тепла в климатическом оборудовании / А. В. Свердлов // АВОК. – 2014. – № 3. – С. 28-30.
5.Свердлов, А. В. Температурный расчет системы рекуперации тепла Econet / А. В. Свердлов // АВОК. – 2015. – № 2. – С. 22.
6.Шичкин, В. В. Обоснование применения рекуперации теплоты вентиляционного воздуха при климатизации универсальных быстротрансформирующихся зданий / В.В. Шичкин, М.Н. Жерлыкина, С.А. Яременко, С.А. Соловьев // Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура. – 2020. – № 1 (12). – С. 40-48.
7.Лобанов, Д. В. Учет комплекса параметров при оценке состояния микроклимата в помещении / Д.В. Лобанов, В.В. Шичкин // Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура. – 2017. – № 4(3). – С. 70-75.
8.Жерлыкина, М. Н. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение общественных зданий: учебное пособие / М. Н. Жерлыкина. – Воронеж: Воронежский ГАСУ, 2011. – 128 с.
9.Белова, Е. М. Центральные системы кондиционирования воздуха в зданиях / Е. М. Белова. – Москва: Евроклимат, 2006. – 640 с.
10.Ливчак, В. И. О нормах воздухообмена общественных зданий и последствиях их завышения / В. И. Ливчак // АВОК – 2007. – № 6 – С. 4-9.
Поступила в редакцию10 мая 2020
- 54 -