close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Энергоэффективные режимы совместного функционирования центральной системы кондиционирования и местной рециркуляционной системы охлаждения..pdf

код для вставкиСкачать
Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование»
№ 4, 2016
УДК 628.8 +697.9
Энергоэффективные режимы совместного функционирования центральной
системы кондиционирования и местной рециркуляционной системы охлаждения
Канд. техн. наук, доцент Коченков Н.В. [email protected]
Коченков В.Н. [email protected], Шакиров Я.А. [email protected]
Александрова А.П. [email protected]
Университет ИТМО
191002, Россия, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9
Рассматривается математическое моделирование энергоэффективных режимов совместного функционирования центральной и местной систем кондиционирования. Используются идеальные модели этих систем. Энергоэффективность режимов оценивается с точки зрения потребляемых расходов теплоты, «холода», воздуха и воды при тепловлажностной обработке воздуха. В качестве местной системы принято
оборудование, названное по той функции, которую оно выполняет, а именно − воздухоохладитель. Изложен
принцип, на котором построен алгоритм управления этими системами. Показано, что режимы их функционирования зависят от принятой установочной производительности воздухоохладителя, а также от
ограничения температуры по мокрому термометру адиабатно увлажняемого воздуха в центральной системе. Выделено три режима работы воздухоохладителя, а именно с минимальной, переменной и максимальной производительностями по «холоду». Также определены условия, при которых работа воздухоохладителя не требуется, и центральная система функционирует самостоятельно. Определяется момент
включения воздухоохладителя в работу, а также его текущая производительность в каждый расчетный
момент времени при изменении параметров наружного воздуха. Для каждого режима работы воздухоохладителя определены свои расчетные зоны климата, для которых разработаны математические модели режимов совместного функционирования центральной и местной систем. Материал статьи базируется на
работах профессора А.А. Рымкевича.
Ключевые слова: центральная система кондиционирования воздуха, центральный кондиционер, местная система,
воздухоохладитель, энергоэффективные режимы функционирования, исходная и расчетная термодинамические
схемы, моделирование совместного функционирования, расчетная зона климата.
DOI:10.17586/2310-1148-2016-9-4-43-56
Energy efficiency modes of confunction of central air conditioning system
and local recirculation cooling system
Ph.D. Kochenkov N.V. [email protected]
Kochenkov V.N. [email protected], Shakirov Ya.A. [email protected]
Aleksandrova A.P. [email protected]
University ITMO
191002, Russia, St. Petersburg, Lomonosov str., 9
The article deals with mathematical modeling of energy efficiency modes of confunction of local and central air conditioning systems. Using ideal models of these systems. Energy efficiency of modes is evaluated in terms of the costs of
consumed heat, cold, air and water on treatment of air with steam and water. The equipment was selected as a local
system, named for the function that it performs, namely - air cooler. The principle was set out on which based control
algorithm these systems. The article shows that their modes of operation depend on the accepted setting performance
of air cooler and the temperature limits on the wet bulb temperature adiabatically humidified air in the central system.
Three modes of operation in the air cooler were allocated, namely with a minimum of variable and maximum cooling
efficiency. The article also determined the conditions in which the work of the air cooler is not required, and central
system functions independently. The switch-on time of air cooler is determined, also its current performance in each
design moment when it changes the parameters of external air. For each mode of the air cooler was determined their
estimated climate zones for which designed mathematical models of confunction modes of central and local systems.
Article material is based on the work of Professor A.A. Rymkevich.
Keywords: central air conditioning, central air conditioner, the local system, air cooler, energy efficiency modes of operation, the initial and calculated thermodynamic scheme, modeling of confuction, estimated climate zone.
43
Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование»
№ 4, 2016
Введение
Рассматривается местно-центральная система кондиционирования воздуха (МЦ СКВ). В качестве центральной системы (ЦС) принята система, обеспечивающая подачу наружного воздуха в соответствии с существующими нормами и предусматривающая его тепло-влажностную обработку [1, 2]. Варианты технических исполнений ЦС могут быть различными. Например, это может быть центральная система кондиционирования воздуха (ЦСКВ), центральный кондиционер (ЦК), приточно-вытяжная установка, в том числе с рекуперацией тепла
(HRV), или вентиляционная система с переменным расходом воздуха (VAV) [3, 4]. В статье будут использоваться
термины ЦСКВ и ЦК. В качестве местной системы (МС) могут рассматриваться различные варианты рециркуляционных систем охлаждения воздуха в помещении (сплит-системы, мульти-сплит системы, VRF, чиллер-фэнкойл
и др.), включающие в себя источник холода (компрессорно-конденсаторный блок), подсистему его транспортировки к потребителю (фреоновые или водные коммуникации и сопутствующее им оборудование) и собственно
само оборудование (местные рециркуляционные системы охлаждения), в котором реализуется процесс охлаждения рециркуляционного воздуха (внутренние блоки, фанкойлы и др.) [5, 6]. Последнее (т. е. оборудование) будем
называть по той функции, которую оно выполняет, а именно – воздухоохладители (ВО). Конфигурацию МЦ СКВ
будем обозначать как «ЦСКВ + ВО».
Не редко в литературе рассматриваются вопросы, касающиеся сравнительной оценки МС между собой
[7, 8, 9]. Однако при этом не принимается во внимание ЦС и не рассматривается такой важный вопрос, как организация энергоэффективного совместного функционирования ЦС и МС. Более того этот вопрос практически не
освещается в литературе, за исключением [10, 11, 12], и его стараются обойти стороной, сославшись на то, что
автоматика сама справится с этой задачей. Но для этого должны быть разработаны соответствующие энергоэффективные алгоритмы совместного управления этими системами.
Цель статьи – рассмотреть вопрос, касающийся разработки энергоэффективных (с точки зрения расходов
потребляемой теплоты, «холода», воздуха и воды) режимов совместного функционирования ЦС и ВО.
Материал статьи предполагает знакомство читателя с работами профессора А.А. Рымкевича [10, 13].
Определение режимов функционирования ВО
Рассматривается помещение (или группа помещений с однохарактерными нагрузками в них) встроенного
типа с постоянными тепловлажностными и газовыми нагрузками.
Рассматриваются идеальные модели ЦСКВ и ВО [10].
Расход воздуха через ЦК mК в опорном варианте СКВ (в конфигурации «ЦСКВ») изменяется в течение

