Начать продавать на Satu.kz
Корзина
23 отзыва

Сейчас у компании нерабочее время. Заказы и сообщения будут обработаны с 09:00 ближайшего рабочего дня (20.05)

+7 (707) 327-97-14

Как рассчитать температуру воздуха для подбора вентиляторной градирни

Как рассчитать температуру воздуха для подбора вентиляторной градирни

В системах, где применяется испарительное охлаждение воды или воздуха, основным параметром является температура воздуха по мокрому термометру (tМТ).

Для таких систем температура воздуха по мокрому термометру является предельным (теоретическим) значением, до которого можно охладить воду или воздух. Так как летом tМТ наружного воздуха существенно ниже его температуры по сухому термометру (tСТ), в вентиляторных градирнях можно охладить воду до температуры ниже, чем tСТ, в отличие от охладителей жидкости с закрытым водяным контуром.

 

Немного истории

При подборе вентиляторных градирен часто руководствуются «Пособием по проектированию градирен» [1], вышедшим почти сорок лет назад.

Согласно [1] расчет градирен следовало выполнять, исходя из среднесуточных температур атмосферного воздуха по сухому и мокрому термометрам (или относительной влажности воздуха) по многолетним наблюдениям при необеспеченности метеорологических параметров 1...10 % за летний период года (июнь, июль, август).

Выбор необеспеченности следовало производить в зависимости от категории потребителя по таблице 6 [1], в которой все потребители условно разделены на три категории по уровню требований к температурам охлаждаемой воды.

Указанной в таблице 6 [1] необеспеченности 1 % за три летних месяца соответствует превышение метеорологических параметров над нормируемыми не более 22 часов, необеспеченности 5 % — не более 110 часов и необеспеченности 10 % — не более 220 часов.

В таблице 1 приведены данные из таблицы 6 [1].

 

Таблица 1. Категории потребителей и необеспеченность параметров по [1]

 

Категория потребителя

Зависимость технологического процесса производства или работы оборудования от превышения температуры охлажденной воды над расчетной

Необеспеченность метеорологических параметров за летний период года при расчете градирен, % (час)

1

Нарушение технологического процесса производства в целом и, как следствие, значительные убытки

1 (22 час)

2

Допускаемое временное нарушение технологического процесса отдельных установок

5 (110 час)

3

Временное снижение экономичности технологического процесса производства в целом и отдельных установок

10 (220 час)

 

 

Для некоторых крупных населенных пунктов в таблице 7 [1] были также приведены конкретные значения температур по мокрому термометру tРМТ для разной необеспеченности, соответствующей категории потребителя.

В таблице 2 приведены эти значения для нынешних административных центров федеральных округов РФ.

 

Таблица 2. Расчетные температуры по мокрому термометру по [1], °С

 

Населенный пункт

Категория потребителя

1

2

3

Москва

20.8

19

17.9

Санкт-Петербург

20.1

18.3

17.4

Нижний Новгород

19.6

17.8

17.3

Екатеринбург

18.8

17.8

17

Новосибирск

19.3

18.2

17.6

 

 

В современных нормативных документах, связанных с холодильной техникой, расчетные параметры наружного воздуха для подбора холодильного оборудования, в том числе вентиляторных градирен, никак не регламентируются.

В смежной области — системах кондиционирования воздуха (СКВ) — существует хорошая нормативная база, в том числе СП «Отопление, вентиляция и кондиционирование», который периодически обновляется и совершенствуется. С 1 июля 2021 действует уже третья редакция этого документа.

Уже в первой редакции СП «Отопление, вентиляция и кондиционирование» [2] было указано:

п.9.17. Параметры наружного воздуха для расчета …вентиляторных градирен следует принимать с учетом места их размещения (в тени, на солнце, на плоской кровле вблизи крыш или стен и др.), но не менее расчетных параметров наружного воздуха для обслуживаемых систем.

