Tema 6. Calculul schimbului de aer în timpul climatizării

Calculator online pentru calcularea capacității de răcire

Pentru a selecta în mod independent puterea unui aparat de aer condiționat de acasă, utilizați metoda simplificată pentru calcularea suprafeței camerei frigorifice, implementată în calculator. Nuanțele programului online și parametrii introduși sunt descriși mai jos în instrucțiuni.

Notă. Programul este potrivit pentru calcularea performanței răcitoarelor de uz casnic și a sistemelor split instalate în birouri mici. Aerul condiționat al spațiilor din clădirile industriale este o sarcină mai complexă, rezolvată cu ajutorul unor sisteme software specializate sau cu metoda de calcul a SNiP.

Instrucțiuni pentru utilizarea programului

Acum vom explica pas cu pas cum să calculați puterea aparatului de aer condiționat pe calculatorul prezentat:

1. În primele 2 câmpuri, introduceți valorile pentru suprafața camerei în metri pătrați și înălțimea tavanului.
2. Selectați gradul de iluminare (expunere la soare) prin deschiderile ferestrelor. Lumina soarelui care pătrunde în cameră încălzește suplimentar aerul - acest factor trebuie luat în considerare.
3. În următorul meniu derulant, selectați numărul de chiriași care stau mult timp în cameră.
4. În filele rămase, selectați numărul de televizoare și calculatoare personale din zona de aer condiționat. În timpul funcționării, aceste electrocasnice generează, de asemenea, căldură și sunt supuse contabilității.
5. Dacă în cameră este instalat un frigider, introduceți valoarea puterii electrice a aparatului de uz casnic în penultimul câmp. Caracteristica este ușor de învățat din manualul de instrucțiuni al produsului.
6. Ultima filă vă permite să luați în considerare aerul de alimentare care intră în zona de răcire datorită ventilației. Conform documentelor de reglementare, multiplicitatea recomandată pentru spațiile rezidențiale este de 1-1,5.

Pentru trimitere. Rata de schimb a aerului arată de câte ori pe parcursul unei ore aerul din cameră este complet reînnoit.

Să explicăm câteva dintre nuanțele completării corecte a câmpurilor și selectarea filelor. Când specificați numărul de computere și televizoare, luați în considerare funcționarea simultană a acestora. De exemplu, un chiriaș folosește rareori ambele aparate în același timp.

În consecință, pentru a determina puterea necesară a sistemului split, este selectată o unitate de aparate de uz casnic care consumă mai multă energie - un computer. Disiparea căldurii receptorului TV nu este luată în considerare.

Calculatorul conține următoarele valori pentru transferul de căldură de la aparatele de uz casnic:

• Televizor - 0,2 kW;
• computer personal - 0,3 kW;
• Deoarece frigiderul convertește aproximativ 30% din energia electrică consumată în căldură, programul include 1/3 din cifra introdusă în calcule.

Compresorul și radiatorul unui frigider convențional degajă căldură aerului ambiant.

Sfat. Disiparea căldurii echipamentului dvs. poate diferi de valorile indicate. Exemplu: consumul unui computer de joc cu un procesor video puternic ajunge la 500-600 W, un laptop - 50-150 W. Cunoscând numerele din program, este ușor să găsiți valorile necesare: pentru un computer de joc, alegeți 2 calculatoare standard, în loc de laptop, luați 1 receptor TV.

Calculatorul vă permite să excludeți câștigul de căldură din aerul de alimentare, dar alegerea acestei file nu este pe deplin corectă. În orice caz, curenții de aer circulă prin locuință, aducând căldură din alte camere, cum ar fi bucătăria. Este mai bine să îl jucați în siguranță și să-i includeți în calculul aparatului de aer condiționat, astfel încât performanța acestuia să fie suficientă pentru a crea o temperatură confortabilă.

Rezultatul principal al calculului puterii se măsoară în kilowați, iar rezultatul secundar este în unitățile termice britanice (BTU). Raportul este după cum urmează: 1 kW ≈ 3412 BTU sau 3.412 kBTU. Cum să alegeți un sistem divizat pe baza cifrelor obținute, citiți mai departe.

