автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Исследование влияния теплофизических характеристик теплоутилизаторов на энергопотребление систем вентиляции и кондиционирования воздуха

ei!ffl','UBm ОР^Шл ОКИВИ/.

05-гз,оз - т«. ' '

* г ° Р е ф о ■„

Диоеертавди на

Роискание учено» „ » /чено^ степени

«aj'K

, - /чип

*аЧВДДа*а хничеся-их «

. - - epoypr _ 1991

Уаоота

Научный уу^во^ел, ^^

.,«*ик«ес*и* иазг».

; дс^ Ю.НДо^ецкк.

•Знак почет»" научно-

^ „ всесоюзный одаена ? схрайИ

Ве^я срган^я исслед0^е^

йПаН>л спв««аЛ^в8НИ0Гв оциИ « ордена ТрУЯ

на заседай^ 0яТ„брьс«ой Револ л0 адресу

198005. г. Сен«т

Ьекю«««* ^ в ^нявмгнт'альной

Мо*но означься

Г.

С дйссзрггацй^

потеке ипо^а. ^

5аоюЛ секретаре

„„-того Сове*». Г.».

-з'-

: 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-

и мвсиинч^л..-----

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.{В теплоутилизяторов с управляемыми теплофиэичес "ими характеристиками;

- 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 Сд\В 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:

- 9 -

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 .Ed ••

' J

V,

,3 О.Е 0,75 .0 0,3 0,5 0

Е опт £ опт _

•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

. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

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

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

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