Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение.
автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему: Исследование влияния теплофизических характеристик теплоутилизаторов на энергопотребление систем вентиляции и кондиционирования воздуха.
кандидата технических наук Наседкин, Владимир Викторович город Санкт-Петербург год 1991 специальность ВАК РФ 05.23.03.
Автореферат диссертации по теме «Исследование влияния теплофизических характеристик теплоутилизаторов на энергопотребление систем вентиляции и кондиционирования воздуха.
?ei!ffl , UBm ОР^Шл ОКИВИ.
ОБЕЩАЯ ХАРАШРИСША РАБОТУ.
и г у а л ь 
о с I ь темы. Региональное леполь-арова- ле топливно-энергетических ресурсов, усиление режима их экономии — одна из важнейших народночогкйствекных задач. Системы вентиляции и кондиционирования воздуха (СБ и ОКБ) является весьма кругншл потребителя»™ тепловой и электрической шергии. Одним из средств яовьиеяия энергетической эф^екчив-1сстк систем Ь и КВ, которое позволяет существенно снизить лх нергопотребление от анешних источников, ляется втерьчкое спол: зование тепловой энергии вентиляционных выбросов для 5работки приточного воздуха.
С отой цельп в СВ и СКВ йогу» использоваться различные (дн.теплоутклизаторов, Вопроси епт/мизаяхи функционирования нло /тилизирухзщйх СКВ в настоятиеь время в полном объеме не йены. Не вы/влзны также условия экономически целесообразного кмензния теплоутилизаторов а зависимости от соотношения пере-т в них явной теплоты и влаги, а значит отсутствуют эхономи-:нче обоснования доя организации производства утилизаторов ?ной теплоты и теплоуги/иэаторов с рзгулкр^емой теплевлагоп едащей способностью.
Целью работы является создание мегодикк опти-ации те;. лофкзическю: характеристик средств утилизации онер-уда яяемого вентиляционного воздуха, а такяе определение ?стер экономически целесообразного испольэовакиг с системах КВ утилизаторов явной к полной теплого». Для достижения поставленной цели необходимо было реячгь утащив задачи.
— разработать алгоритмы оптимального функционирования СКВ 5оком диапазоне соотношений эффективности процессов тепло.
системах, а также в случае реализации управления п^и.
утилкзашк явной и скрытой теплоты в СКВ.
— разработать универсальную математическую модель тепло-утилиз ирусией СКВ, как инструмент для дальнейшего ее исследования посредством внчусллтельнога эксперимента на персональной ЭВМ.
— выявить влияние передачи явной теплоты и влаги в тепло-утилизаторах на технико-экономические показатели систем В и И за годоьой период их эксплуатации.
— экспериментально установить основные закономерности ра боты в СВ и С.
— разработать программы для вариантного проектирования I ПЭШ энергоэкономичкьх СВ и СКВ.
Научная новизна работы заключается.
— в обосновании принципов оптимизации функционирования СКВ в зависимости от соотношения передачи явной теплоты и BJ в гепл^утилизаторах, используемых в данных системах.
— в разработке вероятностной модели наружного климата технико-экономических расчетов систем В.и КБ, в которой вп испсльзов ны статистические характеристики теоретического ] аределения температуры к относительной влажности воздуха д.
четвертого порядка включительно.
— в разработка катзкагическсй модели теплоутклизируюс СКВ, реализованной в виде программ для ЭВМ, предназначена; анализы гг.аоеого экергоцотреблепия СдВ в аавиаки лп и от $г чалено-тйхнкческих характеристик оломентоЕ. комплектза РУДО ь ккем и ст способов автоматического ре гул иг о паяй я.
— в предложенной метйдике определения оптимальных тепло-физических характеристик средств утилизации энергии удаляемого вентиляционного воздуха в СКВ, а также в разработке критериев выбора конкурирующих вариантов теплоутилизирушшх СКВ в зависимости от условий их функционирования.
Практическую ценность работы представляют.
— создание комплексной методики выявления условий экономически целесообразного использования в СВ и СКВ утилизаторов яэной и полно» теплоты с учетом их функционирования в течение годового периода эксплуатации.
— разработанные рекомендации по использованию в СОТ двухступенчатых теклоутилизаторов с управляемыми теплофизическлми характеристика.
— разработанные алгоритм оптимального ?вункционировакия СКВ с различными видами теллоугклкзаторов при наиболее характерном в практике их эксплуатации соотношении отпускных цен на теплоту, холод и воду.