Ce este SCR al spațiilor industriale

Mai mare nu este mai bine

Sistemele de aer condiționat din incintele industriale (ACS) sunt necesare pentru a furniza parametrii de aer necesari în incintele industriale. Aerul condiționat interior se realizează împreună cu ventilația și uneori încălzirea. Cu toate acestea, cele mai avansate sisteme pot gestiona toate cele trei funcții.

Potrivit companiilor de construcții, aproximativ 15% din banii cheltuiți pentru construirea centrelor de date și a întreprinderilor cu procese tehnologice complexe se îndreaptă către organizarea climatizării interioare. Aerul condiționat modern al spațiilor industriale este o sarcină costisitoare, care ocupă până la 60% din fondurile utilizate pentru întreținerea unei clădiri.

Metoda și formulele de calcul

Din partea unui utilizator scrupulos, este destul de logic să nu aveți încredere în numerele obținute pe un calculator online. Pentru a verifica rezultatul calculării puterii unității, utilizați metoda simplificată propusă de producătorii de echipamente frigorifice.

Deci, performanța necesară la rece a unui aparat de aer condiționat de uz casnic este calculată prin formula:

Explicația desemnărilor:

• Qtp este fluxul de căldură care intră în cameră din stradă prin structurile clădirilor (pereți, podele și tavane), kW;
• Ql - disiparea căldurii de la chiriașii de apartamente, kW;
• Qbp ​​- consumul de căldură de la aparatele de uz casnic, kW.

Este ușor să aflați transferul de căldură al aparatelor electrice de uz casnic - căutați în pașaportul produsului și găsiți caracteristicile puterii electrice consumate. Aproape toată energia consumată este transformată în căldură.

Un punct important. O excepție de la regulă este unitățile frigorifice și unitățile care funcționează în modul pornire / oprire. În decurs de 1 oră, compresorul frigiderului va elibera în cameră o cantitate de căldură egală cu 1/3 din consumul maxim specificat în instrucțiunile de utilizare.

Compresorul unui frigider de casă transformă aproape toată energia electrică consumată în căldură, dar funcționează în mod intermitent
Aportul de căldură de la oameni este determinat de documentele de reglementare:

• 100 W / h de la o persoană în repaus;
• 130 W / h - în timp ce mergeți sau lucrați ușor;
• 200 W / h - în timpul efortului fizic greu.

Pentru calcule, se ia prima valoare - 0,1 kW. Rămâne să se determine cantitatea de căldură care pătrunde din exterior prin pereți prin formula:

• S - pătratul camerei răcite, m²;
• h este înălțimea tavanului, m;
• q este caracteristica termică specifică referită la volumul camerei, W / m³.

Formula vă permite să efectuați un calcul agregat al fluxurilor de căldură prin gardurile exterioare ale unei case sau apartamente private utilizând caracteristica specifică q. Valorile sale sunt acceptate după cum urmează:

1. Camera este situată în partea umbrită a clădirii, zona ferestrelor nu depășește 2 m², q = 30 W / m³.
2. Cu o suprafață medie de iluminare și geamuri, se ia o caracteristică specifică de 35 W / m³.
3. Camera este situată pe partea însorită sau are multe structuri translucide, q = 40 W / m³.

După ce ați determinat câștigul de căldură din toate sursele, adăugați numerele obținute folosind prima formulă. Comparați rezultatele calculului manual cu cele ale calculatorului online.

O zonă mare de geamuri implică o creștere a capacității de răcire a aparatului de aer condiționat

Când este necesar să se ia în considerare aportul de căldură din aerul de ventilație, capacitatea de răcire a unității crește cu 15-30%, în funcție de rata de schimb. Când actualizați mediul aerian 1 dată pe oră, înmulțiți rezultatul calculului cu un factor de 1,16-1,2.

Placa de bază ca sursă de căldură.

