Меню

Как рассчитать мощность охладителя воздуха



Как рассчитать мощность охладителя воздуха

В данной статье приведёны примеры расчёта мощности охлаждения для технологических процессов наиболее часто встречающихся на промышленных предприяниях.

При подборе чиллера основной задачей является определение требуемой мощности охлаждения. От этого параметра будут зависеть и мощность чиллера и размер и выбор схемы всей системы охлаждения в целом.

В данной статье мы рассмотрим несколько простых вариантов расчёта чиллера для охлаждения, которые в основном могут понадобиться для расчёта мощности охлаждения различных технологических процессов на производстве.

Мощность охлаждения или нагрева, или, другими словами, тепловая мощность и мощность охлаждения определяется как быстрота выделения тепла и равна отношению количества теплоты ко времени, в течение которого она выделялась:

N = Q/t
    Где:
  • Q — количества теплоты (Дж)
  • t – время в течение которого теплота выделялась (с).

Как известно, количество теплоты в общем виде зависит от массы, теплоёмкости тела, разницы начальной и конечной температур и определяется формулой:

    Где:
  • m-масса (кг);
  • C — удельная теплоёмкость (Дж/кг* 0 С);
  • ΔT – разница между начальной и конечной температурой;

В том случае если начальная температура больше конечной количество теплоты будет отрицательным, тело охлаждается. Если положительным — нагревается.

Подставляя значение количества теплоты в формулу тепловой мощности получаем:

N = mc∆T/t

Из формулы видим, что мощность охлаждения или нагрева зависит от массы, теплоёмкости изменения температуры и времени.

Представив формулу в виде:

N = m/t*c∆T

Видим, что отношение массы ко времени — это массовый расход. Соответственно представляя массу как произведение объёма на плотность легко получить формулу мощности охлаждения для некоторого объёма вещества или объёмного расхода вещества. А именно:

N=ρV/∆t*c∆T

Оперируя этими двумя формулами, мы можем вычислить мощность нагрева и охлаждения любого тела без перехода фазового состояния.

Значения плотности и теплоёмкости берём из Таблицы плотности и теплоёмкости некоторых веществ, или находим в стправочниках.

Пример 1

Допустим нам необходимо охладить полиэтиленовый гранулят массой 5 тонн после формования за 1 час. Температура после формования, например 220 0 С. Температура до которой необходимо охладить – 60 0 С. Зная теплоёмкость полиэтилена равную 2,2 (кДж*кг* 0 С), используем формулу нахождения мощности через массу:

N=(5000 (кг))/(3600 (с))*2,2(кДж/(кг* 0 С))*160( 0 С)=488,89(кВт)

Мощность необходимая для охлаждения 5-ти тонн полиэтилена за 1 час равна 490 кВт.

Пример 2

Далее рассмотрим пример вычисления мощности охлаждения некоторого объёма жидкости. Возьмём для примера 2000 л молока после приёмки и охладим его до необходимой температуры 2-4 0 С за 2 часа.

  • Теплоёмкость парного молока 3,93 (кДж/(кг* 0 С));
  • Плотность – 1018 (кг/м 3 );
  • ΔT – разница между начальной и конечной температурой — 37 0 С;

Подставляя всё в формулу вычисления мощности через объём и плотность получаем:

N=(2 (м 3 )*1018 (кг/м 3 ))/(7200 (c))*3,93 (кДж/(кг* 0 С))*37( 0 С)=41,12(кВт)

Мощность необходимая для охлаждения 2000 л парного молока за 2 часа равна 41,12 кВт.

Пример 3

В следующем примере рассмотрим охлаждение технологического процесса, охлаждаемого проточной водой, с целью перевести охлаждение на циркуляционное.

Для вычислений нам понадобятся расход воды и температура на входе в охлаждаемое оборудование и на выходе из него.

Предположим, что расход охлаждающей воды составил 4 м3/час, температура на входе 15 0 С, а на выходе 45 0 С.

Используем соответствующую формулу:

N=(4(м 3 /час)*1000(кг/м 3 ))/(3600 (c))*4,19(кДж/(кг* 0 С))*30( 0 С)=139,67(кВт)

В целом, используя приведённые три примера возможно рассчитать мощность охлаждения для большинства технологических процессов на производстве.

Когда мощность охлаждения нам известна следует определиться с тем какая температура должна быть на входе в охлаждаемое оборудование. Чаще всего, этот параметр определить не сложно. Он либо прописан в инструкции по эксплуатации, либо понятен из опыта эксплуатации оборудования.

