Расчет необходимой производительности увлажнителя

Пример расчета изотермического увлажнителя

• Данные приточной установки:

Расход приточного воздуха: G_пр = 700 м³/ч.

• Параметры окружающей среды (стандартные расчетные условия):

Расчетное давление: Р_расч = 0,1 МПа.
Температура наружного воздуха: t_нар = –26 °C.
Энтальпия наружного воздуха: i_нар = –25,1 кДж/кг.
Влагосодержание наружного воздуха (определяется по I d-диаграмме): d_нар = 0,42 г/кг.
Влажность наружного воздуха (определяется по I d- диаграмме): φ_нар = 91 %.

• Параметры внутренней среды:

Поддерживаемая в помещении температура: t_пом = 24 °C.
Влажность, поддерживаемая в помещении: φ_пом = 50 %.
Влагосодержание воздуха в помещении (определяется по I d-диаграмме): d_пом = 9,4 г/кг.
Энтальпия воздуха в помещении (определяется по I d-диаграмме): i_пом = 48 кДж/кг.
Плотность воздуха в помещении (определяется по I d-диаграмме): ρ_пом = 1,17 кг/м³.

• Термодинамические данные:

Скрытая теплота парообразования: r_вода = 2500 кДж/кг.

• Расчет необходимой паропроизводительности увлажнителя

К увлажнителю воздух поступает после нагревателя, поэтому температура воздуха равна заданной в помещении (t_пом). При этом процесс нагрева происходит при постоянном влагосодержании, следовательно, влагосодержание нагретого воздуха равно влагосодержанию наружного (d_нар).
Температура воздуха после нагревателя: t_нагр = t_пом. T_нагр = 24 °C.
Влагосодержание воздуха: d_нагр = d_нар d_нагр = 0,42 г/кг.
Энтальпия воздуха (определяется по I d-диаграмме): i_нагр = 25 кДж/кг.
Влажность воздуха (определяется по I d-диаграмме): φ_нагр = 2 %.
Плотность воздуха (определяется по I d-диаграмме): ρ_нагр = 1,17 кг/м³.

Как видно, зимой влажность воздуха после нагревателя составляет всего 2 % — именно это и является причиной необходимости комплектования приточной установки увлажнителем. При его отсутствии в помещении будет подаваться чрезвычайно сухой воздух. К слову, за счет влаговыделений в помещении (использование воды в квартире, влаговыделения людей и животных через пот и дыхание) влажность воздуха, безусловно, растет. Как правило, она составляет порядка 20 % и тем ниже, чем ниже наружная температура. Целью увлажнителя является увеличение относительной влажности воздуха до заданного значения (φ_пом) без изменения его температуры. Таким образом, влагосодержание воздуха должно быть увеличено с d_нагр до d_пом.

Разность влагосодержаний воздуха в помещении и после нагревателя:
d_увл = d_пом — d_нагр.
d_увл = 8,98 г/кг.

Необходимая паропроизводительность увлажнителя:

P_увл = d_увл∙G_пр∙ (ρ_нагр + ρ_пом)/2.

P_увл = 7,4 кг/ч.

Таким образом, в приточной системе вентиляции с расходом G_пр = 700 м³/ч при необходимости увлажнить воздух до 50 % потребуется расход воды (паропроизводительность увлажнителя) не менее P_увл = 7,4 кг/ч. Зная паропроизводительность увлажнителя, можно оценить потребляемую им мощность. Данная оценка основывается на том, что определенный расход воды требуется перевести в газовое агрегатное состояние (пар), то есть затратить энергию фазового перехода (так называемая скрытая теплота парообразования).

N_увл = P_увл∙r_вода.

N_увл = 5,1 кВт.

• Экспресс-метод расчета производительности и мощности пароувлажнителя

Экспресс-метод позволяет оценить паропроизводительность без сложных расчетов и использования I d-диаграммы.

P_увл [кг/ч] = 0,21∙G [м³/ч]∙φ [ %]∙10^–3,

где G и φ — соответственно расход приточного воздуха и требуемая поддерживаемая в помещении влажность. Приведенная формула оценочного расчета паропроизводительности действительна только для зимнего периода времени; дает наилучшие результаты при влажности в помещении 30 …70 % и при любых расходах воздуха. Экспресс-метод расчета потребляемой пароувлажнителем мощности сводится к простой формуле и практически не имеет ограничений по использованию:

N_увл [кВт] = 0,7∙P_увл [кг/ч].

Пример расчета адиабатного увлажнителя

• Данные приточной установки:

Расход приточного воздуха: G_пр = 700 м³/ч.

• Параметры окружающей среды (стандартные расчетные условия):

Расчетное давление: Р_расч = 0,1 МПа.

Температура наружного воздуха: t_нар = –26 °C.

Энтальпия наружного воздуха: i_нар = –25,1 кДж/кг.

