Системы кондиционирования воздуха
Задачи кондиционирования
Производства многих отраслей промышленности: электронной, приборостроительной, химической, текстильной, радиотехнической, оптической, пищевой, машиностроительной и других предъявляют определенные требования к состоянию воздушной среды в помещениях для ведения технологических процессов.
Основными нормируемыми параметрами в помещениях являются: температура, относительная влажность и скорость движения воздуха. К состоянию воздушной среды могут предъявляться дополнительные требования по очистке воздуха от пыли, а в специальных помещениях (больницах, операционных и т.п.) – по очистке его от бактериальных загрязнений.
В отдельных отраслях промышленности (пищевой, медицинской и др.) предъявляются определенные требования к состоянию воздуха внутри аппаратов, обусловленные особенностями технологических процессов.
В горячих цехах различных отраслей промышленности, угольных шахтах, на теплоэлектростанциях и т.п. для улучшения условий труда и повышения его производительности также необходимо обеспечить нормируемые параметры воздушной среды.
Для обеспечения указанных требований предназначены системы кондиционирования воздуха (СКВ), задачами которых в производственных помещениях являются создание и автоматическое поддержание заданных параметров воздушной среды при изменяющихся метеорологических условиях и различных тепло- и влагопоступлениях.
Задачи кондиционирования воздуха в зрелищных и спортивных зданиях, универсальных магазинах, библиотеках, музеях, железнодорожных и авиационных вокзалах, гостиницах и других культурно-бытовых и административных зданиях заключаются в обеспечении санитарно-гигиенических требований к параметрам воздушной среды, оказывающим благоприятное влияние на самочувствие людей и условия эксплуатации самих зданий.
В соответствии с изложенными задачами Строительные нормы и правила (СНиП II-33-75) предусматривают кондиционирование воздуха применять для следующих целей:
достижения установленных нормами метеорологических условий и чистоты воздуха в помещениях, если они не могут быть обеспечены вентиляцией с естественным или механическим побуждением, в том числе и вентиляцией с испарительным (изоэнтальпическим) охлаждением воздуха;
создания и поддержания метеорологических условий и чистоты воздуха в помещениях или части их по технологическим требованиям;
создания и поддержания в производственных помещениях оптимальных метеорологических условий или промежуточных между оптимальными и допустимыми метеорологическими условиями, если это экономически оправдано;
создания и поддержания оптимальных метеорологических условий и чистоты воздуха, установленных для помещений жилых и общественных зданий и вспомогательных зданий предприятий.
Принципиальные схемы систем кондиционирования воздуха
Для обеспечения заданных условий воздушной среды в кондиционируемые помещения необходимо подавать приточный воздух с определенными параметрами, подвергая его специальной обработке в агрегатах, называемых кондиционерами.
В кондиционерах осуществляется фильтрация и тепловлажностная обработка воздуха: в теплый период года наружный воздух охлаждается и в большинстве случаев осушается, в холодный период – подогревается и увлажняется. В кондиционерах воздух охлаждается в поверхностных или контактных воздухоохладителях.
Поверхностные воздухоохладители изготовляются из оребренных трубок, внутри которых протекает холодоноситель (холодная вода или рассол). Снаружи эти трубки омываются охлаждаемым воздухом. При низких температурах холодоносителя, когда внешняя поверхность трубок имеет температуру ниже температуры точки росы, одновременно с охлаждением происходит осушка воздуха. В тех случаях, когда необходимо увлажнение воздуха, а также для интенсификации процесса теплообмена применяется орошение воздухоохладителей водой.
Контактные воздухоохладители (камеры орошения), в которых воздух обрабатывается охлажденной водой, разбрызгиваемой специальными форсунками, в сравнении с поверхностными имеют более широкое применение. Благодаря большой поверхности контакта между распыленной водой и воздухом процессы тепломассообмена в камерах орошения протекают достаточно интенсивно. Камера орошения является универсальным устройством, позволяющим осуществлять охлаждение, осушку или увлажнение, а при необходимости и нагревание воздуха.
В кондиционерах малой производительности в отдельных случаях применяют контактные воздухоохладители с орошаемой насадкой.
Рис. 25.1. Принципиальная схема системы кондиционирования воздуха:
1– воздухозаборное устройство;
2– приемный клапан;
3– фильтр для воздуха;
4– устройство тепловлажностной обработки воздуха;
5–вентилятор кондиционера;
6–прямоточный воздуховод;
7– кондиционируемое помещение;
8–вытяжной воздуховод;
9– вытяжной вентилятор;
10– рециркуляционный воздуховод.