Читайте также:  Потеря мощности двигателя бензинового двигателя

Если у вас остались вопросы, Вы можете задать их нам по телефону: +7 (495) 724-38-05

Источник

Расчет мощности систем охлаждения помещений

В. И. Костин, доктор техн. наук, профессор, Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин), izvuz_str@sibstrin.ru

В статье показана целесообразность проведения помесячных и посуточных расчетов систем климатизации зданий. Проведение таких расчетов повысит надежность этих систем и снизит эксплуатационные затраты.

Традиционно расчет систем климатизации в нашей стране ведется для трех значений температур наружного воздуха, принятых за расчетные для соответствующих периодов года: теплого, переходного, холодного [1]. Обеспечивает ли такой подход решение основной задачи систем климатизации – поддержание в помещении требуемого микроклимата при оптимальных капитальных и энергетических затратах? Думается, что нет. Поэтому представляются весьма интересными предложения, внесенные Ю.А. Табунщиковым и Ю.В. Миллер в статье [2]. Приведя ряд расчетов для жилых и административных помещений, авторы делают вывод, вносящий в случае его реализации существенные коррективы в практику проектирования систем климатизации: «Целесообразно проводить расчеты годового расхода тепловой энергии на отопление и охлаждение помещений зданий по разработанной математической модели, 1 учитывающей особенности режима эксплуатации помещения, такие как переменный воздухообмен, изменение внутренних теплопоступлений, переменные температуры внутреннего воздуха в течение суток, а также особенности почасовых изменений параметров наружного воздуха в течение года» [2].

Рассмотрим возможные результаты применения этой идеи на стадии проектирования на примере расчета мощности системы охлаждения промышленного здания с повышенными требованиями к точности поддержания заданной температуры внутреннего воздуха tв.

Исходные данные

Помещение расположено на первом этаже здания, имеет две наружные стены, ориентированные на юг и север. Место расположения – Новосибирск. Расчетная температура наружного воздуха tн р = +26,4 °C. Амплитуда колебания наружного воздуха от максимальной tн max до минимальной температуры tн min A = 11,4 °C. Объем помещения 10800 м 3 , внутренние поступления теплоты в рабочее время Qв = 32,4 кВт, кратность воздухообмена, определенная из условия соблюдения санитарных стандартов, n = 4, tв = +20 °C.

Конструкция стен: кирпичная кладка толщиной δ = 0,51 м, утеплитель URSA, δ = 0,06 м, коэффициент теплопроводности λ = 0,042 Вт/(м·°C).

Пол утепленный, утеплитель керамзитобетон, δ = 0,06 м, λ = 0,24 Вт/(м·°C). Остекление двойное (второе стекло теплоотражающее), сопротивление теплопередаче 0,48 (м·°C)/Вт.

Доля максимальных часовых поступлений от солнечной радиации Qmax с.р в общем тепловом балансе 26,1%.

Результаты расчетов

Расчеты производились по программе РНП «АВОК» 5.1–2008 «Расчет нагрузки на систему кондиционирования воздуха при нестационарных теплопоступлениях». Часть результатов опубликована ранее в статье [4]. Здесь приводятся новые расчеты, которые производились из условия поддержания постоянной температуры tв как в рабочее, так и в нерабочее время. Возможность отклонения температурного режима от расчетного в нерабочее время во избежание убытков от брака должна быть обоснована расчетами, подтвержденными натурными испытаниями. Однако подобного рода исследования нам неизвестны. Кроме того, в условиях рыночной экономики число рабочих часов зависит от объема заказов. Одно и то же предприятие может работать и в одну смену, и круглосуточно. Следовательно, системы климатизации должны быть одинаково экономичны и эффективны при любой сменности в работе.

Суточное изменение холодильной нагрузки при односменной работе (рабочий период с 8.00 до 16.00)

Суточное изменение холодильной нагрузки при двухсменной работе (рабочий период с 8.00 до 00.00)

Читайте также:  Мощность стиральной машинки zanussi

Суточное изменение холодильной нагрузки при трехсменной работе

На рис. 1–3 показана в относительных величинах Q x динамика изменения мощности системы охлаждения в течение расчетных суток (июль) при одно-, двух- и трехсменной работе.

где Qx min , Qx р – минимальная и расчетная (максимальная) мощность системы охлаждения.

где Qx п , Qx в – соответственно расходы холода на охлаждение помещения и приточного воздуха.

В табл. 1 приводятся сопоставления ряда расчетных показателей. В ней приняты следующие обозначения: Qв – внутренние теплопоступления; Qmax с.р – максимальные часовые поступления солнечной радиации; Qx р.п – максимальный расход холода на охлаждение помещения, определенный данным расчетом; ∆Qx п – амплитуда колебания расхода холода на охлаждение помещения от среднесуточного расхода Qx ср.п ; Qxi – расход холода для одно-, двухсменной работы, Qx3 – для трехсменной работы.

