Расчет системы кондиционирования

4.3 Расчет системы кондиционирования

Кондиционирование обеспечивает наилучшее микроклимата в помещении и условия работы точной и чувствительной аппаратуры, и должно выполняться в соответствии с главой СНиП 11-33-75 “Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха”.

Определим количество явного тепла выделяемого в помещении для нашего оборудования в теплый период года, с учетом следующих источников тепловыделения: операторов, солнечной радиации, искусственного освещения, оборудования коммутации.

Определяем воздухообмен явного тепла:

G_Я=, м³/ч (4.1)

где Q_Я – выделение явного тепла, Вт; с – теплоемкость сухого воздуха, удаляемого общеобменной вентиляцией и подаваемого в помещение, t_УХ=20 ºС, t_ПР=15 ºС.

Явное выделяемое тепло:

 (4.2)

где Q₁ – тепловыделение от аппаратуры; Q₂ – тепловыделение от источников освещения; Q₃ – тепловыделение от людей; Q₄ – теплопоступление от солнечной радиации сквозь окна.

Тепловыделение от аппаратуры:

, Ватт (4.3)

 Ватт

где  – коэффициент использования установочной мощности;  – коэффициент загрузки;  – коэффициент одновременной работы аппаратуры;  – коэффициент ассимиляции тепла воздуха помещения при переходе в тепловую энергию; N_ном – номинальная мощность всей аппаратуры.

При ориентировочных расчетах принимают произведение всех четырех коэффициентов равным 0,25.

Тепловыделение от источников освещения:

, Ватт (4.4)

 Ватт

где  – коэффициент учитывающий количество энергии переходящей в тепло,  = 0,8; N_осв – мощность осветительной установки цеха (12 ламп по 80 Вт каждая).

Тепловыделение от людей:

, Ватт (4.5)

Ватт

где n – число работающих; q – теплопотери одного человека, равные 80-116 Вт.

Теплопоступление от солнечной радиации сквозь окна:

, Вт (4.6)

 Вт

где F_ост – площадь окна, м²; m – число окон; k – поправочный множитель, для металлического переплета k=1,25; q – теплопоступление через 1 м² окна, q = 224 Вт/м².

Определяем по формуле (4.2) явное выделяемое тепло:

 Вт

Определяем воздухообмен явного тепла:

G_Я= м³/ч

В теплый период времени, нормальная (средняя) температура в г. Петропавловск составляет Т_нор = 32°С, что больше чем комнатная температура 24°С, и потерь тепла нет, а есть приход тепла, выделяемого в помещении в холодный период года, с учетом следующих источников тепла: персонала, оборудования, искусственного освещения, батарей центрального отопления.

Количество тепла выделяемого первыми тремя источниками тепла не изменилось, по сравнению с летним периодом, поэтому нужен расчет количества тепла выделяемого только батареями центрального отопления.

Всего в комнате 4 батареи, каждую из которых можно представить в виде совокупности вертикальных и горизонтальных труб. Тепловой поток от поверхности нагретых тел можно определить по формуле (4.7):

Q_тел=(л+к)×(Т_n-Т_в) ×Fn (4.7)

где F_n – площадь тела; Т_n – температура поверхности тела; Т_в – температура окружающего воздуха; л, к – коэффициенты излучения и конвенции (Вт/м×с).

Определим значение л по формуле (4.8) [10]:

л =С_пр×[((273+Т_n)/100)+((273+Т_в)/100)]/(Т_n-Т_в) (4.8)

где С_пр – приведенный коэффициент излучения тел в помещении, принимаемый равным 4,9 Вт/cм×к.

Найдем л:

л = 4,9×10^-2×[(273+60)/100)+(273+22)/100)]/(60-22) = 1 Вт/м×к

Определяем значение к по формуле (4.9):

к =А×(Т_n-Т_в) (4.9)

где А – коэффициент, принимающий значения: для горизонтальных труб 0,17; для вертикальных труб 0,21.

