Режимы работы и оборудование систем кондиционирования воздуха в помещениях с искусственным снегом

В нашей стране до 2006 года не было опыта по проектированию, строительству и эксплуатации инженерного оборудования в помещениях с искусственным снегом. В период 2006—2009 годов авторами впервые в нашей стране были выполнены расчеты по выбору оборудования для инженерных систем ряда объектов с искусственным снегом, проведены работы по их реализации и испытанию. Особая специфика и новизна вопросов применения и функционирования инженерных систем в помещениях с искусственным снегом диктуют необходимость подробно остановиться на особенностях формирования в них тепло-влажностного режима, на методах расчета оборудования и его подбора для круглогодичной работы.

Особенности формирования тепло-влажностного режима в помещениях с искусственным снегом

Рассмотрим помещения с искусственным снегом для спортивного и развлекательного катания со снежных склонов. Приготовленный в специальных машинах искусственный снег слоями наносится на поверхность бетонного основания. Толщина снежного покрова составляет обычно более 0,5 м и температура его поверхности поддерживается на уровне tCH = —5 °С работой холодильных машин и систем кондиционирования воздуха (СКВ).

Наибольшее влияние на температурный режим помещения с искусственным снегом оказывает температура на поверхностях его ограждения. Для минимизации этого влияния на внуО.Я. Кокорин, Н.В. Товарас

тренней поверхности потолочного перекрытия следует поддерживать температуру вблизи tB Пер = О °С, а в прилегающем к перекрытию слое воздуха относительная влажность не должна превышать (рв Пер =96%, что достигается работой инженерных систем. Прилегающий к поверхности снега воздух должен иметь температуру tB Сн = —5 °С при относительной влажности не более срв Сн = 65%. В зоне катания людей, на высоте до 1,6 м от поверхности снега температура воздуха круглый год должна поддерживаться tB Кат = —3 °С при относительной влажности

Ч>Кат< 100%-

Ограждающие строительные конструкции помещения с искусственным снегом должны иметь высокое термическое сопротивление и окраску в светлые тона. Для снижения влияния наружных климатических условий на тепловой режим помещения с искусственным снегом его ограждающие конструкции делаются двойными. Это создает значительную воздушную прослойку толщиной от 3 до 6 м. В воздушных прослойках боковых стен можно смонтировать трубопроводы инженерных систем, например, системы циркуляции охлаждающего антифриза, подаваемого насосом в трубки змеевиковых теплообменников, заложенных в бетонное основание (см. рис. 1.1.). Здесь же можно проложить электрические сети и разместить их щиты. В промежуточном, межфермовом пространстве над перекрытием можно смонтировать приточные и вытяжные агрегаты СКВ, изолированные воздуховоды. На внутренней поверхности перекрытия монтируются воздухораздающие устройства и заборные решетки вытяжного воздуха. К фермам перекрытия крепятся местные подвесные воздухоохлаждающие агрегаты.

В помещения с искусственным снегом поступают следующие потоки тепла и влаги. Во-первых, тепло- и влагопосту- пления от людей, которые вычисляются раздельно для различных по полу и возрасту посетителей. На горнолыжных склонах, при tB Кат= —3 °С, физическая активность человека соответствует работе средней тяжести, при которой от людей выделяется:

— для взрослых мужчин, число которых составляет Л м: явного тепла — QTJ1 м = Лм -210, Вт-ч;

влаги - WJ1 мМ • 120, г/час;

— для взрослых женщин (числом Лж):

явного тепла — QTJ1 жЖ • 0,85 210, Втч; влаги — WJ1 ж —Лж • 0,85 • 120, г/час;

— для детей (числом Лд):

явного тепла— Отлд=Лд' 0,75- 210, Вт-ч; влаги — WJ1 д =ЛД • 0,75 • 120, г/час.