Но конкретные рекомендации в нормативном документе не были приведены.

В книге [3] автором было предложено учитывать место установки градирни путем соответствующего увеличения расчетной температуры воздуха по мокрому термометру tБМТ (по параметрам Б).

Рассматривались три основных случая размещения градирни: в тени, на стороне здания, облучаемой солнцем, и на плоской кровле.

Автором была применена следующая формула для определения расчетной температуры наружного воздуха:

tРМТ = tБМТ + ΔtМТ                            (1),

где tРМТ — расчетная температура наружного воздуха по мокрому термометру для подбора вентиляторной градирни;

tБМТ — расчетная температура наружного воздуха по мокрому термометру, рассчитанная по параметрам Б;

ΔtМТ — поправка к tБМТ, определяемая по таблице 3 в зависимости от места установки.

 

Таблица 3. Рекомендуемые ΔtМТ для подбора вентиляторных градирен [3]

 

1.jpg

 

Уже после выхода книги в СП [2] были внесены изменения, и в двух последних редакциях (п.9.17 [4] и 8.15 [5]) появились конкретные рекомендации по учету места размещения воздушных конденсаторов и вентиляторных градирен (орфография сохранена):

8.15 Параметры наружного воздуха для расчета конденсаторов с воздушным охлаждением, сухих охладителей и вентиляторных градирен следует принимать с учетом места их размещения (в тени, на солнце, на плоской кровле вблизи крыш или стен и др.), но не менее расчетных параметров наружного воздуха для систем холодоснабжения и кондиционирования:

а)      для холодильных машин и установок с конденсаторами воздушного охлаждения, расположенных в тени ‒ не менее чем на 3 °C выше температуры сухого термометра (параметры Б) и на 5 °C выше – для конденсаторов, облучаемых солнцем;

б)      для вентиляторных градирен, расположенных в тени ‒ на 1,5 °C выше температуры мокрого термометра по параметрам «Б» и на 3 °C выше для вентиляторных градирен, облучаемых солнцем.

При размещении конденсаторов воздушного охлаждения и вентиляторных градирен на плоской кровле, на расстоянии от стен не более 3 м со всех сторон, расчетные значения температур, указанные в перечислениях а) и б) настоящего пункта, следует увеличивать на 5 °C и 3 °C соответственно.

Для сравнения рекомендаций автора и требований СП в таблице 4 приведены поправки к tБМТ для подбора вентиляторной градирни по книге автора [3] и различным редакциям СП «Отопление, вентиляция и кондиционирование».

 

Таблица 4. Поправки ΔtМТ к tБМТ для подбора вентиляторных градирен, К

 

Источник

Размещение градирни

В тени

На солнце

На кровле

СП 60.13330.2012

П. 9.17

Книга автора [3], 2014

Табл. 5.7

1

1,5…2

2,5…3

СП 60.13330.2016

П. 9.17

1,5

3

6

СП 60.13330.2020

П. 8.15

1,5

3

6

 

 

Как следует из таблицы 4, значения ΔtМТ, предложенные автором в книге [3], в 1,5…2 раза меньше значений, приведенных в последних редакциях СП [4, 5].

 

Как определить tБМТ

В последней редакции СП [5] (п 5.13) в качестве параметров Б наружного воздуха предписывается применять:

— удельную энтальпию наружного воздуха (кДж/кг) и

— удельное влагосодержание наружного воздуха (г/кг),

которые следовало принимать по таблице П.1 приложения П для перечисленных в ней городов.

Для других населенных пунктов следует руководствоваться схематической картой районирования территории России по величине удельной энтальпии.

Как показано в статье автора [6], это создает неопределенность при выборе расчетных параметров наружного воздуха как для 36 городов, перечисленных в таблице П.1 [5], так и для подавляющего большинства населенных пунктов России.