— программы расчета на 13 технико-экономических показателей систем В и КВ, предназначенные для вариантного проектирования и системной оценки элементов СКВ, а такзее для опрзде-ления эффективности разного рода энергосберегающих мероприятий.
Результаты диссертационной работы использованы: институтом ВНИИкондиционер при проведении технико-экономических обоснований выбора перспектквньтх типов теплэутилизационтос устройств, входящих в состав СКВ; при рабработке систем утилизации вторичных тепловых ресурсов на Донецком экскаваторном заьоде; в прочатной практике в института Типростройцормая.
Апробация работы. Основные положения и ра.
чес.том семинаре Управление микроклиматом обогреваемых зданий . (Челябинск, IS8S), на региональной научной конференции Эконо мия материальных и энергетических ресурсов в системах теплога-эоснащения и вентиляции (Ростов-на-Дону, IS86). на У Рижской научно-технической конференции по теплоэнергетике (Риг«. 1986) на межотраслевом научко-техническом совещании Повышение энергетической эффективнос ти систем вентиляции и кондиционирования воздуха (Волгоград, 2986), на республиканском научно-техничес ком соминаре Актуальные задачи энергосбережения (Рига, 19875 а также на научно-технических семинарах профессорско-преподавг тельского состава Рижского Технического университета (1984 — TWO.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состчиг из ?ведения, четырех глав; основных выводов, списка использованной литературы и приложений, Обпмй объем диссертации — 189 страниц, в том числе 109 страниц, основного текста, содержит 44 рисунка на 42 страницах, 10 таблиц на 13 страницах и 10 страниц приложений. Библиографический список включает 124 наименования на 15 страницах.
• ОСНОВНОЕ СОДЕРКАНИЕ РАБОТЫ.
Бторичноо использование тешературно-влажностного потекц ала удаляемого воздуха для обработки приточного воздуха в СВ ОКБ является существенным резервом повышения их, янергетическо эффективности. С атой целью в вентиляционных системах находит применение различные теплообменники-утилизаторы. 3 тьних уст.
ройствах, в принципе, возможна утилизация как ясной, таи и скрытой теплоты, составляющих полную тепловую энергия влажного воздуха. В этой связи,-с теплотехнической точки зрения, все виды теплоутилизаторов можно разделить не две группы: утилизаторы явной теплоты — теплообменники (ТО) и утилизаторы полно. теплоты — тешовлагообменники (ТВО.
К исследованиям, направленным на снижение энергопотребления СБ и КВ, разработку и соверяететгсзание различил: конструкций теплоутилизаторов, а также методов их расчета относятся работы В.Н.Богословсного, В.П.Ильина, Е.Е.Карггаса, О.Я.Кокорина, П.Я.Поэа, Ь.А.Табугашкова, Б.Н.Юрманэвь и др. Вопросы оптимизации управления СКВ и функционирования теплоутилизаторов б их составе наили отражение в трудах А.Л.Нреелиня, О.П.Иванова, А.А.Ршкешча и О.К.Хомутециого.
Анализ проведенных исследован;:! показал, что до настоящего времени достаточно подробно были разработаны алгорлгш оптимального функционирования СКВ с постоянным, расходом воздуха, при использовании в них утилизаторов явной теплоты, а также СКВ с рециркуляцией или с подобными ей с теплотехнической точки )рения энталышйными ТВО.
При использовании в СЗ и СКВ утилизатору явной и полной ¦еплоты обладают различными функциональны»« возможностями. Так, утилизаторах явкой теплоты, обработка воздуха осуществляется ри постоянном в-тгосодеряащи. В свою очередь, при обработка утилизаторах полной теплоты воздух может приобретать пара-этры,.характеризуемые на 3-й -диаграмме лучом процесса, угло-)й коэффициент которого определяется соотношением величия по-»эателей эффективности процессов тепло- и злагопереноса денно аппарата. В общем случае, утилизаторы полной теплоты могут.
В раде конструкций соблюдается вналитл.
ыассообмена (выполняется соотношение Лыжеа), вследствие чего величины показателей эффективности процессов передачи явной теплоты и влаги оказываются равными.