Pentru majoritatea nu este un secret faptul că placa de bază, asigurând funcționarea nodurilor instalate pe ea, consumă electricitate și generează căldură. Căldura este emisă de podurile nord și sud ale chipset-ului, sursele de alimentare pentru nodurile computerului și, de asemenea, componentele circuitelor electronice amplasate pur și simplu pe acesta. Mai mult, această disipare a căldurii este cu atât mai mare cu cât computerul este mai productiv. Și chiar și în timpul funcționării, eliberarea de căldură se schimbă în funcție de volumul de lucru al nodurilor sale.

Chipset.

Cipul Northbridge are cea mai mare disipare a căldurii, ceea ce oferă procesorului autobuze. Și lucrează adesea cu module de memorie (în unele modele de procesoare moderne, ei înșiși îndeplinesc această funcție). Prin urmare, puterea lor de disipare a căldurii poate ajunge de la 20 la 30 W. De obicei, producătorul nu indică disiparea căldurii lor, ca în general disiparea totală a căldurii plăcii de bază.

Un semn indirect al generării ridicate de căldură este prezența unui invertor care îl alimentează în imediata vecinătate și un sistem de răcire îmbunătățit (ventilator, conducte de căldură). Amintiți-vă, alimentarea și răcirea ar trebui să mențină chipset-ul funcțional la performanțe maxime.

Acum, o fază a unei astfel de surse de energie reprezintă până la 35 de wați de putere de ieșire. Faza de alimentare conține o pereche de MOSFET-uri, un inductor și unul sau mai mulți condensatori de oxid.

Memorie.

Modulele moderne de memorie de mare viteză au, de asemenea, o disipare a căldurii destul de mare. Un semn indirect al acestui fapt este prezența unei surse de alimentare separate și prezența unui radiator suplimentar (plăci metalice) instalat pe cipurile de memorie. Puterea de disipare a căldurii modulelor de memorie depinde de capacitatea și frecvența sa de funcționare. Poate ajunge la 10 - 15 W pe modul (sau 1,5 - 2,5 W pe cip de memorie amplasat pe modul, în funcție de performanță). Sursa de alimentare a memoriei disipează 2 până la 3 wați de putere pe modul de memorie.

CPU.

Procesoarele moderne au un consum de energie de până la 125 și chiar 150 W (consumul de curent ajunge la 100 A), deci sunt alimentate de la o sursă de alimentare separată conținând până la 24 de faze (ramuri) care funcționează pe o singură sarcină. Puterea disipată de sursa de alimentare a procesorului pentru astfel de procesoare ajunge la 25 - 30 de wați. Documentația procesorului specifică adesea parametrul TDP (putere de proiectare termică), care caracterizează disiparea căldurii procesorului

Placa video.

Nu există surse de alimentare suplimentare pentru plăcile video pe plăcile de bază moderne. Acestea sunt situate pe plăcile video, deoarece puterea lor depinde în mod semnificativ de modul de operare și de procesoarele grafice utilizate. Plăcile video cu surse de alimentare suplimentare (invertoare) sunt alimentate printr-o ramură de alimentare suplimentară cu o tensiune de +12 V.

Baza elementului plăcii de bază ca sursă de căldură.

Datorită creșterii numărului de dispozitive externe, crește și numărul de porturi externe, care pot fi utilizate pentru a conecta dispozitive externe care nu au surse de alimentare proprii (de exemplu, HDD-uri externe pe porturile USB). Un port USB este de până la 0,5 A și pot exista până la 12 astfel de porturi. Prin urmare, surse de alimentare suplimentare sunt adesea instalate pe placa de bază pentru a le întreține.

Nu trebuie să uităm că căldura este generată, într-un fel sau altul, de toate elementele radio instalate pe placa de bază. Acestea sunt cipuri specializate, rezistențe, diode și chiar condensatori. De ce chiar? Deoarece se crede că nu se eliberează energie pe condensatoarele care funcționează pe curent continuu (cu excepția puterii nesemnificative cauzate de curenții de scurgere). Dar într-o placă de bază reală nu există curent continuu pur - sursele de alimentare sunt în comutare, sarcinile sunt dinamice și există întotdeauna curenți alternativi în circuitele lor. Și apoi începe să se elibereze căldură, puterea căreia depinde de calitatea condensatoarelor (valoarea ESR) și de magnitudinea și frecvența acestor curenți (armoniile lor).Iar numărul de faze ale alimentării cu invertor a procesorului a ajuns la 24 și nu există condiții prealabile pentru reducerea acestora pe plăcile de bază de înaltă calitate.

