1.3 Термодинамическая модель систем кондиционирования и вентиляции

Процесс подготовки воздуха перед подачей его в кондиционируемое помещение представляет собой совокупность технологических операций и называется технологией кондиционирования воздуха. Технология тепло влажностной обработки кондиционируемого воздуха определяется начальными параметрами воздуха, подаваемого в кондиционер, и требуемыми (задаваемыми) параметрами воздуха в помещении.

Для выбора способов обработки воздуха строят I-d диаграмму, позволяющую при определенных исходных данных найти такую технологию, которая обеспечит получение заданных параметров воздуха в обслуживаемом помещении при минимальных расходах энергии, воды, воздуха и т.д. Такая схема обработки воздуха называется термодинамической моделью системы кондиционирования воздуха (ТДМ).

Параметры наружного воздуха, подаваемого в кондиционер для последующей обработки, изменяются в течение года и суток в большом диапазоне. Поэтому можно говорить о наружном воздухе как о многомерной функции Х_н = х_н (ф). Соответственно совокупность параметров приточного воздуха есть многомерная функция Х_пр = х_пр (ф), а в обслуживаемом помещении Х_пом = х_пом (ф) (параметры в рабочей зоне).

Математически технологический процесс может быть представлен аналитическим или графическим описанием движения многомерной функции Х_н к Х_пр и далее к Х_пом.

Отметим, что под переменным состоянием системы х (ф) понимаются обобщенные показатели системы в различных точках пространства и в различные моменты времени.

Термодинамическую модель движения функции Х_н к Х_пом строят на I-d диаграмме, а затем определяют алгоритм обработки воздуха, необходимое оборудование и способ автоматического регулирования параметров воздуха.

Построение ТДМ начинают с нанесения на I-d диаграмму состояния наружного воздуха данного географического пункта. Расчетная область возможных состояний наружного воздуха принимается по СНиП 2.04.05_91 (параметры Б).

Верхней границей является изотерма t_л и изоэнтальпа h_л (предельные параметры теплого периода года). Нижней границей является изотерма t_зм и изоэнтальпа h_зм (предельные параметры холодного и переходных периодов года). Предельные значения относительной влажности наружного воздуха принимаются по результатам метеорологических наблюдений. При отсутствии данных принимают диапазон от 20% до 100%.

Таким образом, многомерная функция возможных параметров наружного воздуха заключена в многоугольнике abcdefg (рис.1.3).

Затем наносят на I-d диаграмму требуемое (расчетное) значение состояния воздуха в помещении или в рабочей зоне.

Это может быть точка (прецизионное кондиционирование) или рабочая зона Р₁Р₂Р₃Р₄ (комфортное кондиционирование).

Далее определяют угловой коэффициент изменения параметров воздуха в помещении е и проводят линии процесса через граничные точки рабочей зоны. При отсутствии данных о тепловлажностном процессе в помещении ориентировочно е можно принять (в кДж/кг):

предприятия торговли и общественного питания 8 500 - 10 000

зрительные залы 8 500 - 10 000

квартиры 15 000 - 17 000

офисные помещения 17 000 - 20 000

Рис.1.3 Изображение на I-d диаграмме параметров воздуха при кондиционировании.

После этого строят зону параметров приточного воздуха. Для этого на линиях е, проведенных из граничных точек зоны Р₁Р₂Р₃Р₄, откладывают отрезки, соответствующие расчетному перепаду температур:

Дt = t_пом - t_пр, (1.13)

где t_пр - расчетная температура приточного воздуха.

Решение задачи сводится к переводу параметров воздуха из многомерной функции Х_н к функции Х_пом.

Величину Дt принимают по нормам или рассчитывают, исходя из параметров системы холодоснабжения.

Допустимый перепад температур удаляемого и приточного воздуха (Дt) для производственных помещений составляет 6-9 °С, торговых залов - 4-10 °С, а при высоте помещения более 3 м - 12-14 °С. В общем случае параметры удаляемого из помещения воздуха отличаются от параметров воздуха в рабочей зоне. Разница между ними зависит от способа подачи воздуха в помещение, высоты помещения, кратности воздухообмена и других факторов.

Зоны П, Р и У (приточная, рабочая, удаляемая) на I-d диаграмме имеют одинаковую форму и расположены вдоль линии е на расстояниях, соответствующих разностям температур Дt₁= t_пом - t_пр и Дt₂ = t_уд - t_пом.

Соотношение между t_пр, t_пом и t_уд оценивается коэффициентом:

(1.14)

Таким образом, процесс кондиционирования воздуха сводится к приведению множества параметров наружного воздуха (многоугольник abcdef) к множеству параметров приточного воздуха (многоугольник П₁П₂П₃П₄).

Техническая реализация этого преобразования может быть представлена различными структурными схемами СКВ: прямоточной, с рециркуляцией воздуха или рекуперацией тепла.