Поэтому автор рекомендует применять в качестве параметров Б наружного воздуха данные из таблицы 4.1 СП «Строительная климатология» [7]:

— температуру обеспеченностью 0,98 (графа 4);

— среднюю месячную относительную влажность воздуха в 15 час наиболее теплого месяца (графа 9).

Это обеспечивает не только однозначное определение расчетных параметров наружного воздуха для конкретного населенного пункта, но и преемственность нормативных документов в части определения параметров Б.

Тогда расчетную температуру наружного воздуха по мокрому термометру tБМТ можно определить для данного населенного пункта по известным tБ и φБ как на i-d диаграмме (рис. 1), так и с помощью многочисленных программ для расчета параметров влажного воздуха.

При определении tБМТ на i-d диаграмме исходят из того, что линии постоянных температур по мокрому термометру практически совпадают с линиями постоянных энтальпий.

 

рис 1.jpg

 

Рис. 1. Определение температуры tБМТ на i-d диаграмме

В таблице 5 приведены параметры Б для городов, перечисленных в таблице 2.

 

Таблица 5. Параметры Б наружного воздуха

 

Город

Расчетные параметры Б, °С

PБ, гПа

tБ, °С

φБ, %

tБМТ, °С

Москва

997

26

60

20.3

Санкт-Петербург

1013

25

60

19.4

Нижний Новгород

997

27

57

20.6

Екатеринбург

982

27

52

19.7

Новосибирск

1003

27

51

19.6

 

 

Методика расчета параметров воздуха при повышенных температурах

Часто в качестве расчетного параметра воздуха имеется только температура по сухому термометру tРСТ, превышающая tБСТ, но при этом возникает необходимость определить также tРМТ и φР для этой расчетной температуры. Для таких случаев в книге [8] автором было предложено определять φР и tРМТ из параметров Б.

В качестве допущения в [8] автором было принято, что при превышении температуры наружного воздуха значений tБСТ влагосодержание воздуха остается постоянным и равным dБ.

Это позволяет определить относительную влажность воздуха φР при новой расчетной температуре tРСТ непосредственно из i-d диаграммы, а именно в точке пересечения вертикальной прямой dБ = const, проведенной из точки с параметрами, соответствующими параметрам Б, и прямой tРСТ = const, соответствующей температуре tРСТ (рис. 2). Определить φР можно также расчетным путем по формулам из [3] или с помощью компьютерных программ для расчета параметров влажного воздуха.

 

рис 2.jpg 

 

Рис. 2. Определение относительной влажности на i-d диаграмме

Температура по мокрому термометру в расчетной точке tРМТ определяется аналогично tБМТ (см. рис.1).

Указанная методика позволяет определить расчетные параметры воздуха (φР и tРМТ) только по известной расчетной температуре по сухому термометру tРСТ, например:

— расчетной температуре воздуха для холодильных установок,

— абсолютной максимальной температуре воздуха по СП [7],

—    расчетной температуре для подбора воздушного конденсатора и т.д.

Как будет показано ниже, рассчитанные таким образом параметры воздуха хорошо согласуются с фактическими метеорологическими данными.

 

Какими должны быть поправки к tБМТ для подбора градирни

Как показывает практика, чаще всего воздушные конденсаторы и вентиляторные градирни работают в наиболее неблагоприятных условиях, так как их преимущественно устанавливают на стороне здания, в течение длительного времени облучаемой солнцем, или на плоской кровле.

Согласно п. 8.15 СП [5], в этих случаях расчетные температуры для подбора воздушного конденсатора и градирни должны быть определены с учетом соответствующих поправок.

Как указано в п. 8.15 [5], при подборе воздушных конденсаторов следует увеличивать температуру по сухому термометру tБСТ:

— на 3 К при установке в тени,

— на 5 К при установке на солнце,

— на 10 К при установке на плоской кровле.

И если градирня установлена в одинаковых условиях с конденсатором, то соответствующее увеличение температуры воздуха по сухому термометру ΔtР для нее должно быть таким же, как и для воздушного конденсатора.

