Use of ducted air conditioners in different seasons of the year

Full Text

Расчет проводили для канального кондиционера модели S237OP фирмы Airwell. Зависимость его холодопроизводительности от температуры наружного воздуха при номинальном расходе представлена на рис. 1. В диапазоне температур +15...-10 °C работает «всесезонная» система, которая поддерживает давление конденсации на постоянном уровне с помощью вентиляторов наружного блока.

 

Puc. 1. Зависимость холодопроизводительности кондиционера от температуры наружного воздуха

 

При расчете были приняты следующие допущения:

• суммарные тепловыделения от помещения постоянны;
• температура воздуха на выходе из помещения 27 °C, относительная влажность 50 %;
• температура воздуха на входе в помещение 17 °C (по [1]). Наружный воздух нагнетается канальным вентилятором в камеру, где он смешивается с воздухом из помещения. Затем весь воздух идет в воздухоохладитель, проходит тепловую обработку, после чего попадает в помещение (рис. 2).

 

Рис. 2. Схема подачи воздуха: 1 — внутренний блок (теплообменник и вентилятор) 2 -камера смешения; 3 — канальный вентилятор

 

Процесс смешения должен происходить таким образе чтобы в камере смешения 2 не было выпадения влаги, та расход как образовавшиеся капли будут ухудшать работу испари теля и их придется удалять через дополнительную . Зимой возможно образование мелких ледяных частиц (ледяной туман), которые могут повредить хладобменник внутреннего блока. Поэтому зимой температура воздуха после камеры смешения не должна быть них 20 °C. В летний период при высоких значениях температуры и расхода наружного воздуха холодопроизводительности кондиционера может не хватать для снятия тепловой на грузки.

 

Рис. 3. Процесс смешения воздуха в камере смешения на диаграмме Рамзина

 

Расчет начинается с определения параметров воздуха к днаграмме Рамзина для камеры смешения (рис. 3). Температура наружного воздуха, соответствующая точке 2, равна t _н. Температура воздуха, забираемого из помещения, соответствующая точке 1, равна t _п. Смесь (точка 3) находится на прямой, соединяющей точки 1 и 2. Температура точки смешения t _с -это температура выхода воздуха из камеры смешения, которая будет использоваться в дальнейшем для расчета испарителя кондиционера.

Параметры воздуха в камере смешения определяют по формулам:

t _с=( М_н i _н+М_п i _п)/( М_н +М_п );

d _с=( М_н d _н+М_п d _п)/( М_н +М_п )

где i_с, i_н, i_п-энтальпия, кДж/кг;

d_с, d_н, d_п - влагосодержание, г/кг;

м_с, м_н, м_п - объемный расход, м³/ч, соответственно возма после камеры смешения, наружного воздуха и воздуха из помещения.

Расход воздуха через внутренний блок составляет 3000 м³/ч, расход наружною воздуха может колебаться от 10 до 70 % общею расхода. Параметры воздуха па улице изменяются в зависимости от времени года (см. таблицу).

Диапазон температур за сезон определяли по обобщенным статистическим данным для Москвы и Московской области (сайт www.adv.ru).

Определив параметры воздуха в камере смешения, по диаграмме влажного воздуха получали параметры на выходе из внутреннего блока кондиционера и после нахождения влажности воздуха на входе в помещение рассчитывали требуемую холодопроизводительность.

Обычно температура поверхности испарителя ниже точки росы (влажный испаритель), т.е. она близка к температуре кипения хладагента. Процесс охлаждения может протекать в двух вариантах:

• без конденсации влаги из воздуха;
• с выпадением конденсата на поверхности испарителя из воздуха.

 

Таблица

Показатель	Зима	Лето	Весна -осень
Диапазон температур, °C	0...20	25...35	5...20
диапазон влагосодержания, %	70...90	60...85	60...90

 

Рис 4. Зависимость требуемой температуры воздуха на выходе из кондиционера t* от расхода наружного воздуха при различных значениях температуры и относительной важности (для летнего периода)

 

Было сделано допущение, что тепловая нагрузка от помещения и холодопроизводительность кондиционера при данных температурных условиях постоянны, следовательно, при изменении расхода наружного воздуха будут меняться только параметры воздуха па выходе из испарителя. Следует рассматривать значения расхода наружного воздуха, при которых температура воздуха на входе в помещение будет не выше 17 °C (для примера рассмотрим расход воздуха, при котором температура на входе в помещение будет 15 и 12 °C).

Параметры воздуха на выходе из испарителя рассчитывали следующим образом:

По формуле (3) определяли энтальпию воздуха /_в на выходе из кондиционера. Значение холодопроизводительности кондиционера находили по графику на рис.1.