Puterea totală de disipare a căldurii a plăcii de bază (doar una!) Poate ajunge la 100W la vârf.

Disiparea căldurii surselor de alimentare încorporate în placa de sistem.

Faptul este că acum, odată cu creșterea puterii consumate de nodurile computerului (placă video, procesor, module de memorie, seturi de cipuri ale podului nord și sud), puterea lor este furnizată din surse speciale de alimentare situate pe placa de bază. Aceste surse reprezintă o defecțiune a invertoarelor multifazice (de la 1 la 12 faze) care funcționează de la o sursă de 5 - 12V și alimentează un consumator de curent dat (10 - 100 A) cu o tensiune de ieșire de 1 - 3V. Toate aceste surse au o eficiență de aproximativ 72 - 89%, în funcție de baza elementelor utilizate în ele. Diferiti producatori folosesc metode diferite pentru disiparea caldurii generate. De la simpla disipare a căldurii la placa de bază prin lipirea tranzistoarelor cheie MOSFET la un conductor imprimat pe placă, până la răcitoarele speciale de țevi de căldură folosind ventilatoare speciale.

Sursa de alimentare încorporată este un invertor convențional, cu o conexiune multifazică, acestea fiind mai multe (numărul corespunde numărului de faze) invertoare sincronizate și fazate care funcționează pe aceeași sarcină.

Un exemplu de evaluare a disipării căldurii în lanțul „procesor - invertor polifazat - sursă de alimentare”.

Calculul puterii de disipare a căldurii în lanțul „procesor - invertor polifazat - sursă de alimentare” se realizează pe baza puterii consumatorului final din lanțul „procesor”.

Faptul este că acum, odată cu creșterea puterii consumate de nodurile computerului (placă video, procesor, module de memorie, seturi de cipuri ale podului nord și sud), puterea lor este furnizată din surse speciale de alimentare situate pe placa de bază. Aceste surse reprezintă o defecțiune a invertoarelor multifazice (de la 1 la 12 faze) care funcționează de la o sursă de 5 - 12V și alimentează un consumator de curent dat (10 - 100 A) cu o tensiune de ieșire de 1 - 3V. Toate aceste surse au o eficiență de aproximativ 72 - 89%, în funcție de baza elementelor utilizate în ele. Sursa de alimentare încorporată este un invertor convențional, cu o conexiune multifazică, acestea fiind mai multe (numărul corespunde numărului de faze) invertoare sincronizate și fazate care funcționează pe aceeași sarcină. Diferiti producatori folosesc metode diferite pentru disiparea caldurii generate. De la simpla disipare a căldurii la placa de bază prin lipirea tranzistoarelor cheie MOSFET la un conductor imprimat pe placă, până la răcitoarele speciale de țevi de căldură folosind ventilatoare speciale. Calculul aproximativ al disipării căldurii de-a lungul lanțului de alimentare cu energie electrică.

Să luăm în considerare acest lanț.

Rezultatul examinării va fi răspunsul la întrebarea: „Ce putere este alocată sursei de alimentare a dispozitivului situat pe placa de bază?”

Luați procesorul AMD Phenom ™ II X4 3200, care are un consum de putere de vârf de 125W (TDP). Acest lucru, așa cum s-a menționat deja mai sus, cu o precizie suficient de mare a degajării sale de căldură.

Invertorul multifazic de la care este alimentat procesorul de mai sus, practic indiferent de numărul de faze, cu o eficiență de 78% (de obicei), generează 27,5 W căldură la vârf.

În total, disiparea totală a căldurii în circuitul de alimentare al procesorului AMD Phenom ™ II X4 3200 și a sursei sale de alimentare (invertor) ajunge la 152,5 W.

Ponderea disipării căldurii în sursa de alimentare atribuită acestui procesor va fi (ținând seama de eficiența sursei de alimentare) mai mare de 180 W la vârful sarcinii procesorului.