Как известно, при нагреве воздуха его влагосодержание не изменяется, что позволяет определить на i-d диаграмме соответствующее изменение температуры по мокрому термометру ΔtМТ при нагреве воздуха на ΔtР из состояния 1 до состояния 2 (рис. 3).

 

рис 3.jpg

 

Рис. 3. Изменение температуры tБМТ на i-d диаграмме при нагреве воздуха

Как видно из рис. 3 нагрев воздуха на ΔtР приводит к увеличению температуры по мокрому термометру на ΔtМТ (с точки 3 до точки 4). Видно, что при этом ΔtМТ примерно в три раза меньше ΔtР, то есть увеличение температуры воздуха по сухому термометру на 10 К дает увеличение температуры по мокрому термометру примерно на 3 К.

При этом расчетную температуру по мокрому термометру tРМТ для градирни следует увеличить с учетом рис. 3:

— на 3/3 ≈ 1 К при установке в тени,

— на 5/3 ≈ 1,5 К при установке на солнце,

— на 10/3 ≈ 3 К при установке на плоской кровле.

Это больше соответствует рекомендациям автора, изложенным в [3], чем предписаниям п. 8.15 [5] (см. таблицу 3).

Для оценки актуальности тех или иных поправок в современных метеорологических условиях расчетные параметры, полученные с учетом поправок, необходимо сравнить с фактическими данными.

    

Сравнение расчетных и фактических параметров воздуха

Проверим, как соотносятся различные расчетные параметры воздуха, определенные по изложенной выше методике, с фактическими параметрами воздуха в летний период.

С этой целью были проанализированы фактические метеорологические данные за последние пять лет (с 2019 по 2023 год) для городов из таблицы 2.

Наибольший интерес представляет сравнение с «экстремальными» погодными условиями, ориентирами для которых являются параметры воздуха при абсолютной максимальной температуре по СП [7], приведенные в следующей таблице.

 

Таблица 8. Параметры наружного воздуха, соответствующие tА.М

 

Город

Расчетные параметры наружного воздуха

для холодильных установок, °С

tА.М, °С

φА.М , %

tА.М МТ, °С

Москва

38

30.4

23.6

Санкт-Петербург

37

30.3

22.9

Нижний Новгород

38

30.7

23.6

Екатеринбург

38

28.0

22.8

Новосибирск

37

29.0

22.5

 

 

Для каждого города был определен год с максимальной температурой (таблица 9), и расчетные параметры воздуха сравнивались в дальнейшем с летними температурами этого года.

 

Таблица 9. Максимальные температуры наружного воздуха

 

Город

Год

Дата

Время

tСТМАХ, °С

Москва

2021

24.06

15:00

34.4

Санкт-Петербург

2021

23.06

15:00

35.5

Нижний Новгород*

2021

25.06

13:00

36

Екатеринбург**

2020

16.07

14:00

38.8

Новосибирск

2023

07.06

15:00

38

 

Примечание: * В 2020 году максимальная температура была такой же.

** В 2023 году максимальная температура была меньше на 0,1 градуса.

 

Из таблиц 8 и 9 следует, что в последние годы были превышены абсолютные значения температур по СП [7] в Екатеринбурге и Новосибирске.

В таблице 10 приведены максимальные температуры наружного воздуха по мокрому термометру для тех же городов.

 

Таблица 10. Максимальные температуры наружного воздуха по мокрому термометру

 

Город

Год

Дата

Время

tМТМАХ, °С

Москва

2021

23.06

12:00

24.6

Санкт-Петербург

2021

16.07

9:00

23.7

Нижний Новгород

2021

25.06

9:00

23.9

Екатеринбург

2020

09.07

14:00

20.4

Новосибирск

2023

13.07

11:00

24.5

 

 

Сравнение данных из таблиц 9 и 10 показывает, что максимальные значения температур по сухому tСТМАХ и мокрому термометру tМТМАХ достигаются не только в разные дневные часы, но и, как правило, в разные дни.