В этих воздухоохладителях воздух проходит через слой материала, орошаемого охлажденной водой. В качестве материалов для насадок применяются древесные и металлические стружки, фарфоровые кольца, нейлоновое волокно и пр. В этих воздухоохладителях можно осуществлять охлаждение, осушку или увлажнение воздуха.
Для нагревания воздуха в кондиционерах применяют поверхностные воздухонагреватели (калориферы или теплообменники), изготавливаемые из оребренных трубок, как и в поверхностных воздухоохладителях. Внутрь трубок подается теплоноситель (пар или горячая вода), снаружи трубки омываются нагреваемым воздухом.
Для нагревания воздуха иногда применяют контактные теплообменники, устройство которых аналогично описанным выше контактным воздухоохладителям.
Для очистки воздуха от пыли в состав кондиционеров включают фильтры различных типов.
Принципиальная схема кондиционирования воздуха приведена на рис. 1. В теплый период года наружный воздух через воздухозаборное устройство 1, приемный клапан 2 всасывается вентилятором 5 кондиционера, проходит фильтр 3, где очищается от атмосферной пыли, и поступает в устройство для термовлажностной обработки воздуха 4. После обработки охлажденный и осушенный воздух по приточному воздуховоду 6 нагнетается в кондиционируемое помещение 7 и после поглощения избыточных тепло- и влаговыделений вытяжным вентилятором 9 удаляется наружу либо частично по рециркуляционному воздуховоду 10 возвращается в кондиционер для повторного использования.
В холодный период года наружный воздух также проходит через фильтр, затем подогревается и увлажняется и после придания ему требуемых параметров (температуры и относительной влажности) нагнетается в кондиционируемое помещение. В зависимости от тепловлажностного баланса обслуживаемых помещений приточный воздух охлаждается либо подогревается; увлажняется либо осушается (при наличии гигроскопических материалов в помещении) и затем удаляется наружу или частично возвращается на рециркуляцию.
СКВ снабжаются приборами для автоматического регулирования параметров воздуха, подаваемого в кондиционируемые помещения, в соответствии с переменным во времени тепловлажностным балансом помещений (качественное регулирование). Применяются также схемы регулирования, изменяющие количество подаваемого воздуха (количественное регулирование) и смешанные схемы, изменяющие и количество подаваемого воздуха и его параметры (количественно-качественное регулирование).
Классификация систем кондиционирования воздуха
В состав СКВ входят устройства, осуществляющие требуемую обработку воздуха (фильтрацию, охлаждение, подогрев, осушку, увлажнение), транспортирование его, раздачу в обслуживаемые помещения, источники тепло- и холодоснабжения, средства автоматического регулирования, контроля и управления, а также вспомогательное оборудование.
Основное оборудование для обработки и перемещения воздуха, как правило, компонуется в одном агрегате – кондиционере. В различных СКВ, кроме того, применяется вспомогательное оборудование: местные подогреватели, эжекционные и вентиляторные кондиционеры-доводчики, глушители аэродинамического шума.
Несмотря на то, что в настоящее время распространены СКВ различных видов, общепризнанной классификации их пока нет. Ниже приводится примерная классификация СКВ, наиболее широко используемых в отечественной практике.
По целевому назначению СКВ делятся на два основных вида: комфортные и технологические.
Комфортные системы устраиваются в жилых, общественных и административных зданиях для создания благоприятных условий труда и отдыха.
Технологические системы применяются в производственных зданиях для обеспечения оптимальных параметров воздушной среды, обусловленных требованиями технологических процессов. При этом заданные параметры не должны превышать допустимые санитарно-гигиенические нормы для пребывания, людей.
Кондиционеры бывают автономные и неавтономные.
Автономные кондиционеры имеют источники тепла и холода, с помощью которых приготовляется воздух требуемых параметров. Эти кондиционеры оборудуются, как правило, электрокалориферами для подогрева воздуха и холодильными машинами для его охлаждения. Для автономных кондиционеров требуется подвод извне электроэнергии для двигателей и калорифера, а также воды для охлаждения конденсаторов холодильных машин. В настоящее время намечено производство автономных кондиционеров, оборудованных холодильными машинами с конденсаторами воздушного охлаждения, которые не будут нуждаться в подводе воды.