года от минимального значения mкmin , соответствующего расходу воздуха в точке П a , до максимального mкmax ,



соответствующего расходу воздуха в точке П в (рис. 1). Здесь точки П a и П в являются местом пересечения исходной термодинамической схемы (ИТС) с линией φ = 1. Это характерно для II (III) класса нагрузок в помеще
нии, при которых опорная точка Н в ИТС находится ниже линии φ = 1. Напомним, что для I класса нагрузок рассматривать конфигурацию «ЦСКВ +ВО » нецелесообразно [14]). На рис. 1 ИТС выделена черным цветом.

Значение mкmax может быть больше, чем расход воздуха в точке П в , если увеличить максимально-

целесообразный расход наружного воздуха mН . В этом случае опорная точка Н в будет располагаться выше точ-

ки П в . Однако решение об увеличении значения mкmax (mH ) должно иметь достаточные основания, так как это
приведет к увеличению типоразмера ЦК. В статье этот случай рассматриваться не будет, для чего введено огра

ничение: точка Н в совпадает с точкой П в , а следовательно mН mП .
в
За счет использования ВО максимальный расход воздуха через ЦК mкmax может быть уменьшен до какогоуст
то определенного значения mП цс (в зависимости от принятой установочной производительности qво
), где
в
mП а
mП цс
в
mП в , и даже вплоть до минимально-неизбежного расхода наружного воздуха mН . Механизм влия-
уст
ния удельной установочной холодопроизводительности ВО qво
на значение mП цс был показан в [14]. Новое пов
ложение ИТС в конфигурации «ЦСКВ + ВО», обозначенное как ИТСцс, на рис. 1 показано коричневым цветом.

 цс
цс
Точка П цс
в является местом пересечения отрезка У в Н в , принадлежащего к ИТС , с линией φ = 1.
Поскольку в опорном варианте СКВ значение mк изменяется в пределах mкmin mк mкmax , то обозначим

через П кр точку, принадлежащую ИТС и лежащую на линии φ = 1, для которой расход воздуха через ЦК в опорном варианте mк равен значению mП цс в конфигурации «ЦСКВ + ВО».
в
44
Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование»
№ 4, 2016

Особенность точки П кр состоит в том, что с ее помощью определяются режимы совместного функциони-

рования ЦСКВ и ВО. На расположение точки П кр на линии
= 1 оказывают влияние два фактора: во-первых, ус-
уст
тановочная производительность ВО qво
и, во-вторых, ограничение температуры по мокрому термометру tM
адиабатно увлажняемого воздуха в ЦК.

Зависимость места расположения точки П кр на линии φ = 1 от установочной производительности


= 1 зависит от расхода воздуха mП цс в точке П цс
в , который в
ВО. Место расположения точки П кр на линии
в
уст
свою очередь определяется значением принятой установочной производительности ВО qво
. Значение mП цс расв
считывается по следующему уравнению [14]:
mП цс
в
уст
qП qво
I У в I П цс
в
а)
WП
, кг/(с м 2 ).
d У в d П цс
(1)
в
б)
в)
г)

уст
Рис. 1. Варианты расположения точки П кр на линии φ = 1 в зависимости от значения qво
:
а – при mП
а
mП кр
mП в ; б – при mП кр
mП a ; в – при mH
45
mП кр
mП a ; г – при mП кр
mН
Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование»
№ 4, 2016