Найдем значения к:

к_гор = 0,17× (60 - 22) = 6,46 Вт/м×с

к_вер = 0,21×(60-22) = 7,98 Вт/м×с

Каждая батарея состоит их 4-х горизонтальных труб, длиной 930 мм и диаметром 80 мм и 29 вертикальных труб, длиной 540 мм и диаметром 60 мм. Рассчитаем тепловой поток от одной батареи по формуле (4.10):

Q_бат=4×(л+к_гор)×(Т_n-Т_в)×n×Д_гор×L_гор+30×(л+к_вер)×(Т_n-Т_в)×n×Д_вер×L_вер(4.10)

Q_бат=3,14×(1+6,46)×(60-22)×2×6,08×0,93+30×(1+7,98)×0,06×0,54=620 Вт

От четырех батарей, соответственно:

Q_{бат, 4} = 4×620 = 2480 Вт

Определим по формуле (4.11) суммарное количество поступающей теплоты:

Q_сум = Q_{бат, 4} + Q_обор + Q_чел + Q_ос (4.11)

Q_сум = 2480 + 580 + 625 + 768 = 4453 Вт

Примем потери через стены и окна здания по для холодного и теплого времен года. Для холодного времени года: Т_нар=-12 °С [10], Q_пот.=727 Вт. Для теплого времени года: Т_нар=30⁰ С, Q_пот.=182 (Вт).

Для холодного периода избыток тепла:

Q_изб.т = 4453-727 = 3726 Вт

Для теплого периода избыток тепла:

Q_изб.т = 4453+182 = 4635 Вт

Определим необходимый воздухообмен для теплого и холодного периодов года по формуле (4.12), [10]:

L = 3,6×Q_изб.т/С×Р×(Т_вн-Т_нар) (4.12)

где С – удельная теплоемкость воздуха, при постоянном давлении она равна 1 кДж/кг с; Р – плотность воздуха 1,2 кг/м³.

Для теплого периода необходим воздухообмен:

L_т = 3,6×4635/12000×(27-22) = 27 м³/час

Для холодного периода года необходим воздухообмен:

L_х = 3,6×3726/12000×(22-12) = 112 м³/час

Норма воздухообмена для помещения определяется СниП II-68-75 составляет 30 м×куб/час на одно место, и соответственно, для двух рабочих мест и двух стоек оборудования, составит:

L_норм = 30×4 = 120 м³/час

Требования, предъявляемые к воздухообмену в помещении СниП II-68-75, более жесткие, чем требования, предъявляемые, для обеспечения отвода явного тепла, как для холодного, так и для теплого периодов года:

L_норм = 870>L_т = 27 м³/час

L_норм = 870>L_х = 112 м³/час

Для обеспечения требуемых норм воздухообмена применяем оконный кондиционер LWH0560AC , который рассчитан на вентиляцию и кондиционирование 25 м² ,их необходимо 4 шт.

Кондиционер LWH0560AC обеспечивает:

-  охлаждение воздуха;

-  автоматическое поддержание заданной температуры;

-  очистка воздуха от пыли;

-  вентиляция;

-  уменьшение влажности воздуха;

-  изменение скорости движения направления воздушного потока;

-  воздухообмен с окружающей средой.

Количество кондиционеров в расчете на вентиляцию можно рассчитать по формуле (4.13):

n = L_норм /L_q(4.13)

где L_q – производительность кондиционера.

Для LWH0560AC , из условия обеспечения вентиляции:

n = 870/320 = 4 шт

В результате проделанного расчета, мы убедились, что требования, предъявляемые СНиП II‑68-75, обеспечивают все нормируемые параметры микроклимата в помещении для оборудования телекоммуникации.

Параметры кондиционера LWH0560ACG:

- потребляемая мощность - 1000 Вт;

- обслуживание площади - 25м²;

- производительность по холоду – 1740 (1500)Вт/час (Ккал/час);

- производительность по воздуху при высокой частоте вращения вентилятора - 400м³/час;

- производительность по воздуху при низкой частоте вращения вентилятора, - 320м³/час.