Наконец, аущеат вуаа отдельные разработки многофуш циональ-ньтх теплоугилизаторов, такие как, например, вращетельно-стецио-нарный теплообменник фирмы Мапусита-сеАко (Япония), которые могут использоваться как в реяине утилизации только явной теплоты, так и в режиме тепло- и массообыена. функциональные возможности таких теплоутилизационных устройств существенно расширяются, представляя собой область J-d -диаграмму, ограниченную -лучам;;. процесс он, соответствующими режимам явного и полного теплообмена.
Обоснованный вио ор в СКВ утилизационного оборудования с оптимальными тэплофкзическими характеристиками применительно I различны* члуматическим и эксплуатационным условиям возмояен I основе метода системной оценки функциональных элементов СКВ. ДаннкЕ подход заключается в анализе влияния тзпло-. и аяагояер даюиой способности теплоутилизаторов на технико-экономические показатели СКВ в цглом, взятые за годовой период ее работы. Г зтоы для объективной системной оценки тепдоутилизагсров необз дкио, чтобы система сама была решена оптимальном образом.
Наиболее эффективное использование потенциала удапяемог вентиляционного воздуха иал по я иной теплоте, так и го влаге отчет быт» достигнуто при угр злянт СКВ с теллоутюшзаторш/ по (.-поцйалыю разработанным энергосберетзвдм алгоритмам.
Построение, алгоритмов оптимального ^ункаионирования СК! с теплоутилизаяорами, имеюс^ши определенные заданные значок.
показателей эффективности процессов тепло- и рлг.гояереноса, а такче СКВ с теплоутилизатораш с регулируемой тетловлагопере-даютей способностью проводилось нами графоаналитически на ^- 1 -диаграмме с использованием карты упорней энергопотребления СКВ, взятой для наиболее характерного в эксплуатационной практике соотношения отпускных лен на теплоту, холод и воду.
В составе принятта к исследованию СКВ имелся еле,дующий набор аппаратов тепловл таостаой обработки воздуха: изоэнталъпиЯ-нь й увлажнитель — А, поверхностно;! воздухонагреватель — Т, поверхностный воздухоохладитель с обводом — ЗСо, а телпе теплоути-лизатор с заданной тепловлагопередавдей способностью — У (Уя.
В работе составлена и исследсваньт оптимальнее алгоритмы функционирования тегиоутилизируодих.СКВ как с. постоянной, та;,- и. регулируемой производительности по воздуху. Построенные ал- оритш фунтиовдрования терадовлагоконстантют (тохнологичэс-их), технологически-комфортных и комфортных СКВ охватгааэг фактически ¦ все характернь-е тепловзгаясностн;® нагрузи сбслуки-некме СКВ помещений, всгречащиеся г практике лреектарозания.
При анализе приведенных в работе алгоритмов функп.чонироБ?-?я СКВ установлено, что теплофкзичеекке характеристик. исполь-•емых в ней теплоутоизаторов суш.ественно влияют на раплоложе-е границ режимов рабог ы СКВ, а значит и на ее экергопотребле-е. Тгк, например, на рис. I представлено графическое кзобра-оптимального алгоритма функционирования СКВ о-переменней изводительностьв-по воздуху, в которой используется теггло-лиэатор, передайся? преимущественно явку» теплоту.
Увеличение, влагопередающей способности данного тепдоутили-?ра приведет к перемещению гранив областей, еоотевтетэуваих, шам его работу в СКВ. При этом будет возрастать продолжи.
Ркс. I. Оптимальный алгоритм функционирования СКВ с ут тором полно? теплоты, имеющим значение показат эффективности Е^ « 0,0 и ?1 > = 0,Я5 дяд I клзсс топлоздетностныг нагрузок яомеаонкя.
42v2 40,С 30,0 20,0 .10,С 6,3.
3 О.Е 0,75 .0 0,3 0,5 0.
•ле годсеого потребления теплоты и холода СКВ дикости от эф$ектишсси: теплоутклнзатора по влаги: а — при Et я 0,75; t « при 0,95.
а реданах его работы доказали, чти шертии удаляемого воздуха при совместной pad шей Бозрасгьда в средней на 10 %. Результата зтолютвуто о возможности реаллзадии на базе ^утилизационного агрегата разработанных алго| кого использования темпэратурно-влажностного яемсго воздуха в СКВ.
Результата вычислительного эксперимента на 1 нием математической модели СКВ при зарьг.рова фгеторов в широком диапазоне, а также провед не исследования утилизатора с регулируемой г ?ей способности) дозволили предложить некотор [ршененкв в СЕ и KB различных типов тепдоути.