В зависимости от расположения точки П кр на линии φ = 1 относительно точки П а (т. е. от соотношения
расходов воздуха mП
кр
и mП ) выделятся следующие четыре случая (см. рис. 1):
а



точка П кр располагается между точками П а и П в ( mП mП
mП в ) (а);
а
кр


точка П кр совпадает с точкой П а ( mП
mП a ) (б);
кр


точка П кр располагается на линии φ = 1 ниже точки П а , но правее линии постоянного влагосодержания

d Н а , проходящей через точку Н а ( mH mП кр mП a ) (в);

точка П кр лежит на линии постоянного влагосодержания d Н ( mП
mН ) (г)
а
кр

Если точка П а отсутствует, как, например, на рис. 2 при комбинации классов нагрузок (I+II), то выделя-
ются следующие два случая:
 


точка П кр располагается между точкой пересечения отрезка Н а Н в с линией φ = 1 и точкой П в
( mH
mП кр mП в ) (а);
 

mН ) (б).
точка П кр находится в точке пересечения отрезка Н а Н в с линией φ = 1 ( mП
кр

Задача определения места расположения точки П кр на линии φ = 1 в зависимости от установочной произ
водительности ВО формулируется следующим образом: определить такое положение точки П кр на линии φ = 1
d П кр d П в , при котором будет выполняться следующее равенство: mП кр mП цс . Значение
в интервале d H
а
в
mП кр при этом определяется по уравнению:
mП кр
где I У кр , d Укр
qП
I Укр
I П кр
WП
, кг/(с м2),
d Укр d П кр
(2)
энтальпия и влагосодержание точки Укр.
а)
б)

Рис. 2. Варианты расположения точки П кр на линии φ = 1 в зависимости от
значения qвоуст для комбинации классов нагрузок (I+II) (т. е. при
а – при mH
mП кр mП в ;
б – при mП кр

На
< 100%):
mН

Продемонстрируем, как можно определить положение точки П кр графическим способом для случая, поуст
казанного на рис. 1,а. Так, с учетом принятого значения установочной производительности qво
строится луч
46
Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование»
№ 4, 2016

уст
(qП qво
) / WП , и определяется точка П цс
в как место пересечения этого луча с линией
 цс
 цс
совпадает с точкой Н в . Через точку П в проводится линия постоянного влагосодержания d П цс
цс
процесса ε цс
П , где ε П

φ = 1. Точка П цс
в
в
до пересечения с лучом процесса в помещении εП. Через полученную точку пересечения проводится линия па

 
раллельная отрезку На Нв . Пересечением этой линии с φ = 1 является искомая точка П кр . Через точку П кр проводится луч процесса в помещении ε Пкр , совпадающий с εП (значения угловых коэффициентов лучей процессов



ε Пкр и εП равны), и находится положение точек Н кр , У кр . Точки П кр , Н кр и Укр соединяются пунктирной лини-
ей. Эта линия выделена красным цветом на всех рисунках, кроме рис. 3.


Аналогично выполняются построения, показанные на рис. 1,б, где искомые точки Н кр , П кр , Укр будут


совпадать с опорными точками На , Па , Уа , соответственно.

Определение положения точки П кр для случая, показанного на рис. 1,в, графическим способом весьма затруднительно, поскольку неизвестно положение луча процесса ε Пкр , который уже не будет совпадать с лучом εП.
Однако поскольку положение точки Укр известно (точка Укр будет совпадать с точкой Уа), то определить положе
ние точки П кр можно как место пересечения линии постоянного влагосодержания d П (см. рис. 1,в) с линией
кр
φ = 1. Значение d П
кр
определяется из уравнения (2) следующим образом:
d П кр
d Укр WП / mП кр , г/кг.
(3)


Положение точки H кр определяется как место пересечения луча процесса ε Пкр , проведенного через точки
Укр и П кр , с линией постоянного влагосодержания d H .
а

Для случая, показанного на рис. 1, г, положение точки П кр определяется как пересечение линии φ = 1 с


линией постоянного влагосодержания d H . Точка Укр совпадает с точкой Уа, а точка Н кр
с точкой П кр .

a
Зависимость места расположения точки П кр на линии φ = 1 от ограничения температуры по мок-

рому термометру tM. На расположение точки П кр на линии φ = 1 оказывает влияние не только установочная
производительность ВО, но и ограничение температуры по мокрому термометру tM адиабатно увлажняемого воздуха в ЦК. Механизм влияния tM на расход воздуха через ЦК был рассмотрен в [14]. Под влиянием этого ограничения увеличивается расход воздуха mП цс , а, следовательно, и значение mП . В результате увеличенному раскр
в
ходу mП
кр

точки П кр

соответствует более высокое расположение точки П кр на линии φ = 1. В предельном случае, когда

и П в совпадут, принимать во внимание конфигурацию «ЦСКВ + ВО» станет нецелесообразным, по-
скольку уменьшить максимальный расход воздуха через ЦК mкmax за счет ВО не удастся.