Pentru a calcula cota de putere (curent) a sursei de alimentare care cade pe un circuit dat pentru alimentator, se utilizează puterea totală - 152,5 W. Pentru a traduce această putere, trebuie să știți din ce tensiuni este alimentat acest circuit. Și acest lucru nu depinde atât de mult de procesorul și unitatea de alimentare (PSU), cât de designul plăcii de bază.Dacă puterea este furnizată de la o tensiune de 12V, aceasta se calculează din puterea totală consumată în acest circuit, transformând această putere în curent și obținem, la o tensiune a circuitului de 12V, curentul total consumat din alimentatorul pentru alimentarea procesorului circuitul este de 12,7A.

Un exemplu pentru o cameră de 20 mp m

Vom arăta calculul capacității de aer condiționat a unui apartament mic - studio cu o suprafață de 20 m² cu o înălțime a tavanului de 2,7 m.

• iluminare - mediu;
• numărul de rezidenți - 2;
• panou TV cu plasmă - 1 buc;
• computer - 1 buc;
• consum de energie electrică frigider - 200 W;
• frecvența schimbului de aer fără a lua în considerare hota de bucătărie care funcționează periodic - 1.

Emisia de căldură de la rezidenți este de 2 x 0,1 = 0,2 kW, de la aparatele de uz casnic, luând în considerare simultaneitatea - 0,3 + 0,2 = 0,5 kW, din partea frigiderului - 200 x 30% = 60 W = 0,06 kW. Cameră cu iluminare medie, caracteristică specifică q = 35 W / m³. Considerăm fluxul de căldură de pe pereți:

Qtp = 20 x 2,7 x 35/1000 = 1,89 kW.

Calculul final al capacității aparatului de aer condiționat arată astfel:

Q = 1,89 + 0,2 + 0,56 = 2,65 kW, plus consumul de răcire pentru ventilație 2,65 x 1,16 = 3,08 kW.

Mișcarea curenților de aer în jurul casei în timpul procesului de ventilație

Important! Nu confundați ventilația generală cu ventilația casei. Fluxul de aer care intră prin ferestrele deschise este prea mare și este modificat de rafalele de vânt. Un răcitor nu trebuie și nu poate condiționa în mod normal o cameră în care un volum necontrolat de aer exterior curge liber.

Selectarea unui aparat de aer condiționat prin putere

Sistemele split și unitățile de răcire de alte tipuri sunt produse sub formă de linii de modele cu produse de performanță standard - 2.1, 2.6, 3.5 kW și așa mai departe. Unii producători indică puterea modelelor în mii de unități termice britanice (kBTU) - 07, 09, 12, 18 etc. Corespondența unităților de aer condiționat, exprimată în kilowați și BTU, este prezentată în tabel.

Referinţă. Din denumirile din kBTU au plecat denumirile populare ale unităților de răcire de diferite friguri, „nouă” și altele.

Cunoscând performanța necesară în kilowați și unități imperiale, selectați un sistem divizat în conformitate cu recomandările:

1. Puterea optimă a aparatului de aer condiționat de uz casnic este cuprinsă între -5 ... + 15% din valoarea calculată.
2. Este mai bine să acordați o marjă mică și să rotunjiți rezultatul în sus - la cel mai apropiat produs din gama de modele.
3. Dacă capacitatea de răcire calculată depășește capacitatea răcitorului standard cu o sutime de kilowatt, nu ar trebui să rotunjiți.

Exemplu. Rezultatul calculelor este de 2,13 kW, primul model din serie dezvoltă o capacitate de răcire de 2,1 kW, al doilea - 2,6 kW. Alegem opțiunea nr. 1 - un aparat de aer condiționat de 2,1 kW, care corespunde la 7 kBTU.

Exemplul doi. În secțiunea anterioară, am calculat performanța unității pentru un studio - 3,08 kW și a scăzut între modificările de 2,6-3,5 kW. Alegem un sistem split cu o capacitate mai mare (3,5 kW sau 12 kBTU), deoarece revenirea la unul mai mic nu se va menține în limita a 5%.

