Федеральное агентство по рыболовству

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

Дальневосточный государственный технический

рыбохозяйственный университет

Кафедра холодильной техники, кондиционирования

и теплотехники

Дуболазова Л.В.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ

КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ

ВОЗДУХА

Рекомендовано Дальневосточным региональным учебно-методическим центром (ДВ РУМЦ) в качестве учебного пособия для студентов

специальности 140504.62 «Холодильная, криогенная техника и

кондиционирование» вузов региона

Владивосток

Дальрыбвтуз

2011

УДК 628.84(07)

ББК 38.762.3

Д 796

Рецензенты:

к.т.н., доцент, зав. кафедрой Теплогазоснабжения и вентиляции ДВГТУ

А.С. Штым

Ректор Дальневосточного института повышения квалификации руководящих работников и специалистов рыбной промышленности и хозяйства, профессор И.И. Вагабов

Зав. кафедрой Судовых энергетических установок Дальрыбвтуза д.т.н., профессор, С.В. Чехранов

Дуболазова Л.В.

Д796 Основы теории кондиционирования воздуха:

Уч. пос. Владивосток: Дальрыбвтуз, 2011. 154 с.

ISBN

В учебном пособии изложены основные свойства влажного воздуха, рассмотрены комплектовочные агрегаты систем кондиционирования воздуха, краткая история создания систем кондиционирования, расчет и подбор оборудования, процессы построения изменения состояния воздуха на i-d диаграмме влажного воздуха.

Учебное пособие предназначено для подготовки студентов специальности 140504.62 «Холодильная, криогенная техника и кондиционирование» всех форм обучения.

© Дуболазова Л.В., 2011

© Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный

университет, 2011

Введение

Во все времена человек стремился создать для себя наиболее комфортную среду обитания. Современные условия для работы и отдыха в помещениях должны соответствовать определенным температурам, относительной влажности и скорости движения потока воздуха, которые предусматриваются санитарными нормами и СНИПами.

Для создания определенного микроклимата в тех или иных помещениях применяют системы кондиционирования воздуха и вентиляции. Все работы по подбору и установке систем проводят в соответствии с требованиями нормативно-технической документации.

Цель пособия – ознакомить студентов с основными понятиями и классификацией систем кондиционирования воздуха, принципами работы, условиями подбора и характеристиками оборудования, расчетом теплопоступлений, влагопоступлений в помещения, и другими вопросами по свойствам влажного воздуха и его фильтрации.

1. Краткая История создания систем кондиционирования воздуха

В июле 2012 г. инженерные сообщества отметят очередную 110 годовщину кондиционеростроения. Без кондиционирования воздуха сегодня немыслимо обеспечение технологических параметров большинства отраслей промышленного производства, невозможно создание комфортных условий для труда и отдыха людей.

Уже с древних времен можно наблюдать попытки кондиционирования воздуха. Человек всегда приспосабливался к окружающему миру: еще в доисторическое время, находясь в пещере, он защищал себя не только от врагов, но и от ветра, дождя, снега, солнца и других климатических условий.

Например, жители древней Индии клали на подоконники своих жилищ травяные циновки, смоченные водой. Испаряясь, вода охлаждала поступающий в помещение воздух.

В Персии (древнем Иране) существовал обычай накрывать палатки (шатры) мокрым войлоком.

Постоянные жилища строились наполовину уходящими под землю, их стремились расположить вблизи источников воды. Воду направляли так, чтобы она падала прямо перед входом в небольшой водоем, над которым устанавливали вентиляционную колонну для отвода теплого сухого воздуха. Воздух над водой охлаждался, отдавая часть своей теплоты на испарение воды, и увлажнялся, создавая прохладу.

В древнеиндийском городе Мохенджо-Даро (2-3 тысячелетие до н.э.) строились высокие дома без окон, на плоских крышах которых находились устройства для улавливания ветра в виде шкафов с отверстиями, обращенных в сторону моря. Отверстия снабжались простейшими клапанами, которые открывались либо закрывались в зависимости от силы и направления ветра. Таким образом, воздух поступал в низкий чердак, где находились плоские чаны с водой. Здесь горячий сухой воздух, контактируя с поверхностью воды, охлаждался за счет испарительного эффекта, а затем по каналам в толстых стенах опускался в помещения.

В низких постройках летом в качестве двери использовался каркас, обвитый индийской кокосовой пальмой – тати (трава, обладающая капиллярными свойствами). Сверху устраивалась посудина, которая медленно заполнялась водой за счет его подъема по капиллярам татти. При достижении определенного уровня заполнения посудина опрокидывалась, орошая водой дверь, и возвращалась в исходное вертикальное положение. Цикл многократно повторялся.

Как в Персии, так и в Индии испарение применялось для получения льда. В земле, в неглубоких ямках, заполненных соломой (для изоляции), устанавливали плоские емкости с водой. Ночью за счет испарения и радиационного теплообмена образовывался лед толщиной 1,5 дюйма даже при температуре 6 °С.

В Японии зародился и продолжает использоваться в императорской столице Киото прием испарительного охлаждения «uchimizu», орошение водой крыш домов, тротуаров.