Тип заземления в здании – контурный, при котором заземлители располагаются по контуру вокруг здания. Здание имеет следующие размеры: A=60 м, B=15 м (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 – План здания: 1 – помещение узла; 2 – дверь; 3 – окно

Контур состоит из вертикальных электродов – стальных труб длиной l_в = 3 м, диаметром d = 50 мм, соединенных горизонтальной полосой длиной равной периметру контура:

L₂ = P_к = (А+В+2)·2 (4.14)

Подставляя значения в формулу (4.14) находим:

L₂ = P_к = (60+15+2)·2 = 154 м

В качестве горизонтального электрода применим стальную полосу сечением 40´4 мм. Глубина заложения электродов в землю t₀ = 0,5м. Удельное сопротивление грунта P = 80 Ом·м. В качестве естественного заземлителя применяются железобетонная арматура сопротивлением R_C = 20 Ом.

Ток замыкания на землю I_З = 70 А.

Расчет производим по методу коэффициента использования.

Требуемое сопротивление растеканию заземлителя ПУЭ, [6]:

R_З = 125 / I_З (4.15)

R_З = 125 /70 = 1,78 Ом

Требуемое сопротивление не естественного заземлителя:

R_ТР = (R_Е · R_З)/(R_Е - R_З) (4.16)

R_ТР = (20 · 1,78)/(20 – 1,78) = 1,95 Ом

Число вертикальных электродов:

n_в = Р_к / а (4.17)

где а – расстояние между вертикальными заземлителями, применяется по условию а/ l_в = 1;2;3, в данном случае принимаем а=3 м.

Подставляя значения в формулу (4.17), получим:

n_в=154/3 =52 шт

Определим расчетное удельное сопротивление грунта для вертикальных и горизонтальных электродов:

P_расч.в = k_C·P (4.18)

где k_C – коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и высыхание грунта и зависящий от климатической зоны для Казахстана – k_C=1,4; k_C' = 2,5 [8].

Подставляя значения в формулу (5.18) получим:

P_расч.в. = 1,4·80 = 112 Ом·м

P_расч.г. = 2,5·80 = 200 Ом·м

Расчетное сопротивление растеканию электродов – вертикального R_в:

 (4.19)

горизонтального электрода R_г:

 (4.20)

Определим по таблице 3.2 и 3.3 [6] коэффициенты использования вертикального и горизонтального электродов: ŋ_в=0,4; ŋ_г =0,21.

Найдем сопротивление растеканию принятого группового заземлителя:

R_гр =(R_в ·R_г)/( R_в·ŋ_г+ R_г·n_в· ŋ_в) (4.21)

R_гр =(30,7 ·3,1)/(30,7·0,21+ 3,1·50·0,4) = 1,39 Ом

Расхождение между требуемым и расчетным сопротивлением заземлителя равно:

ΔR = R_тр- R_гр (4.22)

ΔR= 1,95-1,39 = 0,56 Ом

Уменьшим число заземлителей, принимая расстояние между ними а = 6 м, тогда n_в = Р_к/а = 154/6 = 26 шт.

R_гр = (30,7·3,1) / (30,7·0,31+3,1·0,61·25) = 1,7 Ом

На рисунке 4.3 изображена схема расположения заземлителей. Расстояние между заземлителями а = 6 м, количество заземлителей n_в = 26 шт. В качестве заземляющих проводников принимаем полосовую сталь сечением 48 мм².

Рисунок 4.3 – Схема расположения заземляющего контура: 1 – заземлитель; 2 – магистраль заземления

Самый главный экологический принцип, это здоровье общества, оно занимает первостепенное место во всем мире, что немаловажное значение имеет и в Республике Казахстан, а так же отражается в его основных законах. В 1997 году президентом РК Назарбаевым Н. А. был издан закон об «Охране окружающей среды». Принципами данного закона явились:

- Первостепенная значимость охрана здоровья населения от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды.

- Соблюдение требований природно-охранного законодательства и экологических стандартов.

- Предотвращение загрязнения поверхностных и грунтовых вод.

- Поддержание плодородия почв и устойчивое ведение хозяйства.

Комфортные и безопасные условия труда - один из основных факторов влияющих на производительность людей работающих с компьютерной техникой (все современные системы телекоммуникации управляются с помощью программ, т. е. с использованием компьютерных технологии).

Автоматизация труда с использованием компьютерных технологии требуют от людей постоянного повышения своей деловой квалификации, более глубоких знаний высоких технологии. Широкое распространение микроэлектроники, компьютеров, мощных средств автоматизированной обработки, высоко эффективных устройств ее хранения и поиска, современных средств связи и сетей электронно-вычислительных машин ставит перед специалистами работающих с ними вопрос о вредных воздействиях целой группы опасных факторов влияющих на окружающую среду, что существенно снижает производительность их труда и не безвредно для организма.

Свет и цвет лампы, шум в офисе, высота стула и все, что окружает специалистов в этой сферы может стать причиной ежедневных стрессовых состояний или снижения уровня работоспособности, действуя на работника на подсознательном уровне.

Огромное эмоциональное воздействие на человека могут оказывать цвета, которые его окружают. Правила рекомендуют подбирать окраску стен, потолка и мебели в зависимости от светопоглощающих или отражающих свойств различных цветов. Главное в цветовом решении офиса – мягкие, неконтрастные сочетания, без резких «кричащих» цветов.

Специалисты по эргономике (научная дисциплина, комплексно изучающая человека в его деятельности) рекомендуют не забывать золотое правило, соблюдение которого может уберечь от многих бед: свет должен падать сверху слева. В противном случае при работе нарушается правильное положение головы (результат – остеохондроз и близорукость).

Любая световая или шумовая вибрация – источник раздражения, приводящий человека в состояние повышенной возбудимости и нервозности, при котором вряд ли возможно выполнение ответственной работы. Мерцающая и дребезжащая лампа на потолке - верная гарантия постоянного стрессового состояния. Согласно нормам (Санитарные нормы 2.2.4/2.1.8.562-96 "Шумы на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки"), предполагается, что 50-60 децибел – предельный уровень шума для офисной работы (для сравнения: громкая речь 70 децибел). Любой более сильный шум начинает оказывать отрицательное воздействие. Поэтому дверная обивка, двойные двери, звукоизоляционные рамы и перегородки не излишества для офиса, а необходимость.

Помещение, где стоит компьютер оператора (диспетчера), должно быть просторным и хорошо освещенным, а также иметь кондиционер. Компьютер должен быть установлен так, чтобы за ним было легко и удобно работать. Стул – обязательно со спинкой и, желательно, с подлокотниками.

Монитор устанавливают на одном уровне глаз оператора, на расстоянии не менее 40 см. Можно снабдить монитор дополнительным приспособлением – держателем для документов “Curtis Clip” или “Сopy Holder”. С его помощью можно закрепить плакатный проект на одном уровне с монитором. В этом случае оператора не придется вертеть головой, переводя взгляд с лежащих на столе документов на экран и обратно.

Копировальные аппараты, принтеры и мониторы обладают неблагоприятным свойством образовывать вокруг себя электростатическое поле, которое притягивает пыль, вызывающую аллергию. Целесообразно рассредоточить эти аппараты на несколько метров друг от друга. Технические средства, используемые в работе оператора, размещают с учетом эргономических и санитарных норм. Монитор и особенно копировальные аппарат не должны находиться очень близко.

Чтобы предотвратить повышенную утомляемость, а так же рассеять излишнее электромагнитное излучение, необходимо проветривать помещение. При сидячей работе приток свежего воздуха должен быть не менее 30м³ в час. Благоприятные климатические условия на рабочем месте оператора могут быть обеспечены с помощью кондиционеров или вентиляционной установки с ионизированным воздухом.

Разрабатывая проект, необходимо было обратить внимание на одни из важных моментов необходимых в настоящее время при создании помещении такого типа, это соответствие данного операторской автозала экологическим нормам и требованиям.

В организациях, независимо от их профиля и форм собственности, должно предусматриваться занятие по экологии. Должностные лица и специалисты, связанные с деятельностью, оказывающей вредное воздействие на окружающую среду, обязаны иметь необходимую экологическую подготовку и обладать знанием основ законодательства об охране окружающей среды. Профессиональная экологическая подготовка руководителей и специалистов учитывается при их назначении на должность аттестации и переаттестации.

Основным вредным воздействием на природу и здоровье работников в области связи являются различные излучения. В помещении, где предполагается эксплуатация системы, основным источником электромагнитного излучения, электростатического и магнитного поля является ПЭВМ, оборудования телекоммуникации и системы передачи. Например монитор - устройство для визуального представления информации, хранимой в памяти ЭВМ. Мониторы на основе электронно-лучевых трубок являются источником нескольких видов электромагнитного излучения определенных диапазонов электромагнитного спектра. Реальная интенсивность каждого диапазона, частота и другие параметры зависят от технической реализации конкретного монитора, наличия экранирования и других факторов.

Возможные электромагнитные излучения и поля:

- рентгеновское излучение - возникает внутри электронно-лучевой трубки, когда разогнанные электроны тормозятся материалом экрана;

- оптические виды излучения - возникают при взаимодействии электронов и люминофора экрана;

- высокочастотные электромагнитные поля - связаны с частотой формирования элементов изображения, а также с интенсивностью электронного луча;

- низкочастотные электромагнитные поля - возникают в связи с потенциалом разгона и проводимостью поверхности экрана. [12]

Источником рентгеновских лучей внутри монитора является внутренняя флуоресцирующая поверхность экрана. Незначительное рентгеновское излучение регистрируется лишь на расстоянии нескольких миллиметров от поверхности экрана, на расстоянии же от экрана 30 - 40 см рентгеновское излучение не регистрируется.

Для защиты от вредного воздействия излучений возможно применение заземленных защитных экранов, значительно уменьшающих их интенсивность. Многие фирмы на данный момент производят компьютеры с защитными экранами, вмонтированными непосредственно в дисплей.

Кроме того, рекомендуется использовать мониторы, отвечающие спецификации MPR II, разработанной Шведским Национальным Советом по Измерениям и Тестированию. Спецификация определяет уровень электромагнитного излучения мониторов для двух полос частот: 5 Гц - 2 кГц и 2 - 400 кГц. Напряженность электрического поля в нижней полосе не должна превышать 25 В/м, в верхней - 2.5 В/м, соответственно напряженность магнитного поля 250 и 2.5 нТ [12].

Так же существует несколько правил, позволяющих обезопасить специалистов, которым в процессе работы приходится иметь дело с компьютерами:

Работники должны проводить за компьютерами не больше двух часов в день.

При работе за компьютером рекомендуется помещать монитор на расстоянии вытянутой руки от пользователя.

Необходимо устанавливать компьютер в углу помещении или в таком месте, где те, кто на нем работает, не оказывались бы сбоку или сзади от машины, так как многие измерения показали, что уровень излучения по бокам и сзади монитора выше, чем спереди.

Не оставлять монитор включенным, если он не используется.

Схема размещения рабочих мест должна учитывать расстояние между рабочими столами с мониторами (в направлении тыла поверхности одного монитора и экрана другого монитора), которое должно быть не менее 2,0 метров, а расстояние между боковыми поверхностями мониторов – не менее 1,2 метров.

Изучение и решение проблем, связанных с обеспечением здоровых и безопасных условий, в которых протекает труд и обучение человека - одна из наиболее важных задач в разработке новых технологий и систем производства. Изучение и выявление возможных причин производственных несчастных случаев, профессиональных заболеваний, аварий, взрывов, пожаров, и разработка мероприятий и требований, направленных на устранение этих причин позволяют создать безопасные и благоприятные условия для труда.