Для расчета можно принять, что за час спортсмены-мужчины 40 мин спускаются по снежному склону и 20 мин поднимаются на подъемнике. Женщины и дети в течении часа: спускаются по склону 30 мин и 30 мин находятся на подъемнике. При нахождении на подъемнике люди отдыхают и физическая активность их соответствует нагрузке при легкой работе, при которой за час при tB Под = —2 °С выделяется:

— для взрослых мужчин:

явного тепла — Q’TJ1 мМ • 190, Вт-ч;

влаги - wVm м ‘ 20г/час

— для женщин:

явного тепла — Q’TJ1 жЖ * 0,85 * 190, Вт-ч; влаги — W’jj ж =ЛЖ • 0,85 • 20, г/час;

— для детей:

явноготепла— 0’тл дД • 0,75 • 190, Вт-ч; влаги — У’Л дД • 0,75 • 20, г/час.

С учетом различной физической нагрузки за час у посетителей помещения с искусственным снежным склоном общие часовые выделения явного тепла вычисляются по формуле:

Общие часовые выделения влаги от посетителей вычисляются по формуле:

Пространство между перекрытиями помещения с искусственным снегом и наружной кровлей, высота которого может составлять 6 м, летом интенсивно проветривается. Поэтому в солнечные летние дни при максимальной tH = 34°С температура воздуха в воздушной прослойке над перекрытием может быть принята в tB Пер = 40°С. При термическом сопротивлении теплоизоляции перекрытия Rnep, м2-°С/Вттеплопоступление в помещение через поверхность перекрытия Fnep, м2, вычисляется:

В воздушном пространстве высотой до 3 м между боковыми стенами площадью FCt, м2 и наружным ограждением летом при tH = 34 °С установится температура tH Ст. Средняя температура на внутренней поверхности стен установится летом tBH Ст. Термическое сопротивление изолированной стены RCx, м2-°С/Вт. Трансмиссионные теплопритоки в помещение через боковые стены вычисляются по формуле:

Помещения со снежным склоном для катания людей обязательно имеют бугельные или кресельные подъемники или кабинки для доставки людей к верхней площадке склона. При работе подъемники затрачивают электрическую энергию Ь1д, которая подводится к электродвигателям. Электродвигатели имеют КПД Г|Эд « 0,94 и размещаются, как правило, в нижней части склона с искусственным снегом. Если электродвигатели подъемников находятся в помещении склона, то все потери в них выделяются в форме тепла в месте размещения электродвигателей, т.е. около нижней площадки подъемника. Внутренние тепловыделения при этом включают эту составляющую явного тепла:

Если электродвигатели подъемников вынесены из помещения склона, то внутренние тепловыделения не включают эту составляющую.

Энергия от электродвигателей подъемников в основном затрачивается на подъем лыжников и трение механизмов, например, троса с сидениями (или кабинами) о направляющие ролики. Вся эта энергия в конечном итоге выделяется в форме теплоты в помещении склона и, можно считать, равномерно распределяется по длине склона. Поэтому внутренние тепловыделения всегда включают следующую составляющую от подъемников:

Помещение склона должно ярко освещаться. 11редпочти- тельно использовать энергосберегающие светильники, которые на сегодня потребляют электроэнергию на уровне q3n Св ~ 4 Вт-ч/м2. Подведенная к светильнику электроэнергия на 60% переходит в излучение (свет) и в форме лучистого тепла падает на снег, а 40% расходуется на нагрев арматуры светильников. Поэтому к поверхности снега (FCh) поступает радиационный тепловой поток от светильников:

Этот тепловой поток поступает непосредственно к поверхности снега и может не учитываться в балансе теплоты для помещения склона.

Остальная часть энергии светильников в форме тепла выделяется рядом с ними, поступает на нагрев вытяжного воздуха и вычисляется по формуле:

Рассмотренные выше явные теплопоступления в помещения с искусственным снегом суммируются:

Для сохранения качества поверхности искусственного снега на его поверхности необходимо поддерживать температуру tCH = — 5 °С и не допускать конденсации водяных паров из воздуха. Поэтому относительная влажность в слое воздуха над поверхностью искусственного снега не должна быть больше 65%.

В таких помещениях воздух насыщается влагой не только от посетителей, но и от сублимации влаги с поверхности снега. Влажностные потоки от людей зависят от возраста и пола и вычисляются по приведенным выше формулам. Для расчета количества сублимирующей в воздух влаги с поверхности искусственного снега можно использовать формулу [22]:

Коэффициент сублимации влаги с поверхности искусственного снега при скорости воздуха у поверхности 0,25 м/с можно принять аСуб= 6,9 г/м2 -мм.рт.ст. [22].