Данные табл. 1 позволяют сделать следующие выводы:

1. Определение мощности системы охлаждения по максимальным теплопоступлениям (Qв + Qmax с.р ) существенно завышает ее величину (особенно при одно- или двухсменной работе).

2. Суточные колебания расходов холода определяются в основном изменением температуры наружного воздуха. Амплитуда изменения потребности в холоде для помещения ∆Qx п невелика, однако для помещений с большей степенью остекления и с меньшей тепловой инерцией ограждающих конструкций она может быть значительной.

В любом случае динамика изменения затрат холода на охлаждение приточного воздуха и помещения будет различной.

Применение расчетов

Рассмотрим теперь, как результаты расчетов можно использовать для анализа вариантов проектных решений системы охлаждения. Проанализируем следующие два варианта.

1. Раздельная система охлаждения приточного воздуха и помещения. Температура приточного воздуха принимается равной температуре внутреннего воздуха, а помещение охлаждается, например, настилающимися на остекление струями.

2. Совмещение охлаждения с приточным воздухом (совмещенная схема). Возникает вопрос – достаточно ли информации для технико-экономического сравнения этих вариантов дают произведенные для расчетного режима вычисления.

В табл. 2 приводится продолжительность стояния температур наружного воздуха tн до +10 °C и менее +20 °C (в процентах от общей продолжительности месяцев) для трех городов России за период май–сентябрь 2 .

1. Минимальная температура tн min = +10 °C, максимальная tн max = +17,5 °C. Пасмурная погода.

2. tн min = +12 °C, tн max = +22,9 °C. Переменная облачность.

В обоих случаях требовалось круглосуточное охлаждение помещения.

Результаты расчета для совмещенной схемы при трехсменной работе представлены на рис. 4. Кривая 1 соответствует первому случаю, кривая 2 – второму; Q н – динамика изменения нагрева, Q x – охлаждения. Из рис. 4 видно, что для первого случая требуется круглосуточный нагрев приточного воздуха, для второго – с 10.00 до 20.00 необходимо охлаждение, в остальное время требуется нагрев. Однако смена работы теплообменников с режима нагрева на режим охлаждения и наоборот требует времени, в течение которого вследствие переходных процессов в системе обработки воздуха возможно нарушение температурного режима в помещении и появление брака.

Для устранения этого явления нужны соответствующие решения, заранее предусмотренные в проекте.

Проведенные аналогичные расчеты для одно- и двухсменной работы показали, что при совмещенной схеме требуются значительные затраты энергии на нагрев приточного воздуха в нерабочее время (табл. 3), а при односменной работе – и на его охлаждение после окончания смены в течение 3–4 ч.

Примечание.
Qн – суточный расход тепла на нагрев приточного воздуха,
Qx – суточный расход холода на охлаждение помещения.

Из табл. 2 видно, что продолжительность стояния температур tн менее +20 °C за летние месяцы составляет: для Благовещенска 55,8%, для Москвы 72,1%, для Новосибирска 69,4%. Следовательно, при совмещенной схеме для случаев одно- и двухсменной работы придется нагревать приточный воздух практически все лето.

Читайте также:  Направленная защита от обратной мощности

Таким образом, применение совмещенной схемы охлаждения при одно- и двухсменной работе нецелесообразно. Заметим, что при расчетном режиме tн max = +26,4 °C затраты на нагрев приточного воздуха в нерабочее время невелики и частично компенсируются теплотой, аккумулированной ограждающими конструкциями. И если ограничиться сравнениями вариантов при параметрах наружного воздуха Б, то выводы могут получиться противоположными. Вопрос о целесообразности совмещенной схемы охлаждения при круглосуточной работе следует решать на основе технико-экономического анализа.

При традиционном расчете вряд ли удалось бы выявить необходимость подогрева приточного воздуха в июле, а тем более смену режима работы теплообменных аппаратов (нагрев – охлаждение – нагрев) в течение суток.

Эти выводы справедливы и для случаев, когда искусственное охлаждение воздуха не применяется. Примером могут служить данные о необходимости учета почасовых изменений tн при расчете систем вентиляции на ассимиляцию избытков теплоты, приведенные в работе [5].