Определение расположения точки П кр при учете влияния ограничения по tM графическим способом
весьма затруднительно и эта задача должна решаться аналитически, например, итерационным путем, где услови

ем окончания итерации служит равенство производительностей по воздуху в точках П кр и П цс
в .

Зависимости расположения точки П кр от установочной производительности ВО, с одной стороны, и
от ограничения по температуре tM, с другой стороны, в формализованном виде являются основой для математического моделирования совместного функционирования ЦСКВ и ВО.
Фрагмент алгоритма определения режимов функционирования для ВО приведен на рис. 3. Рассмотрим
работу этого алгоритма.
В блоке 1 определяется положение точки климата Hi относительно энтальпии I П . Если условие в блоке
кр
1 выполняется, то в зависимости от соотношения расходов воздуха mП и mП
а
кр
(блок 2) (т. е. в зависимости от


расположения точки П кр на линии φ = 1 относительно точки П а ) могут иметь место два следующих режима
функционирования ВО:
47
Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование»
№ 4, 2016
ВО выключен, т. е. его текущая производительность qвоi в i-й момент времени равна нулю; точка климата Hi относится к расчетной зоне «qво = 0» (блок 3);
ВО работает с минимальной постоянной производительностью; точка климата Hi относится к расчетной
зоне «qво = min» (блок 4).
а
1
да
I Нi
2
да
1

mПа
4
3
2 «q
во
1
0»
(см. рис.1, а, б)
да
нет
mП кр
3
« 2qво min »
1 рис.1, в, г)
(см.
нет
I П кр
5
2I
Н
1 i
в
6
4
« 3qво
2
1
нет
I Н цс
7
var »
6
«4qво
3
2
1
max »
Рис. 3. Фрагмент алгоритма определения режимов функционирования ВО
Если же условие в блоке 1 не выполняется, то в зависимости от расположения точки климата Hi относительно энтальпии I Н цс точки Н цс
в (блоке 5) могут иметь место два других режима функционирования ВО:
в
ВО работает с переменной производительностью; точка климата Hi относится к расчетной зоне
«qво = var» (блок 6);
ВО работает с максимальной производительностью; точка климата Hi относится к расчетной зоне
«qво = max» (блок 7).
Задача распознавания расчетных зон для модели ВО – второй важный момент, который должен быть
реализован при математическом моделировании совместного функционирования ЦСКВ и ВО.
На основе ИТС, показанных на рис. 1, 2, строятся соответствующие расчетные термодинамические схемы
(РТС) для модели ВО (рис. 4-8), где область климата разделена на расчетные зоны (они выделены разным цветом,
в том числе белым), для каждой из которых характерен свой режим функционирования ВО.
Математические модели по каждой расчетной зоне для ВО – третье, что должно быть реализовано
при математическом моделировании совместного функционирования ЦСКВ и ВО.
Совмещенные РТС для моделей ЦСКВ и ВО
Совмещенными РТС называются такие построения на I-d-диаграмме, которые разделяют область климата
на расчетные зоны отдельно для модели ЦСКВ и отдельно для модели ВО (см. рис. 4-8), после чего полученные
расчетные зоны накладываются друг на друга, определяя, таким образом, режимы совместного функционирования центральной системы и ВО. Для модели ВО расчетные зоны выделены разным цветом (в том числе белым), а
их условное обозначение показано в прямоугольнике с желтым фоном. Для модели ЦСКВ приведены только границы расчетных зон, а их условные обозначения показаны в кружках. На рис. 4-8 границы расчетных зон для модели ЦСКВ показаны применительно к дополнительной ранжировки технологических параметров в виде РА-2mк
[11], при которой расход наружного воздуха принимается равным расходу воздуха через ЦК (это сделано для того, чтобы не усложнять излагаемый материал).
48
Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование»
Рис. 4. Совмещенные РТС для моделей ЦСКВ и ВО при mП а
mП кр
№ 4, 2016
mП в (см. также рис. 1,а)
Рис. 5. Совмещенные РТС для моделей ЦСКВ и ВО при mП кр mП а (см. также рис. 1,б)
49
Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование»
№ 4, 2016
Расчетная зона «qво= 0» (рис. 4, 5, 6). Для точки климата Hi, принадлежащей к этой расчетной зоне, ВО
не работает (поэтому эта зона выделена белым цветом), а ИТС iцс занимает положение, соответствующее ИТС для
опорного варианта, т. е. когда ЦСКВ функционирует самостоятельно.
Расчетные зоны для модели ЦСКВ определяются так, как это было показано в [15]. При этом, в зависимости от энтальпии точки климата Hi в зоне «qво= 0», могут быть следующие расчетные зоны для модели ЦСКВ: зоны с потреблением теплоты 1R (рис. 4, 5), 1, 2 (рис. 6), зоны без потребления теплоты и «холода» 8Rа (рис. 4, 5),

