Система испарительного охлаждения приточного вентиляционного воздуха

3.1 Теоретические основы и расчетные зависимости

Принцип действия испарительного охлаждения основан на том факте, что ненасыщенный влагой воздух обладает способностью воспринять определенное количество водяного пара, обеспечивая тем самым охлаждение взаимодействующей с ним воды за счет отведения теплоты испарения. Теоретическим пределом охлаждения является температура мокрого термометра воздуха. Таким образом, охлажденной в градирне водой можно охладить наружный приточный воздух. Преимуществом такого способа является простота схемы и соответственно низкая стоимость по сравнению с “машинным ” охлаждением, недостатком – небольшая глубина понижения температуры воздуха.

Принципиальная схема испарительного охлаждения приточного воздуха приведена на рис. 6.

Рис.6 Принципиальная схема испарительного охлаждения приточного воздуха: 1-поверхностный теплообменник, 2- вентиляторная градирня

Данная схема представляет собой систему косвенного испарительного охлаждения воздуха, в которой вода охлаждается наружным воздухом в градирне 2, а затем насосом подается в поверхностный теплообменник-воздухоохладитель, в качестве которого используется блок приточных теплообменников системы утилизации с промежуточным теплоносителем (СУПТ). Процессы охлаждения воды в градирне и воздуха в теплообменнике на h-d диаграмме показаны на рис.7.

Рис.7 Процессы охлаждения приточного воздуха (1-2) и воды (3-4) на h-d диаграмме: t_мн –температура наружного воздуха по мокрому термометру, t_ж2, t_ж1 - температура воды на входе и выходе из поверхностного теплообменника

Для теплотехнического расчета данной системы испарительного охлаждения необходимо располагать зависимостью, включающей в себя конструктивные и теплотехнические характеристики тепломассообменных аппаратов, а также режимные параметры их работы.

Для градирни основными режимными параметрами являются массовые скорости воздуха q_в.гр и воды q_w в градирне:

q_в.гр=v_в.гр∙ρ_в=G_в.гр/F_ор, (3.1)

q_w=G_ж/ F_ор. (3.2)

где G_в.гр, G_ж – массовые расходы наружного воздуха и воды через градирню, F_ор - фронтальная площадь оросителя градирни, v_в.гр,, ρ_в – линейная скорость и плотность воздуха.

В теплотехнических расчетах градирен обычно используют величину относительного расхода воздуха:

λ_в=G_вгр/G_ж (3.3)

где a_h, b_h – коэффициенты, рассчитываемые для рабочего (условно линейного) участка линии равновесия φ=1.0.

Комплексной характеристикой, определяющей тепломассообмен в оросителе градирни, является число единиц полного теплопереноса (энтальпии)от воды к воздуху:

, (3.4)

где А,m – коэффициенты, характеризующие тепломассообмен в оросителе определенной конструкции, h_ор – высота оросителя.

Для противоточной схемы движения воды и воздуха в оросителе градирни коэффициент энтальпийной эффективности градирни связан с величиной N_h.в :

, (3.5)

где h_н1, h₂ – энтальпии воздуха на входе и выходе из градирни, b_h – коэффициент, рассчитываемых для рабочего (условно линейного) участка линии равновесия φ=1.0, c_ж –удельная теплоемкость жидкости, -энтальпия насыщенного воздуха над поверхностью воды при температуре t_ж.

Пренебрегая потерями тепла в системе тепловые нагрузки аппаратов и системы в целом могут быть выражены балансовыми уравнениями.

Тепловой поток Q_х, отведенный в градирне от охлаждаемой воды, определяется уравнением:

Q_x=E_грG_в.гр(h″_ж1-h_н1), (3.6)

- отведенный от воздуха в поверхностном теплообменнике- воздухоохладителе наружного воздуха:

Q_x=E_нG_нс_в(t_в1-t_w2), (3.7)

где Е_н, G_н , с_в - коэффициент эффективности теплообменника- воздухоохладителя, расход наружного воздуха и его удельная теплоемкость,

- подведенный к циркулирующей воде в поверхностном теплообменнике:

Q_x=G_жс_ж (t_ж1-t_ж2) (3.8)

где– расход G_ж ,с_ж – расход и удельная теплоемкость воды.

Из уравнений (3.6)-(3.8) следует:

. (3.9)

В данное уравнение входят две неизвестные из исходных данных величины, а именно температура воды на выходе из воздухоохладителя t_ж1 и энтальпия насыщенного воздуха при этой температуре h˝_ж, которые связаны между собой соотношением

, (3.10)

где a_h, b_h – коэффициенты, рассчитываемые для рабочего (условно линейного) участка линии равновесия φ=1.0.

Коэффициент:

b_h=(h″_ж1 - h″_ж2)/(t_ж1-t_ж2), (3.11)

где t_ж1, t_ж2 – температурные границы рабочего участка линии равновесия.

Принимая соотношение удельных теплоемкостей воды и воздуха с_ж/c_в=4 и вводя в зависимость (3.9) величину λ_в,приходим к выражению

. (3.12)

Обозначим комплекс (3.13)

и выразим искомую температуру воды на входе в градирню t_ж1:

(3.14)

Тепловой поток в градирне при энтальпии наружного воздуха h_н1

Q_x=E_грG_в.гр (h″_ж1-h_н1), (3.15)

а количество холода, выработанного за продолжительность периода τ_i данного состояния наружного воздуха,

Q_xi= Q_x τ_i. (3.16)

Температура воздуха на выходе из теплообменника – охладителя t_н2 и температура воды на выходе из градирни t_ж2:

t_н2 = t_н1 - Q_х/(G_н с_в), (3.17)

t_ж2 = t_ж1 - Q_х/(G_ж с_ж). (3.18)

Дата добавления: 2015-06-27