Реализация предложений авторов статьи [2] позволит учесть специфику зданий различного назначения, например зрелищно-развлекательного направления и общественного питания. В этих зданиях максимум внутренних теплопоступлений приходится на вечернее время (с 18.00 до 22.00, а иногда и позже), т.е. на период более низких температур наружного воздуха, по сравнению с так называемым расчетным часом. Так, в Новосибирске это снижение составляет: в 18.00 – 1,2 °C; в 20.00 – 4 °C; в 22.00 – 6,8 °C. Соответственно, будут меньше и расходы энергии на охлаждение приточного воздуха, а значит, и установочные холодильные мощности.

В то же время здания административного и общественного назначения, как правило, в ночное время не работают. Следовательно, для них нет необходимости делать вышеприведенные расчеты на случай появления в июле низких температур tн (порядка +10 °C), которые могут быть в ночные часы.

Таким образом, число расчетных климатических точек (сочетаний параметров наружного воздуха и интенсивности солнечной радиации) зависит от конкретных климатических условий, назначения помещений, требований к состоянию его воздушной среды.

Расчеты должны учитывать годовую (по месяцам) и суточную динамику изменения потребности в теплоте (холоде) наружного воздуха.

Предложения, высказанные в статье [2], отнюдь не противоречат СНиПу [1], где регламентированы лишь экстремальные для соответствующего периода температуры наружного воздуха. А введение помесячных и почасовых расчетов повысит надежность систем климатизации и снизит затраты на их создание и эксплуатацию.

Для реализации предложений авторов статьи [2] целесообразно разработать соответствующие методические указания.

Литература

  1. СНиП 41-01–2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. Введен в действие 01.01.2004 / Госстрой России. М. : Госстрой России, 2004.
  2. Табунщиков Ю.А., Миллер Ю.В. Оценка годового расхода энергии на отопление и охлаждение зданий // АВОК.– 2013.– № 3.
  3. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М. Математическое моделирование и оптимизация тепловой эффективности зданий. М. : АВОК-ПРЕСС, 2002.
  4. Костин В.И., Русских Е.Ю. Проблемы расчета холода на системы кондиционирования промышленных зданий // Известия вузов. Строительство.– 2012.– № 5.
  5. Костин В.И., Федоров Б.А. Проблемы расчета воздухообмена в помещениях с избытками теплоты // Известия вузов. Строительство.– 2011.– № 6.

1 Подробное изложение этой математической модели приводится в книге [3].

2 Таблица составлена на основе данных «Научно-прикладного справочника по климату СССР». СПб., 1989–1998 гг.

3 Проблемы, связанные с расчетами для мая и сентября, рассмотрены в статье [4].

Источник

Как рассчитать мощность охладителя воздуха



Как рассчитать мощность охладителя воздуха

В данной статье приведёны примеры расчёта мощности охлаждения для технологических процессов наиболее часто встречающихся на промышленных предприяниях.

При подборе чиллера основной задачей является определение требуемой мощности охлаждения. От этого параметра будут зависеть и мощность чиллера и размер и выбор схемы всей системы охлаждения в целом.

В данной статье мы рассмотрим несколько простых вариантов расчёта чиллера для охлаждения, которые в основном могут понадобиться для расчёта мощности охлаждения различных технологических процессов на производстве.

Мощность охлаждения или нагрева, или, другими словами, тепловая мощность и мощность охлаждения определяется как быстрота выделения тепла и равна отношению количества теплоты ко времени, в течение которого она выделялась:

N = Q/t
    Где:
  • Q — количества теплоты (Дж)
  • t – время в течение которого теплота выделялась (с).

Как известно, количество теплоты в общем виде зависит от массы, теплоёмкости тела, разницы начальной и конечной температур и определяется формулой:

    Где:
  • m-масса (кг);
  • C — удельная теплоёмкость (Дж/кг* 0 С);
  • ΔT – разница между начальной и конечной температурой;

В том случае если начальная температура больше конечной количество теплоты будет отрицательным, тело охлаждается. Если положительным — нагревается.

Подставляя значение количества теплоты в формулу тепловой мощности получаем:

N = mc∆T/t

Из формулы видим, что мощность охлаждения или нагрева зависит от массы, теплоёмкости изменения температуры и времени.

Представив формулу в виде:

N = m/t*c∆T

Видим, что отношение массы ко времени — это массовый расход. Соответственно представляя массу как произведение объёма на плотность легко получить формулу мощности охлаждения для некоторого объёма вещества или объёмного расхода вещества. А именно:

N=ρV/∆t*c∆T

Оперируя этими двумя формулами, мы можем вычислить мощность нагрева и охлаждения любого тела без перехода фазового состояния.

Читайте также:  Направленная защита от обратной мощности

Значения плотности и теплоёмкости берём из Таблицы плотности и теплоёмкости некоторых веществ, или находим в стправочниках.

Пример 1

Допустим нам необходимо охладить полиэтиленовый гранулят массой 5 тонн после формования за 1 час. Температура после формования, например 220 0 С. Температура до которой необходимо охладить – 60 0 С. Зная теплоёмкость полиэтилена равную 2,2 (кДж*кг* 0 С), используем формулу нахождения мощности через массу:

N=(5000 (кг))/(3600 (с))*2,2(кДж/(кг* 0 С))*160( 0 С)=488,89(кВт)

Мощность необходимая для охлаждения 5-ти тонн полиэтилена за 1 час равна 490 кВт.

Пример 2

Далее рассмотрим пример вычисления мощности охлаждения некоторого объёма жидкости. Возьмём для примера 2000 л молока после приёмки и охладим его до необходимой температуры 2-4 0 С за 2 часа.

  • Теплоёмкость парного молока 3,93 (кДж/(кг* 0 С));
  • Плотность – 1018 (кг/м 3 );
  • ΔT – разница между начальной и конечной температурой — 37 0 С;

Подставляя всё в формулу вычисления мощности через объём и плотность получаем:

N=(2 (м 3 )*1018 (кг/м 3 ))/(7200 (c))*3,93 (кДж/(кг* 0 С))*37( 0 С)=41,12(кВт)

Мощность необходимая для охлаждения 2000 л парного молока за 2 часа равна 41,12 кВт.

Пример 3

В следующем примере рассмотрим охлаждение технологического процесса, охлаждаемого проточной водой, с целью перевести охлаждение на циркуляционное.

Для вычислений нам понадобятся расход воды и температура на входе в охлаждаемое оборудование и на выходе из него.

Предположим, что расход охлаждающей воды составил 4 м3/час, температура на входе 15 0 С, а на выходе 45 0 С.

Используем соответствующую формулу:

N=(4(м 3 /час)*1000(кг/м 3 ))/(3600 (c))*4,19(кДж/(кг* 0 С))*30( 0 С)=139,67(кВт)

В целом, используя приведённые три примера возможно рассчитать мощность охлаждения для большинства технологических процессов на производстве.

Когда мощность охлаждения нам известна следует определиться с тем какая температура должна быть на входе в охлаждаемое оборудование. Чаще всего, этот параметр определить не сложно. Он либо прописан в инструкции по эксплуатации, либо понятен из опыта эксплуатации оборудования.

Читайте также:  Мощность тока это отношение ко времени

Если у вас остались вопросы, Вы можете задать их нам по телефону: +7 (495) 724-38-05

Источник

Расчет требуемой холодопроизводительности системы кондиционирования

4.1 Для оценки эффективности работы выбранного кондиционера установленного непосредственно в системе воздуховодов кабины локомотива (см.п.2.1) необходимо рассчитать величину требуемой холодопроизводительности системы Q треб.

требуемой холодопроизводительности системы кондиционирования рассчитывается по формуле:

Q треб = L(i см – i притока) (12)

L = L общ – количество воздуха проходящего через кондиционер необходимо взять из табличных данных выбранного кондиционера (табл.4), м 3 /ч и для подстановки формулу (12) перевести в единицы: кг/с.

ρ возд – плотность воздуха, находящегося в воздуховодах системы кондиционирования принимаем 1,2 кг/м 3

i см – энтальпия точки смеси наружного и рециркуляционного воздуха в системе кондиционирования, кДж/кг;

i притока – энтальпия точки притока, кДж/кг, или приточного воздуха см.п.2.1.

В смесительной камере происходит смешивание потоков наружного воздуха в количестве L нар и рециркуляционного воздуха в количестве L рец, на I-d диаграмме состояние смешанного воздуха обозначается точкой Ссм.п. 2.1.

4.2 Определение энтальпии точки смеси i см

В системах кондиционирования практически всегда имеет место смешивание потоков влажного воздуха с различными параметрами.

Рассмотрим процесс смешивания двух потоков влажного воздуха. (рисунок 4.1),Допустим, смешиваются два потока влажного воздуха с известными параметрами: t нар ( 0 С), d нар (г/кг с.в), i нар (кДж/кг), и t в ( 0 С), d в (г/кг с.в), i в(кДж/кг). (см. п.2.8, рис.2.3)

Расход воздуха соответственно по потокам известны L нар (кг/с) и L рец (кг/с)

В результате получается поток влажного воздуха с параметрами : t см, d см, i см.

Суммарное количество воздуха или общий расход воздуха через кондиционер: L рец + L нар = L общ

Общее количество влаги в смеси:

Общее количество тепла в смеси:

Влагосодержание и энтальпия смеси соответственно:

Источник