6 (рис. 6) и частично 8а-в (рис. 6,а).
Векторы режимов и процессов для модели ЦСКВ в расчетной зоне «qво= 0» на рис. 4-6 не показаны. Нанесена только точка приточного воздуха П цс
а , получаемая в результате этих процессов.
б)
а)
Рис. 6. Совмещенные РТС для моделей ЦСКВ и ВО при
(см. также рис. 2, а, б): а – при mH

Ha
< 100%
mП кр mП в ; б – при mП кр
Рис. 7. Совмещенные РТС для моделей ЦСКВ и ВО при mH
50
mН
mП кр mП а (см. также рис. 1, в)
Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование»
№ 4, 2016
Расчетная зона «qво = min» (рис. 7, 8). Для точки климата Hi, принадлежащей к этой расчетной зоне, самостоятельное функционирование ЦСКВ без ВО невозможно, поскольку значение mкmax в конфигурации
«ЦСКВ + ВО» меньше, чем минимальная производительность ЦК по воздуху в опорном варианте, определяемая

расходом воздуха mП в точке П а (при условии отсутствия ограничения по температуре tM). В этом случае треа
буется работа ВО с определенной минимальной производительностью для того, чтобы обеспечить увеличение
наклона луча процесса с εП до ε Пкр (см. так же рис. 1,в).
Рис. 8. Совмещенные РТС для моделей ЦСКВ и ВО при mП кр mH (см. также рис.1, г)
Предельный случай увеличения наклона луча процесса показан на рис. 8, а также на рис. 1, г. Здесь установочная производительность ВО принята такой, чтобы значение mкmax могло быть уменьшено до минимальнонеизбежного расхода наружного воздуха mН , т. е. в ЦК стало бы возможным использование прямоточной схемы
(без I рециркуляции).
Условное обозначение режима функционирования для ВО в расчетной зоне «qво = min»:
Уа
qХВОmRВО
1 ,
где qхво
удельный расход «холода» в ВО, кВт/м2; mRво1
удельный расход воздуха I рециркуляции в ВО,
2
кг/(с м ).
Вектором режима функционирования ВО служит процесс охлаждения рециркуляционного воздуха в ВО

(вектор У а П во
а ):
( )Уа (mRво1 )
во
где mR1
qхво /( I У а
qХво

во
( )Пво
а (mR1 ) ,
(4)
I П во ) , кг/(с м2).
а
Расход «холода» qхво в идеальной модели ВО рассчитывается по уравнению:
qхво
qП
mкmax ( I У а
51
I П кр ) , кВт/м2.
(5)
Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование»
№ 4, 2016
Значение qхво в расчетной зоне «qво = min» будет постоянным, т. е. ВО работает с определенной минимальной производительностью.

После охлаждения рециркуляционного воздуха до состояния в точке П во
а его параметры доводятся до
во
требуемого значения по температуре в точке П во
а за счет использования воздуха II рециркуляции m R 2 (векторы

во
во
процесса смешения Пво
а П а и У а П а ):

во
( )П во
( ) У а (mRво2 )
а ( mR1 )
( )П во
а ( mП во ) ,
а
где
mRво2
mRво1 , кг/(с м2);
mП во
а
qхво
, кг/(с м2).
I У а I П во
mП во
а
(6)
а
В расчетной зоне «qво = min» ЦСКВ функционирует с постоянной максимальной производительностью по

воздуху mкmax ( mП ). ИТС iцс представляет собой отрезок У кр Н кр и занимает положение, показанное пунктиркр
ной красной линией (см. рис. 7, 8, а также рис. 1,в,г). Расчетные зоны для модели ЦСКВ определяются так, как в
[15]. При этом в зависимости от энтальпии точки Hi в зоне «qво = min» могут быть следующие расчетные зоны для
модели ЦСКВ: 1R (рис. 7), 1 (рис. 8) или зона без потребления теплоты и «холода» 8Rа (рис. 7).
Векторы режимов и процессов для модели ЦСКВ в расчетной зоне «qво = min» на рис. 7, 8 не показаны.
Нанесена только точка приточного воздуха П цс
а , получаемая в результате этих процессов.
Процессы ассимиляции тепло- (qП) и влагоизбытков (WП) в помещении с учетом двухпоточного воздухораспределения от ЦСКВ и ВО записываются следующим образом:
( )П цс
а ( mП цс )
а
qП ,WП
( )Уa .
( )Пво
а ( mП во )
а
В помещении поддерживаются параметры воздуха в точке Уа.
Расчетная зона «qво = var». Для точки климата Hi, принадлежащей к этой расчетной зоне, ВО работает с
переменной производительностью, а ЦСКВ с постоянной максимальной производительностью по воздуху mкmax
( mП ). При этом тепловая нагрузка, приходящаяся на ЦСКВ в i-й момент времени qПцсi , рассчитывается по форкр
муле:
qПцсi
где d У i , I У i
I П цс ), кВт/м2,
(7)
i
влагосодержание и энтальпия точки Уi , поддерживаемой в помещении в i-й момент времени
(рис. 9); d П цс , I П цс
i
mкmax ( I Уi
i