И даже если максимумы достигаются в один и тот же день (см. Нижний Новгород), время наступления их различно (13:00 для tСТМАХ и 9:00 для tМТМАХ). Иными словами, максимумы tМТМАХ и tСТМАХ для любого дня не совпадают по часам и, следовательно, tМТМАХ достигается при температуре меньшей, чем tСТМАХ.

На рис. 4 в графическом виде представлены фактические данные по максимальным дневным температурам tСТМАХ и соответствующей относительной влажности воздуха летом 2021 года в Москве. Статистическая зависимость относительной влажности воздуха от температуры tСТМАХ может быть представлена прямой линейной регрессии.

 

 

рис 4.jpg

Рис. 4. Параметры воздуха в Москве при tСТМАХ

Здесь также обозначены расчетные параметры воздуха Б для систем кондиционирования (СКВ), для холодильных установок (ХС) и параметры, соответствующие абсолютной максимальной температуре воздуха по СП [7].

Звездочками (*) обозначены параметры воздуха при увеличении температуры по сухому термометру по параметрам Б (tБСТ) соответственно на 5 и 10 К при постоянном влагосодержании (для подбора воздушных конденсаторов по п.8.15 СП [5]).

Точки *(+5 К) и *(+10 К) при этом приближаются соответственно к расчетной температуре воздуха для холодильных установок и абсолютной максимальной температуре по СП [7].

На рис. 4 хорошо видна тенденция уменьшения относительной влажности воздуха с ростом его температуры, отмеченная автором в [3]. При этом вычисленные по методике автора (см. выше) расчетные параметры воздуха соответствуют этой тенденции, следуя практически параллельно линии линейной регрессии, построенной по фактическим данным.

На рис. 5 приведены фактические данные по максимальным дневным температурам по мокрому термометру tМТМАХ летом 2021 года в Москве. Статистическая зависимость tМТМАХ от температуры tСТ также может быть представлена прямой линейной регрессии.

 

рис 5.jpg

Рис. 5. Параметры воздуха в Москве при tМТМАХ

Дополнительно к рис.4 треугольниками (Δ) обозначены параметры воздуха при увеличении температуры по мокрому термометру по параметрам Б (tБМТ) соответственно на 3 и 6 К (для подбора вентиляторных градирен по п. 8.15 [5]).

Как видно на рис.5:

— точки *(+10 К) и Δ (+3 К) расположены на одном уровне, то есть увеличение температуры tБСТ на 10 К соответствует увеличению температуры tБМТ всего на 3, а не на 6 К. При этом обе точки лежат выше фактических параметров воздуха (за исключением всего одного дня).

— Параметры воздуха для холодильных установок превышают параметры воздуха, имеющего температуру на 5 К выше температуры tБСТ — точки *(+5 К).

— Параметры воздуха при увеличении температуры tБМТ на 6 К — точка Δ (+6 К) — существенно превышают не только фактические данные, но и параметры воздуха, соответствующие абсолютной максимальной температуре по СП [7].

Аналогичная картина с распределением фактических и расчетных параметров воздуха имеет место и для остальных городов из таблицы 2 (см. Приложение 1):

—   точки Δ (+3 К) и * (+10 К) лежат выше подавляющего большинства точек, обозначающих фактические значения tМТМАХ для самого жаркого лета за последние пять лет.

Чтобы определить, какие расчетные параметры могут быть приняты для подбора градирни, следует по фактическим данным рассчитать необеспеченности для этих параметров, и сравнить их между собой и с данными таблицы 1, которые могут быть приняты за базовые.