Pentru trimitere. Vă rugăm să rețineți că consumul de energie al oricărui aparat de aer condiționat este de trei ori mai mic decât capacitatea sa de răcire. Unitatea de 3,5 kW va „extrage” aproximativ 1200 W de energie electrică din rețea în modul maxim. Motivul constă în principiul de funcționare al mașinii frigorifice - „split” nu generează frig, ci transferă căldura pe stradă.

Marea majoritate a sistemelor climatice sunt capabile să funcționeze în 2 moduri - răcire și încălzire în timpul sezonului rece. Mai mult, eficiența termică este mai mare, deoarece motorul compresorului, care consumă electricitate, încălzește suplimentar circuitul freonului. Diferența de putere în modul de răcire și încălzire este prezentată în tabelul de mai sus.

Să luăm în considerare un exemplu:

Este necesar să se stabilească echilibrul termic al unui dulap electric independent cu dimensiunile 2000x800x600mm, din oțel, cu un grad de protecție nu mai mic de IP54. Pierderea de căldură a tuturor componentelor din dulap este Pv = 550 W.

În diferite perioade ale anului, temperatura ambiantă poate varia semnificativ, așa că vom lua în considerare două cazuri.

Să calculăm menținerea temperaturii în interiorul dulapului Ti = + 35 ° C la temperatura exterioară

iarna: Ta = -30оС

vara: Ta = + 40оС

1. Calculați aria efectivă a dulapului electric.

Deoarece suprafața este măsurată în m2, dimensiunile sale ar trebui convertite în metri.

A = 1,8 H (W + D) + 1,4 W D = 1,8 2000/1000 (800 + 600) / 1000 + 1,4 800/1000 600/1000 = 5,712 m2

2. Determinați diferența de temperatură pentru diferite perioade:

iarna: ∆T = Ti - Ta = 35 - (-30) = 65оK

vara: ∆T = Ti - Ta = 35 - 40 = -5оK

3. Să calculăm puterea:

iarna: Pk = Pv - k · A · ∆T = 550 - 5,5 · 5,712 · 65 = -1492 W.

vara: Pk = Pv - k · A · ∆T = 550 - 5,5 · 5,712 · (-5) = 707 W.

Pentru funcționarea fiabilă a dispozitivelor de control al climei, acestea sunt de obicei „subîncărcate” cu aproximativ 10% din putere, prin urmare, aproximativ 10% se adaugă la calcule.

Astfel, pentru a obține un echilibru termic în timpul iernii, ar trebui utilizat un încălzitor cu o putere de 1600 - 1650 W (cu condiția ca echipamentul din interiorul dulapului să funcționeze constant). În perioada caldă, căldura trebuie îndepărtată cu o putere de aproximativ 750-770 W.

Încălzirea poate fi efectuată prin combinarea mai multor încălzitoare, principalul lucru fiind de a colecta puterea de încălzire necesară în total. Este de preferat să luați încălzitoare cu un ventilator, deoarece acestea asigură o distribuție mai bună a căldurii în interiorul dulapului datorită convecției forțate. Pentru a controla funcționarea încălzitoarelor, se utilizează termostate cu contact normal închis, setate la o temperatură de răspuns egală cu temperatura de întreținere din interiorul dulapului.

Pentru răcire se folosesc diverse dispozitive: ventilatoare cu filtru, schimbătoare de căldură aer / aer, aparate de aer condiționat care funcționează pe principiul pompei de căldură, schimbătoare de căldură aer / apă, răcitoare. Aplicarea specifică a acestui sau acelui dispozitiv este determinată de diverși factori: diferența de temperatură ∆T, gradul de protecție IP necesar etc.

În exemplul nostru, într-o perioadă caldă ∆T = Ti - Ta = 35 - 40 = -5оK. Am obținut o diferență de temperatură negativă, ceea ce înseamnă că nu este posibil să folosim ventilatoare de filtrare. Pentru a utiliza ventilatoare de filtru și schimbătoare de căldură aer / aer, ∆T trebuie să fie mai mare sau egal cu 5oK. Adică, temperatura mediului ambiant ar trebui să fie cu cel puțin 5oK mai mică decât cea necesară în dulap (diferența de temperatură în Kelvin este egală cu diferența de temperatură în grade Celsius).