влагосодержание и энтальпия точки Пiцс в i-й момент времени.
Текущее положение ИТС iцс изменяется в интервале ИТС
ИТС iцс
ИТС цс таким образом, что для каж-
дого i-го момента времени ИТС iцс занимает определенное положение, соответствующее энтальпии наружного
воздуха I Hi . Одно из таких положений показано тонкой точечной линией коричневого цвета на рис. 4-8.
Переменное положение ИТС iцс обусловлено тем, что, поскольку ЦК функционирует с постоянной максимальной производительностью по воздуху mкmax ( mП ), то с изменением энтальпии наружного воздуха I Hi
кр
должно изменяться и положение точки Уi на отрезке УкрУв (см. рис. 9). При этом точка Уi должна перемещать-

ся по отрезку УкрУв, точка Пiцс


по линии φ = 1 в интервале между точками П кр и П цс
в , а луч процесса
жен изменять свой наклон в интервале:
цс
П
цс
Пi
П
.
52
цс
Пi
дол-
Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование»
№ 4, 2016

Рис. 9. Определение положения отрезка Уi Пiцс
Для обеспечения требуемого положения ИТС iцс с лучом процесса
цс
Пi
ВО должен работать в каждый i-й
момент времени с определенной производительностью, значение которой рассчитывается следующим образом:
qхвоi
qПцсi
qП
mкmax ( I Уi
qП
I П цс ) , кВт/м2.
(8)
i
Значение mкmax в уравнении (8) равно mП (mH ) .
кр
Здесь правомерна постановка следующей задачи: определить такое значение qПцсi , чтобы производительность ЦК по воздуху для точек климата Нi , принадлежащих к расчетной зоне «qво = var», оставалась постоянной и равной mкmax ( mП ).
кр
С геометрической точки зрения решить эту задачу означает (см. рис. 9) найти такой угол наклона луча
 цс
d П цс ), равную
процесса цс
П i , при котором отрезок Уi П i имел бы постоянную длину по влагосодержанию ( d Уi
( d Укр

d П кр ), и занимал бы следующее положение: точка Пiцс лежала бы на линии φ = 1, а точка Уi
i
на отрезке
УкрУв.
Определение положения точки Уi . Для заданных значений qП, WП, mH положение точки Уi зависит от
установочной производительности ВО и энтальпии точки климата Нi.
Энтальпия точки Уi рассчитывается по следующему уравнению (напомним, что длина отрезка
[ d Уi
d П цс ] должна сохраняться постоянной):
i
d Уi
d П цс
i
WПцсi
d П цс
max
к
m
i
WП
, г/кг.
mкmax
(9)
Вторая координата точки Уi (энтальпия I У i ), определяется из соотношения:
I Уi
I У кр
d Уi
d У кр
I Ув
I У кр
d Ув
d У кр
.
Откуда:
I Уi
(d Уi
d У кр )( I У в
d Ув

d У кр
I У кр )
I У кр .
Положение точки Пiцс определяется как место пересечения энтальпии I Hi и линии φ = 1.
53
(10)
Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование»
№ 4, 2016
При заданной установочной производительности ВО положение точки Уi и соответствующей ей точки
 цс
Пi будет изменяться в зависимости от энтальпии точки климата Hi. При этом будет изменяться и положение
ИТС iцс , а, следовательно, и режим функционирования ЦСКВ и ВО.
Расчетной зоной для модели ЦСКВ в зоне «qво = var» является зона 8а-в [15].
Рассмотрим совместные режимы функционирования ВО и ЦСКВ.
Условное обозначение режима функционирования ВО в расчетной зоне «qво = var»: У8 qхвоmRво1 , где индекс «8» означает расчетную зону 8а-в.
Вектором режима функционирования служит процесса охлаждения рециркуляционного воздуха в ВО

(вектор У8 П 8во ):
( ) У8 (mRво1 )

( )П8во (mRво1 ) .
qхво
Значение mRво1 определяются следующим образом:
mRво1
qхво /(IУ8
I П во ) , кг/(с м2).
(11)
8
Расход «холода» qхво для идеальной модели ВО рассчитывается по уравнению (8), где вместо индекса «i»
подставляется «8».

После охлаждения рециркуляционного воздуха до состояния в точке П8во его параметры доводятся до
требуемого значения по температуре за счет использования воздуха II рециркуляции m Rво2 (векторы процесса

смешения П8воП8во и У8 П8во ):

( )П8во (mRво1 ) ( ) У8 (mRво2 ) ( )П8во (mПво ) ,
8
во
R2
где m
mПво
во
R1 ,
m
8
кг/(с м );
2
mПво
8
qхво
, кг/(с м2).
I У8 I Пво
(12)
8
Векторы режимов и процессов для модели ЦСКВ в расчетной зоне «qво = var» показаны на рис. 4-8. Поясним их.
Условное обозначение режима функционирования ЦСКВ: У8 mWцсад mH .
Здесь mкmax = mH , а вектором режима функционирования ЦСКВ служит вектор процесса адиабатного ув-

лажнения в ЦК (вектор Н 8 П 8цс ):
( )H8 (mH )
где mWцсад
mWцсад

( )П8цс (mH ) ,
d H8 ) mH (d У8 d H8 ) WП , г/(c м2).

Параметры воздуха в точке П8цс доводятся до требуемого значения по температуре за счет использования

воздуха II рециркуляции m Rцс2 (векторы процесса смешения П8цс П8цс и У8 П 8цс ):

( )П8цс (mH ) ( ) У8 (mRцс2 ) ( ) П8цс (mПцс ) ,
mH (d П цс
8
8
цс
R2
где m
mПцс
8
mП цс
8
mН , кг/(c м );
qП /( I У8
2
I П цс ) , кг/(c м2).
8
Процессы ассимиляции тепло- (qП) и влагоизбытков WП в помещении при соответствующей организации
двухпоточного воздухораспределения от ЦСКВ и от ВО записываются следующим образом (векторы процессов
ассимиляции П8цс У8 и П 8во У8 ):
( )П8цс (mПцс )
.
qП ,WП
8
во
8
( )П (mПво )
8
54
( )У8 .
Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование»
№ 4, 2016
В помещении поддерживаются параметры в точке У 8 .
Расчетная зона «qво = max». Для точки наружного климата Hi, принадлежащей к этой расчетной зоне, ВО
работает с максимальной (установочной) производительностью.
Условное обозначение режима функционирования: У в qхво mRво1 .

Вектором режима функционирования ВО служит вектор У в П во
в процесса охлаждения рециркуляционного воздуха в ВО:
( ) У в (mRво1 )
где mRво1
qхво /( I У в
qхво

во
( )П во
в ( mR1 ) ,
I П во ) , кг/(с м2).
в

После охлаждения рециркуляционного воздуха до состояния в точке П во
в его параметры доводятся до
требуемого значения по температуре за счет использования воздуха II рециркуляции m Rво2 (векторы процесса

во
во
смешения П во
в П в и У в П в ):