Результаты расчета сведены в итоговую таблицу 11, в которой представлены данные по расчетным tРМТ и фактической необеспеченности (Н, час) этих параметров по:

—   пособию [1] (см. таблицу 2);

—   параметрам Б СП [5] (см. таблицу 5);

—   параметрам для подбора градирен по СП [5] при увеличении tБМТ на 3 и 6 К;

—   параметрам для подбора воздушных конденсаторов (ВК) по СП [5] при увеличении tБСТ на 10 К.

Таблица 11. Необеспеченность по расчетным параметрам

 

Город

Пособие [1], кат.1

Параметры Б

Параметры для градирен [5]

Параметры для ВК [5] (tБСТ + 10)

tМТ, °С

Н, час

tМТ, °С

Н, час

tМТ + 3, °С

Н, час

tМТ + 6, °С

Н, час

tМТ, °С

Н, час

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Москва

20.8

81

20.3

153

23.3

3

26.3

0

23.0

3

Санкт-Петербург

20.1

240

19.4

309

22.4

12

25.4

0

22.3

12

Нижний Новгород

19.6

474

20.6

235

23.6

1

26.6

0

23.4

5

Екатеринбург

18.8

108

19.7

24

22.7

0

25.7

0

22.5

0

Новосибирск

19.3

252

19.6

207

22.6

36

25.6

0

22.5

38

 

 

Как видно из таблицы 11, в современных условиях параметры воздуха из пособия [1] не гарантируют требуемую необеспеченность не только для категории потребителей 1 (22 час), но и, за исключением Москвы и Екатеринбурга, даже для категории потребителей 3 (220 час).

В качестве расчетной температуры tРМТ для подбора градирни поэтому могут быть принята либо температура tРМТ = tБМТ +3 К (графа 6), либо tРМТ = tБМТ +6 К (графа 8).

При выборе tРМТ = tБМТ +3 К расчетная температура tРМТ и необеспеченность (графы 6 и 7) практически равны данным для подбора воздушного конденсатора при установке его на плоской кровле при tР = tБСТ + 10 К (графы 10 и 11). При этом необеспеченность для всех городов, кроме Новосибирска, существенно меньше 22 часов.

При выборе tРМТ = tБМТ + 6 К (графа 8) необеспеченность (графа 9) равна 0 для всех городов, так как эта расчетная температура существенно превышают как фактические данные, так и температуру tАММТ, соответствующую абсолютной максимальной температуре tАМСТ по СП [7].

 

Выводы

1.       Методика определения расчетных параметров воздуха, предложенная автором, показала хорошее соответствие фактическим метеорологическим данным.

2.       Рекомендуемые в «Пособии по проектированию градирен» [1] расчетные параметры воздуха утратили свою актуальность в современных климатических условиях.

3.       Расчетную температуру воздуха по мокрому термометру tРМТ для подбора вентиляторной градирни можно определять по температуре воздуха по tБМТ с учетом поправок ΔtМТ на место установки градирни.

4.       Предложенные автором в книге [3] поправки ΔtМТ к расчетной температуре воздуха tБМТ соответствуют поправкам к tБСТ для подбора воздушного конденсатора по п.8.15 СП [5], установленного в одинаковых с градирней условиях.

5.       При установке градирни на плоской кровле поправка ΔtМТ к tБМТ может быть принята как ΔtМТ = +3 К для большинства городов, поскольку фактическая необеспеченность даже при экстремальных погодных условиях не превышает 1% или 22 час (рекомендуемую для категории потребителей 1 по [1]).

6.       Применение поправки ΔtМТ = +6 К, рекомендованной в п. 8.15 СП [5] при установке градирни на плоской кровле, для большинства городов не является необходимым.

7.       В качестве базовой температуры для расчета tРМТ можно также использовать:

— температуру t*МТ, определяемую по расчетным параметрам воздуха для холодильных установок с учетом соответствующих поправок Δt*МТ (см. Приложение 2);

— температуру tАММТ, определяемую по абсолютной максимальной температуре по СП [7].