Парциальное давление водяных паров в слое воздуха у поверхности снега при tCH = —5 °С равно Рп в сн = 0,9 мм. рт. ст. Величина Рн в Сн находится по таблице давлений водяных паров. Параметры воздуха над поверхностью снега должны составлять: относительная влажность — 65%, температура —5 °С. Поэтому парциальное давление водяных паров в потоке воздуха над поверхностью искусственного снега вычисляется по формуле:

В процессе сублимации снега (твердой фазы) в пар (газообразная фаза) поглощается теплота. Температура поверхности искусственного снега и температура воздуха у поверхности равны —5°С. Удельная теплота сублимации равна гСуб = 2840 кДж/кг. Поэтому теплота, поглощаемая снегом при его сублимации в водяные пары, вычисляется по формуле:

Эта теплота сублимации во многом компенсирует лучистый поток тепла к снегу, который, как сказано выше, складывается из лучистого потока от светильников и лучистого потока тепла от потолка и перекрытий.

Лучистый тепловой поток от светильников (QTJly4 Св ) рассчитывается по формуле (8.7).

Удельный поток лучистого тепла от перекрытия определяется по графику на рис. 2.1. при tCH = — 5 °С и tnep = О °С: ЯТЛуч = 1,7 Вт/м2. Общий поток лучистого тепла к поверхности искусственного снега от перекрытия площадью Fnep, м2 составит:

Обычно, внутренняя поверхность перекрытия окрашена в светлые тона и коэффициент отражения можно принять Ротр.= 0’6-

Поступающее к поверхности искусственного снега радиационное тепло равно:

Количество подведенного к поверхности искусственного снега радиационного тепла, вычисленное по формуле (8.13), сравнивается с потоком тепла, расходуемым на сублимацию водяных паров в воздух с поверхности снега, вычисляемым по формуле (8.11). Обычно IQT Сн Рад > QT Суб и их разность должна быть компенсирована подведением холода к поверхности искусственного снега от работы холодильной машины в режиме поддержания tCli - —5 °С:

Отепленный и влажный вытяжной воздух собирается под перекрытия помещения с искусственным снегом и воспринимает 40% тепловой энергии, получаемой при расходе электрической энергии на освещение. Подведенная к светильнику электроэнергия на 60% переходит в лучистое тепло, а 40% расходуется на нагрев арматуры светильников. Количество явного тепла от светильников, переданное на нагрев вытяжного воздуха, вычисляется по формуле:

Общие явные теплопоступления в помещении с искусственным снегом (С>тя), вычисляемые по формуле (8.8) должны восприниматься удаляемым воздухом и подвешенными воздухоохладителями .

Количество явного тепла воспринимаемого вытяжным воздухом с ty = О °С вычисляется по формуле:

Количество приточного воздуха Ln, подаваемого от приточных агрегатов, должно быть равно или больше саннормы приточного наружного воздуха:

Количество удаляемых теплопритоков явного тепла, которые должны удаляться от работы местных подвесных воздухоохладителей, вычисляется по формуле:

В помещении с искусственным снегом общее количество выделяющейся влаги вычисляется по формуле:

Охлажденный до температуры tn и осушенный до влагосо- держания dn, приготовленный приточный наружный воздух LnH = Ln, поглощает все поступления влаги:

Из уравнения (8.20) получим требуемое количество приготовленного приточного воздуха:

Вычисленное поглощение вытяжным воздухом всех влаго- поступлений ?Вл позволит в местных подвесных охладительных агрегатах охлаждать рециркуляционный воздух при постоянном влагосодержании, требуемая их холодопроизводитель- ность, определяется расчетом по формуле (8.18).

В режимах охлаждения рециркуляционного воздуха при постоянном влагосодержании не будет конденсации водяных паров не оребренной поверхности воздухоохлаждающего теплообменника. Это позволит не применять в местных воздухоохлаждающих агрегатах режима оттайки инея и льда, которые образуются при наличии сконденсированной воды на оребренной поверхности при минусовых температурах охлаждаемого воздуха.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >