Автоматизация систем кондиционирования воздуха и вентиляции

Раздел: Кондиционирование

Эти тепло- и массообменные аппараты являются основными элементами систем, особенно в системах вентиляции. Процесс тепломассообмена в этих аппаратах отличается значительной распределенностью (неоднородностью) температур воздуха и воды. Температура изменяется вдоль трубки в пределах одного хода, между ходами и между рядами. На основании специальных исследований И. И. Зингермана получено, что неравномерность температуры воздуха на выходе из воздухонагревателя может составлять десятки градусов и приближаться к половине перепада температур теплоносителя. Распределенность процесса существенно усложняет точный расчет и особенно аналитическое описание динамической характеристики аппарата.

Рассмотрим схему поверхностного теплообменного аппарата в сосредоточенных параметрах, т. е. относительно средних по тепловому балансу температур воздуха на входе и выходе из аппарата. В аппаратах возмущающими воздействиями являются температура воздуха на входе tH, расход воздуха GB (если аппарат работает при переменном расходе), температура воды на входе tWH. Управляющими воздействиями могут быть расход воды Gw или температура воды на входе tWH. Регулируемым параметром для воздухонагревателя является температура воздуха tu или а для воздухоохладителя кроме tK может потребоваться стабилизировать и второй параметр термодинамического состояния воздуха — влагосодержание dh.

Составим представление о физической картине переходного процесса, т. е. изменении температуры воздуха на выходе tK при скачкообразном возмущении на входе, т. е. изменении величин tH, twn, GB или Gw. Будем полагать физические константы сред в рассматриваемом диапазоне изменения температур неизменными. Пусть расход воздуха через аппарат изменится (уменьшится) мгновенно; так же изменится скорость воздуха и коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха, а значит и общий коэффициент теплопередачи, поэтому на теоретической кривой переходного процесса ( 3.4) следует ожидать скачка в изменении регулируемого параметра tK, а после скачка — плавного повышения температуры, как это показано на  3.4. Аналогичную кривую можно ожидать, если мгновенно повысить температуру воздуха на входе в аппарат. Из-за малой глубины теплообменника l/w и малой теплоемкости воздуха изменение должно иметь на графике начальный скачок и последующее плавное повышение. Таким образом, при возможных возмущениях со стороны воздуха и аналитическом рассмотрении кривой переходного процесса следует ожидать скачка. Аналогично при возмущениях со стороны воды в силу инерционности процесса передачи теплоты к воздуху скачка в переходной характеристике не будет.

Сопоставим теоретические представления с опытными данными. В экспериментах скачок в переходной характеристике не наблюдался (кривая 2 на  3.4), что можно объяснить разными причинами. Во-первых, в быстропротекающие процессы погрешность вносится инерционностью термоприемников (датчиков). Учитывая это обстоятельство, исследователь должен отделить инерционность собственно исследуемого процесса от инерционности процесса и термоприемника. Так как скорость воздуха имеет конечное значение, то и постоянная времени датчика не настолько мала, чтобы ею можно было пренебречь (см.  3.14). Во-вторых, с точки зрения аналитического описания передаточной функции W (р) звено, имеющее переходный процесс со скачком, может быть при определенных условиях заменено звеном с переходным процессом без скачка

 В многочисленных экспериментах изменение температуры на выходе происходило в первом приближении экспоненциально (). Расположение теоретической (1) и опытной (2) кривых на  3.4 оказывается достаточно близким. Воздухонагреватель и поверхностный воздухоохладитель в первом приближении можно рассматривать как апериодическое звено первого порядка, характеризуемое коэффициентом передачи К и постоянной времени Т. Оказалось, что при разных возмущениях постоянная времени теп-

лообменного аппарата данной конструкции и обвязках не зависит от вида возмущения, а определяется только расходами сред, т. е. воздуха и воды. Предложено несколько приближенных зависимостей для определения постоянной времени.