Влагосодержание наружного воздуха (определяется по I d-диаграмме): d_нар = 0,42 г/кг.

Влажность наружного воздуха (определяется по I d диаграмме): φ_нар = 91 %.

• Параметры внутренней среды:

Поддерживаемая в помещении температура: t_пом = 24 °C.
Влажность, поддерживаемая в помещении: φ_пом = 50 %.
Влагосодержание воздуха в помещении (определяется по I d диаграмме): d_пом = 9,4 г/кг.
Энтальпия воздуха в помещении (определяется по I d диаграмме): i_пом = 48 кДж/кг.
Плотность воздуха в помещении (определяется по I d диаграмме): ρ_пом = 1,17 кг/м³.

• Термодинамические данные:

Скрытая теплота парообразования: r_вода = 2500 кДж/кг.

Теплоемкость воздуха c_возд = 1,005 кДж/кг∙°C.

• Расчет необходимой производительности увлажнителя.

К увлажнителю воздух поступает после предварительного нагрева. Мощность предварительного нагревателя ограничивается минимальным значением, таким, чтобы воздух после него в процессе адиабатного увлажнения смог принять количество влаги, требуемое для достижения влагосодержания d_пом. По I d-диаграмме видно, что, как правило, первая ступень нагрева должна быть мощнее, чем в системе с изотермическим увлажнителем. Для нашего примера можно принять температуру первого нагрева t_нагр = 40 °C. Процесс нагрева происходит при постоянном влагосодержании, следовательно, влагосодержание нагретого воздуха равно влагосодержанию наружного (d_нар). Таким образом, в увлажнитель попадет воздух с параметрами:

Температура воздуха после нагревателя: t_нагр = 40 °C.

Влагосодержание воздуха: d_нагр = d_нар d_нагр = 0,42 г/кг.

Энтальпия воздуха (определяется по I d-диаграмме): i_нагр = 41,3 кДж/кг.

Влажность воздуха (определяется по I d-диаграмме): φ_нагр = 1 %.

Плотность воздуха (определяется по I d-диаграмме): ρ_нагр = 1,11 кг/м³.

Целью адиабатного увлажнителя является увеличение влагосодержание воздуха до заданного значения (d_пом) с целью последующего нагрева до требуемой температуры t_пом и, таким образом, достижения заданной влажности φ_пом.

Энтальпия воздуха после увлажнения: i_{ад_увл} = i_нагр i_{ад_увл} = 41,3 кДж/кг

Влагосодержание воздуха: d_{ад_увл} = d_пом d_{ад_увл} = 9,4 г/кг.

Температура воздуха (определяется по I d диаграмме): t_{ад_увл} = 17,4 °C.

Влажность воздуха (определяется по I d диаграмме): φ_{ад_увл} = 75 %.

Плотность воздуха (определяется по I d диаграмме): ρ_{ад_увл} = 1,20 кг/м³.

• Разность влагосодержаний воздуха в помещении и после нагревателя:

D_увл = d_{ад_увл} — d_нагр.

D_увл = 8,98 г/кг.

• Необходимая производительность увлажнителя:

P_увл = d_увл∙G_пр∙ (ρ_нагр + ρ_пом)/2.

P_увл = 7,4 кг/ч.

Мощность для адиабатного увлажнителя не рассчитывается, так как процесс увлажнения изоэнтальпийный и, соответственно, затраты энергии равны нулю. Теперь остается определить мощность второго нагревателя, необходимого для догрева увлажненного воздуха до заданной температуры t_пом:

N_нагр2 = c_возд ∙ G_пр ∙ ρ_пом ∙ (t_пом — t_{ад_увл}).

N_нагр2 = 1,5 кВт.

Под созданием комфортных условий подразумевается не только поддержание заданной температуры, но и контроль влажности. Вопросы увлажнения в разных аспектах важны как в холодный, так и в летний период года. Так, зимой влагосодержание уличного воздуха мало (менее 1 г/кг) и после подогрева воздуха в калориферах на выходе получается сухой поток (относительная влажность не выше 5 %). Увлажнение воздуха может осуществляться адиабатным или изотермическим методом в зависимости от вида вентиляционного оборудования и других факторов. В летний период увлажнение приточного воздуха практически неактуально, разве что использование эффекта охлаждения и увлажнения адиабатных увлажнителей в условиях сухого климата. Однако интерес представляет адиабатное охлаждение воздуха, охлаждающего наружные блоки систем кондиционирования (конденсаторы чиллеров, выносные конденсаторы, компрессорно-конденсаторные блоки, драйкулеры). Эта тема будет более подробно освещена в следующих номерах журнала. Кроме того, отдельной темой является использование прецизионных кондиционеров со встроенными увлажнителями, что актуально для промышленных и телекоммуникационных объектов, какими, например, являются центры обработки данных. Об этом также будет рассказано в ближайших выпусках.