во
( )П во
( ) У в (mRво2 )
в ( mR1 )
где m
во
R2
mП во
в
m
во
R1 ;
mП во
в
( )П во
в ( mП во ) ,
в
уст
qво
, кг/(с м2).
I У в I П во
в
В расчетной зоне «qво = max» ЦСКВ функционирует с постоянной максимальной производительностью по
 цс
 цс
цс
воздуху mкmax . При этом луч процесса цс
П i совпадает с
П , точки П i и У i совпадают с точками П в и Ув, соответственно, а ИТС iцс имеет наибольший угол наклона (см. рис. 4-8).
Расчетные зоны для модели ЦСКВ определяются так, как это было показано в [12]. При этом в зависимости от положения точки Hi в зоне «qво = max» могут быть следующие расчетные зоны для модели ЦСКВ: 9, 10R,
11.
Векторы режимов и процессов для модели ЦСКВ в расчетной зоне «qво = max» на рис. 4-8 не показаны.
Нанесена только точка приточного воздуха П цс
в , получаемая в результате этих процессов.
Процессы ассимиляции тепло- (qП) и влагоизбытков WП в помещении при соответствующей организации
двухпоточного воздухораспределения от ЦСКВ и от ВО записываются следующим образом (векторы процессов
во
ассимиляции П цс
в Ув и Пв Ув :
( )П цс
в ( mП цс )
в
qП ,WП
( ) П вВО ( mП во )
( )Ув .
в
В помещении поддерживаются параметры воздуха в точке Ув.
Литература
1.
2.
3.
4.
5.
Свод правил СП 60.13330.2012 "СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха"
(утв. приказом Министерства регионального развития РФ от 30 июня 2012 г. N 279).
ГОСТ 12.4.021-75 Системы вентиляционные. Общие требования.
Стефанов Е.В. Вентиляция и кондиционирование воздуха. СПб.: НП «АВОК Северо-Запад», 2005. 402 с.
Ferrari L. Система с переменным расходом воздуха (VAV-система). Перевод с итальянского С. Н. Булекова //
АВОК. 2002. №2. С. 52-60.
ГОСТ Р 54671-2011 Кондиционеры, агрегатированные охладители жидкости и тепловые насосы с компрессорами с электроприводом для охлаждения и обогрева помещений. Термины и определения.
55
Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование»
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
№ 4, 2016
Белова Е.М. Системы кондиционирования воздуха с чиллерами и фэнкойлами. Серия «Библиотека климатехника». М.: Техносфера; Евроклимат, 2006. 408 с.
Брух С.В. Сравнительный анализ энергоэффективности мультизональных систем кондиционирования воздуха. URL:http://www.general-russia.ru/plugins/content/content.php?content.32 (дата обращения 15.11.2016).
Брух С.В. VRF или чиллер? Сравнительный анализ на основе теории оптимизации // АВОК. 2005. № 2.
С. 32–35.
Кернерман Э.Я., Мухин А.И. Сравнение систем кондиционирования воздуха // АВОК. 2012. № 7.
С. 68–75.
Рымкевич А.А. Системный анализ оптимизации общеобменной вентиляции и кондиционирования воздуха.
СПб.: НП «АВОК Северо-Запад», 2003. 271 с.
Коченков Н.В. Энергосберегающие режимы систем кондиционирования воздуха: монография. Ч. 1.СКВ, обслуживающие помещения с однохарактерными нагрузками. СПб.: ВКА им. А.Ф.Можайского, 2009. 399 с.
Коченков Н.В., Коченков В.Н. Сравнительная оценка годовых энергозатрат в центральной и децентрализованной системах кондиционирования воздуха // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника
и кондиционирование». 2014. № 3 (16). С. 37–49.
Рымкевич А.А. Возможности и перспективы оценки качества решения СКВ количественными показателями
на основе системного подхода // Инженерные системы. 2007. №2(28). С. 16-24.
Коченков Н.В., Коченков В.Н. Определение установочной производительности местной рециркуляционной
системы охлаждения при совместной работе с центральной системой кондиционирования воздуха // Вестник
гражданских инженеров. 2015. № 5 (52). С. 179–185.
Коченков Н.В. Энергосберегающие режимы систем кондиционирования. Ч. 1. Системы кондиционирования с
адиабатным увлажнением воздуха: учеб.-метод. пособие. – СПб.: Университет ИТМО; ИХиБТ, 2015. 75 с.
References
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Set of rules of the joint venture 60.13330.2012 "Construction Norms and Regulations 41-01-2003 Heating, ventilation and air conditioning" (утв. the order of the Ministry of Regional Development of the Russian Federation of June
30, 2012 N 279).
GOST 12.4.021-75 Systems ventilating. General requirements.
Stefanov E. V. Ventilation and air conditioning. SPb.: NP AVOK Severo-Zapad, 2005. 402 p.
Ferrari L. System with a variable consumption of air (VAV system). The translation from the Italian S. N. Bulekov//AVOK. 2002. No. 2. P. 52–60.
GOST P 54671-2011 Conditioners, the aggregated coolers of liquid and thermal pumps with compressors with the
electric drive for cooling and heating of rooms. Terms and definitions.
Belovo E.M. Air conditioning systems with chillers and fenkoyla. Library of a Klimatekhnik series. M.: Technosphere; Euroclimate, 2006. 408 p.
Bruch S. W. Comparative analysis of energy efficiency of multizone air conditioning systems.
URL:http://www.general-russia.ru/plugins/content/content.php? content.32 (date of the address 11/15/2016).
Bruch S. W. VRF or chiller? The comparative analysis on the basis of the theory of optimization // AVOK. 2005. No.
2. P. 32-35.
Kernerman E. Ya., Mukhin A. I. Comparison of air conditioning systems//AVOK. 2012. No. 7. P. 68–75.
Rymkevich A. A. System analysis of optimization of all-exchange ventilation and air conditioning. SPb.: NP AVOK
Severo-Zapad, 2003. 271 p.
Kochenkov N. V. Energy saving modes of air conditioning systems: monograph. Ch. 1.SKV, the serving rooms with
one-characteristic loadings. SPb.: VKA of A.F.Mozhaysky, 2009. 399 p.
Kochenkov N. V., Kochenkov V. N. Comparative assessment of annual energy consumption in the central and decentralized air conditioning systems//the NIU ITMO Scientific magazine. "Refrigerating Equipment and Conditioning" series. 2014. No. 3 (16). P. 37–49.
Rymkevich A. A. Opportunities and prospects of assessment of quality of the solution of hard currency quantitative
indices on the basis of system approach // Engineering systems. 2007. No. 2(28). P. 16–24.
Kochenkov N.V., Kochenkov V.N. Determination of adjusting productivity of the local recirculation cooling system
at collaboration with the central air conditioning system//the Messenger of civil engineers. 2015. No. 5 (52).
P. 179–185.
Kochenkov N. V. Energy saving modes of air conditioning systems. P.1. Air conditioning systems with adiabatic
moistening of air: studies. - a method. grant. – SPb.: ITMO university;, 2015. 75 p.
Статья поступила в редакцию 25.11.2016 г.
56
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа