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无源降温系统计算报告
根据能量守恒原理,为满足该降温系统制冷量的要求,需要计算出所有释放热量的因素,并据此计算所需的制冷量。对于永久硐室:
释放热量的主要因素有两个:
1)人体发热量;
2)空气洗涤过程中产生的热量。
制冷量的主要因素有三个:
1)硐室内空气从16℃升至30℃的吸热量;
2)通过壁面传导的热量;
3)降温系统提供制冷量的总和。
降温系统基本参数,
硐室人数(n):
100人
降温时间(t):
96小时
硐室环境(to):
16℃
硐室材质:
煤岩(煤层)硬度4
硐室空间:
长×宽×高(l×w×h):40米×4.6米×2.9米。
总发热量计算(Wh)
人体发热量计算(Wn)
初始环境温度设为26℃,根据《空气调节工程》.郑爱平著 科学出版社 2002, P27、表2-3、表2-4,人体在28℃的环境温度下静坐时显热和潜热分别为Q01=53W、QPT=55W。每人总的发热量为Q1=Q0+QPT=108W。群集系数n'=0.89。
总的显热量:Q0= Q01×n×n '=53×100×0.89=4717W
总的潜热量:QPT= QPT1×n×n '=55×100×0.89=4895W
总的发热量:Qh= Q0 +QPT=4717W +4895W=9612W
洗涤空气释放的热量(Wco2)
鉴于缺乏相关吸附资料,仅将已知二氧化碳在洗涤过程中产生的热量进行计算。
根据《飞行器环境控制》.寿荣中、何慧珊著 北京航空航天大学出版社 2004.7, P51,每人释放出来的二氧化碳量在18~22L/h范围内变化,为计算方便,取平均值为:qv,n=20L/h/人。标准状况下二氧化碳密度ρ= 1.977g/L。
则100人106小时释放二氧化碳总量:
qv= qv,n*ρ*n*t
=20L/h/人×1.977g/L×100人÷3600=1.098g
根据洗涤二氧化碳所提供的数据,二氧化碳在吸附过程中产生的热量为hc=1400kJ/kg。(此数据来源于2011-7-7电子邮件收到的《救生舱及避难硐室里的生命保障系统》)
则洗涤二氧化碳释放的总热量为:
Wco2= qv·hc
=1.098g×1400J/g
=1.537 kJ
故吸附二氧化碳的发热量相当于1.537KW的发热量,
总发热量(Wh)
总发热量是人体产生的总热量Wn及洗涤空气产生的总热量Wco2之和:
总发热量:Wh=Wn+ Wco2=9612+1537=11149W (偏大)
总制冷量计算(Wl)
硐室内空气升温过程吸收的热量(Wa)
硐室内空气起始温度16℃,总量qa为硐室的体积v(40米×4.6米×2.9米)乘以空气密度ρa(1.293kg/m3)。
空气总量为:
qa=v×ρa
=40m×4.6m×2.9m×1.293kg/m3
=690kg
则室内空气由16℃升至30℃,平均温度为23℃,查其物性参数得知,其比热Cpa=1.005kJ/(kg℃)。
硐室内空气吸收的热量Wa:
Wa=qa×Cpa×Δt
=690kg×1.005kJ/(kg.℃) ×(30℃-16℃)
=8442Kj
折合制冷量功率:
PGAS=8842÷96÷3600=26W
硐室壁面吸收的热量(Ww)
根据《矿井通风与空气调节》.赵以慧主编.中国矿业大学出版社.1990.12,P197中公式1 0-1-14进行等效计算。数据仅供参考。
硐室空间为长×宽×高(l×w×h):4 0米×4.6米×2.9米,其断面为Fd= w×h=4.6m×2.9m=13.34m2。
设内部循环风量为Qx=1800m3/h,则室内空气平均速度υ=Qx/Fd=1800m3/h÷3600 s / h÷13.34m2=0.15m/s。
断面周长U=2×(w+h)
=2×(4.6m+2.9m)
=15m。
硐室壁面总面积F=2×(l×w + l×h+ w×h)
=2×(40×4.6 +40×2.9+4.6×2.9)=626.68m2
则换热系数α=0.426×(υU)^0.8/F^0.2
=0.426×(0.15 ×15)^0.8/(13.34) ^0.2
=0.485W/(m2℃)
硐室壁面吸收的热量Ww:
Ww=tαFΔt
=0.485W/(m2℃)×626.68m2×(30℃-16℃)
= 4688W
其他制冷因素
除了以上吸热的因素外,硐室内部的贮存气体、低温液体水、物体等的热容对室温提高是一种限制因素;贮存气体放气制冷;硐室与外界的物质交换如水分、空气交换等对硐室是一种制冷因素,这些因素因边界条件不明确,因此提供的制冷量不能准确确定,这里先按W综合1000W的制冷量进行估算。
制冷设备需要提供的制冷量(Wcl)
根据能量守恒原理Wl=Wh,该制冷系统需要的制冷量
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