Неавтономные кондиционеры снабжаются извне электроэнергией для питания двигателей вентилятора и насосов, теплоносителем для подогрева обрабатываемого воздуха и холодоносителем для его охлаждения. В качестве теплоносителя применяют пар или горячую воду, в качестве холодоносителя – холодную воду или рассол.
В зависимости от размещения кондиционеров по отношению к обслуживаемым помещениям различают центральные и местные СКВ.
Центральные СКВ оборудуются, как правило, неавтономными кондиционерами, размещенными вне обслуживаемых помещений.
По давлению, развиваемому вентиляторами, кондиционеры делятся на три категории: низкого давления (до 100 кгс/м2), среднего давления (до 300 кгс/м2) и высокого давления (свыше 300 кгс/м2).
Центральные СКВ наиболее распространены в одноканальном исполнении, однако в отдельных случаях применяется и двухканальный вариант, т.е. к кондиционируемым помещениям подводится по двум параллельным каналам горячий и холодный воздух, а регулирование температуры осуществляется комнатным терморегулятором, управляющим смесительным клапаном, изменяющим температуру подаваемого в помещения воздуха.
В последнее время все больше применяются водовоздушные СКВ, подающие в кондиционируемые помещения воздух, приготовленный в центральном кондиционере, и воду к местным теплообменникам, которая несет тепло или холод при двухтрубной схеме теплохолодоснабжения или одновременно и тепло и холод при четырехтрубной схеме теплохолодоснабжения.
Рис. 25.2. Общий вид центрального кондиционера из типовых секций:
1 – приемный клапан; 2 – секция обслуживания; 3 – подставка; 4 – секция калориферов первого подогрева; 5 – проходной клапан; 6 – смесительная секция; 7 – камера орошения; 8 – секция масляных фильтров; 9 – секция калориферов второго подогрева; 10 – переходная секция к вентилятору; 11 – вентиляторная установка; 12 –электродвигатель; 13 –виброамортизаторы; 14 – гибкая вставка; 15 – воздуховод приточного воздуха; 16 – воздуховод второй рециркуляции воздуха; 17 – воздуховод первой рециркуляции.
Центральные СКВ устраиваются для обслуживания больших помещений: театров, залов собраний, больших цехов производственных предприятий или нескольких однородных цехов и помещений. Кондиционеры, как правило, размещаются вне обслуживаемых помещений. В большинстве случаев центральные СКВ оборудуются неавтономными кондиционерами, которые снабжаются теплом и холодом от внешних источников.
Общий вид центрального кондиционера приведен на рис. 2. Он состоит из унифицированных типовых секций, предназначенных для выполнения следующих основных операций по обработке воздуха:
охлаждения и осушки в камерах орошения или поверхностных воздухоохладителях;
нагревания в воздухонагревателях;
увлажнения в камерах орошения;
очистки от атмосферной пыли воздушными фильтрами;
смешивания наружного и рециркуляционного воздуха;
регулирования воздуха воздушными клапанами;
перемещения воздуха вентиляторными агрегатами.
Производительность таких кондиционеров составляет от 10 до 250 тыс.м3/ч.
Местные СКВ оборудуются как автономными, так и неавтономными кондиционерами, устанавливаемыми в обслуживаемых помещениях. Они обеспечивают заданные условия воздушной среды не во всем объеме помещения (например, в горячих цехах, машинных залах электростанций), а только в его части. Местные СКВ также могут обслуживать небольшие помещения, рабочие кабинеты, лаборатории, торговые залы, жилые комнаты и пр.
Для кондиционирования воздуха в жилых и других небольших помещениях применяются комнатные кондиционеры оконного типа производительностью от 300 до 500 м3/ч.
Кондиционеры могут работать либо на наружном воздухе (прямоточные СКВ), либо на смеси наружного и рециркуляционного воздуха (СКВ с частичной рециркуляцией). Применение частичной рециркуляции воздуха сокращает расходы тепла в зимний период и холода в летний и, следовательно, снижает эксплуатационные затраты. Однако возможность применения частичной рециркуляции воздуха должна решаться в зависимости от выделяющихся в кондиционируемых помещениях вредностей, согласно указаниям, приведенным в нормативных источниках.
ЛЕКЦИЯ 27,28,29