Управление СКВ с сгешюуигаизаторсми по разр ism оп-ммашгого фунчщганщювакия позволяем в в 1,5 раз большую эконошш приведенной теш с традициотшш спозобами регулирования СКВ.
В ^ермовлатококстанишх СКВ энергетически з ни энтальпийке тешгоутидлзагоры, • которые по: ь в 1,3,- 2 раза большее количество приведен внению с утилизаторами явной теплоты. йсглюч шея СКВ, рв^сгащиз/в уоловапс сухого и жарк геднеазкатскьй регион). глз при на-тачак зна-ш /ктаоз ь осЗслушшазмом пшгэдекки более х явсс зата утклазатора явкой.теплота.
[агоизбытков в обслуживаемом СКВ помещении, к еских районов крогле среднеазиатского, в тага: ически более эффективно использование энталь; оров.
оры полной теплоты, эффективность которых по ныпе эффективности передачи явной теплоты, с гада эксплуатации, энзргетичёсди наиболее вшп :сгантннх СКВ, работающих в услоеиях оухого и.
овлегд закономерности энергопогреблония СКВ. пловлагоиередаадей • способности кспользуемгас. оров в широком диапазоне климатически услов: ышленннх и общественных зданий, ботани алгоритмы оптимального фунадионжрован: аторами, имоющими лпбое заданное соотношение цессов тепло- и массояереноса, а такав алгор: функционирования СКВ с утилизаторами о управ, ескими характеристиками, бгтана патематичаская модель для исследована СКВ, управляемых до любш алгорггагам, для р; расшложг:шнх б произвольном глптматилес.
5. Разработан пакет программ для персоналыш шнный для вариантного проектирования энергог.
. Произведено технико-экономическое сраэнени СБ и КЗ утилизаторов яееой и полной теплоты задай системной оценки элементов СКВ. Устачо! адьного лепояьзовавия различных теплоутлизач кивавдих здания различного, назначения, в зам :ическпх условий эксплуатации. 7. Техтою-эконсшчёские расчеты и результат! рвдентов свидетельствуют о высокой энергеюгч; применения в СКВ .утлдпзагороь с регулируемо! ащей способностью и могут служить доказител азнооти организации серийного производства у: й-теплоты для использования в системах В и.К.
СПИСОК ПШГЩда ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦ.
1. Наседкин В.Б. Оптиммьныэ алгоритмы функц м кондгетиошрования. воздуха с теплоутилизато ¦Л — эффективности процессов тепло- п массояерё 1 и кондиционирование воздуха: Сб. неуч. тр. гохя. ин-т, 1985, — 0.87-97.
2. Еаоедгст: Э.В. Огшшадьнке оооишешгя эй э- ?1 влагообнену регенеративных тедловлагообь.
шого и полного тепла // Управление микроклим зданий: Тез. докл. — Челябинск, 1986. — С.60 пшь А.Я. Горжальдан Е.И. Наседкин В.Б. Нов !нжя по экономии энергии в системах вентиляци ?ания воздуха // У Рижская научно-техническая шоэнэргегяие: Тез. докл. — Рита, 1986. — С.2 скян В.В. Оценка эффективности эазргосберегаю I системах кондиционирования воздуза о помощь: юделирования // Комплексное использование те: я и строительстве промышленных предприятий! I н/Д: Рост. инк.-строит, ин-г, 1Э87. — С.85-9 дан В.В. Юршевсккс Ю.Д. Представления клика. для технико-экономических расчетов систем в онирования воздуха / Рил. политехи, ин-т. Еа жешя и вентиляции» — Рига: Еиж. политехи. и.
есс изоэнтальгшйного, увлалиения воздуха, коеч и; Г — процесс подогрева воздуха в нагревате; ссы искусственного охлаждения воздуха, соотв( ой е без нее; Уя, У — процессы обработки воя: е-угл;изаторе при утилизации явной и полной. венно; п, о.
— процесс, прохо.оящг?, соогв щдаяхшй, Максимальной или перепелкой прсизв.
ЮОТЬ всриигацихп, даы ид. м -ж.
щение; с* — теплоемкость, соответственно, в водяных паров, кДж/кг °С. Параметры воздух) кДк/кг; * — температура, °С; а — влагосодер» относительная вдахноогь, долг единицы, Индекс: гаружнал воздух> п — приточный воздух; у — уд.