Q₀ = G(i_c -i_в),                                    .                                                                (3)

где i_c, i_B-энтальпия воздуха на выходе из камеры смешения и на входе в помещение, кДж/кг;

G - массовый расход воздуха через внутренний блок, кг/с;

G = (M_c/3600)ρ,                                                                                                  (4)

ρ = [(1 + d_B10 ^-3)10⁵]/[(271,1 +dв10 ^-3•461,5)(t_в + 273)], (5) где ρ - плотность воздуха, кг/м³;

d_B - влагосодержание воздуха, г/кг;

t_B температура воздуха, °C;

Далее по диаграмме находили точку i _φ =100%, которая показывала, как идет процесс - с выпадением влаги или нет. Реально конденсация влаги начинается по достижении относительной влажности φ = 95...98 %.

При i_в > i_φ=100% выпадения влаги из воздуха не происходит, расчет на этом заканчивается.

При i_в < i_φ=100% происходит конденсация влаги из воздуха, для таких режимов заново рассчитывали i_в по формуле (6):

Q₀ = G(i_c -i_в) + mr,                   (6)

где r - скрытая теплота конденсации (r = 2500 кДж/кг); m - масса сконденсировавшейся воды, кг/с;

m = Δ d G_в                                                                                                                           (7)

Параметры воздуха на выходе из кондиционера находили методом последовательных приближений. За давали количество сконденсировавшейся воды (через Δ d). После первого расчета но формуле (6) на диаграмму наносили точку с полученными координатами d и i. Если она не попадала на кривую относительной влажности 95 %, изменяли Δ d и расчет повторялся.

По результатам, полученным для летнего периода, можно сделать следующие выводы.

• При всех расчетных параметрах летом (25...35 °C) при смешивании воздуха конденсации влаги не происходит. Поэтому графики зависимости влажности воздуха на выходе из камеры смешения от притока наружного воздуха не приводятся.

• При температурах воздуха выше 30 °C помещение следует вентилировать так, чтобы при подмесе наружного во духа (рис. 4) температура его на выходе из кондиционер не превышала 17 °C, иначе возможно нарушение комфортного теплового режима в помещении. При температуре во духа до 25 °C на вентиляцию не накладывается практически никаких ограничений.

Зимой подачу наружного воздуха ограничивают два фа тора: температура воздуха после камеры смешения доля быть не ниже 20 °C и его относительная влажность не должна быть более 95 % в самой камере смешения, для чтобы избежать конденсации влаги.

Влагосодержание на выходе желательно получить в пределах нормы (65-70 %).

Расчет для зимнего периода можно вести по тем же ф мулам (1 )-(7). Зимой расход наружного воздуха должен б таким, чтобы не требовалось дополнительного охлажден помещения, т. е. оно полностью охлаждалось бы наружным воздухом. Результаты расчета представлены на рис. 4

 

Рис. 5. Зависимость температуры (а) и относительной влажности воздуха (б) на выходе из камеры смешения от расхода наружного воздуха (для зимнего периода)

 

Рис. 6. Зависимости требуемой холодопроизводительности Q от расхода наружного воздуха при различных значениях

 

• Для зимнего и весенне-осеннего периодов можно сделать обобщенный вывод. Если при смешении наружного воздуха с воздухом, подаваемым из помещения (рис. 5, 6), температура на выходе камеры смешения не будет ниже 20 °C, то конденсации в камере смешения происходить не будет. Практически это означает, что достаточно иметь датчик температуры на выход; из камеры смешения и контролировать температуру воздуха,
• При относительно небольших значениях подмеса холодного наружною воздуха можно осуществлять охлаждение помещения только за счет низкой температуры наружного воздуха. При этом у кондиционера работает только внутренние блок в режиме вентиляции. Это выгодно и с точки зрения энергосбережения, и с точки зрения продления срока службы компрессора, так как он не будет работать в холодный период года

Приведенные выше результаты расчетов можно считать рекомендательными для получения комфортных условий в помещении. Расход наружного воздуха можно регулировать дополнительной заслонкой либо изменением скорости вращения канального вентилятора.

В результате при достаточной автоматизации мы получим экономную систему кондиционирования, энергопотребление которой в весеннее-осенний и зимний сезоны будет резко снижаться по сравнению с традиционными системами без подмеса наружного воздуха.

About the authors

V. V. Shishov

MSTU im. Bauman

Email: info@eco-vector.com

Cand. tech, science

Russian Federation

A. S. Nikishin

MSTU im. Bauman

Email: info@eco-vector.com

Cand. tech, science

Russian Federation

A. Yu. Mikhailov

MSTU im. Bauman

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

D. I. Rakitin

MSTU im. Bauman

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com

Cand. tech, science

Russian Federation

References

Supplementary files