Одесский оперный театр, построенный в 1887 г., тоже имел систему охлаждения воздуха. В ней использовался аккумулятор холода в виде шахты, углубленной в землю на 11 м, в которую летом сбрасывали лед (вперемежку с соломой). Шахта соединялась с вентиляционным каналом, вымощенным базальтовыми камнями. Холодный воздух за счет естественной тяги поднимался в театральный зал, где он распределялся под каждое сидение.

Слово «кондиционер» по историческим данным впервые было произнесено ещё в 1815г., когда француз Жан Шабаннес получил британский патент на «метод кондиционирования воздуха и регулирования температуры в жилых и других зданиях». Практическое применение этого метода осуществилось позже.

Первый кондиционер появился в 1902 г. в США, в Нью-Йорке, в помещении Бруклинской типографии. Летом при повышенной температуре и влажности воздуха в условиях их постоянного изменения в процессе печатания не удавалось добиться качественной цветопередачи. Инженер компании «Буффало» Виллис Хэвилэнд Кэрриер разработал аппарат, с помощью которого стабильно обеспечивалось охлаждение и осушение воздуха до уровня 55 % (форсуночная камера охлаждения), и назвал свое устройство аппаратом для "третирования" воздуха. Таким образом, первый кондиционер предназначался не для создания приятной прохлады работникам, а для борьбы с влажностью.

Также ему удалось за счет изменения температуры воды, разбрызгиваемой в поток воздуха, влиять на насыщение воздуха влагой. Охлаждение и осушение воздуха в одном аппарате позволило контролировать температуру и относительную влажность в производственных помещениях одной из книгоиздательской компании в Бруклине и обеспечить качество четырехцветной печати.

В 1902-1903 гг. Кэрриер продолжил исследования в области осушения воздуха, занимался абсорбцией влаги с помощью водных растворов хлористого кальция.

Впервые исследовал свойства водяного пара и составил таблицы термодинамических свойств пара в 1906г немецкий учёный Р. Молье, построив I-x –диаграмму. В 1918 г. профессор Л.К. Рамзин обработал таблицы Р.Молье и построил по ним I-d-диаграмму влажного воздуха, являющейся и по сегодняшний день основной диаграммой при расчете систем кондиционирования воздуха.

Уже в 1908 г. потребовалась не только термо- и влагообработка воздуха, но и его очистка от пыли и других аэрозольных примесей. Возникло понятие системы кондиционирования воздуха (СКВ) – последовательной технологической цепочки аппаратов для обработки воздуха.

По схеме своей работы первые аппараты кондиционирования ничем не отличались от современных изделий. Со временем лишь менялись размеры и используемые материалы.

В те годы даже существовали водоохлаждающие машины – чиллеры, внутренние блоки-фанкойлы и нечто, напоминающее нынешний центральный кондиционер.

Современная трактовка СКВ как системы, предназначенной для создания и автоматического поддержания требуемых параметров воздуха, существует с 1920 года. Первые автоматизированные установки кондиционирования воздуха появились в США, Японии и Германии на транспорте (морские суда, поезда), круглогодичные СКВ комфортного назначения (кинотеатры, отели, больницы и др.).

В 1921 г. был разработан холодильный турбокомпрессор.

В 1929 году конструкторы и инженеры General Electric Company создали первый в мире прототип современного бытового кондиционера сплит-системы. Воздухоохладители сплит-систем работали на аммиаке, пары которого небезопасны для здоровья человека, вследствие чего компрессор и конденсатор кондиционера были вынесены на улицу и располагались с внешней стороны здания (split – разделять, разобщать).

В 1928 году американскому химику корпорации «Дженерал Моторс» (“General Motors Research”) Томасу Мидглей-младшему удалось выделить и синтезировать в своей лаборатории химический элемент, получивший впоследствии название «ФРЕОН» (12), патент № 1833847 от 24 ноября 1931 года. Вещество было практически нетоксичным, негорючим и не вызывающим коррозии. Кроме того, оно обладало множеством положительных свойств, одним из которых были простота и дешевизна производства. Производство газа фреон-12 было впервые налажено в 1930 году объединенными усилиями компаний «Дженерал Моторс» и «Дюпон». Было введено всеобщее обозначение хладагента буквой R (R-12). R, Refrigerat – охладитель, или хладагент. Химическое название данного элемента дифтордихлорметан или дихлордифторметан (CF₂Cl₂ или CCl₂F₂) из группы хлорфторуглеродов ХФУ (CFC), т.е. Фреон-12.

Несколькими годами позже, в 1932 году корпорация «Кэрриер» начинает производство газа «Фреон-11» для своего первого бытового кондиционера под названием “Atmospheric Cabinet” (домашний кондиционер «Атмосферный кабинет»).

И только с появлением нового газа – фреона в 1931 году началась новая эпоха в производстве кондиционеров.

Первый автомобильный кондиционер холодопроизводительностью 0,37 кВт был создан фирмой С & С Кеlvinator Со в 1930 г. и установлен на «кадиллаке».

В 1939 г. – разработаны СКВ для небоскребов и других целей.

Автономные кондиционеры прошли путь от моноблочных конструкций (подоконных, оконных, внутристенных) до сплит-систем, работающих по раздельной схеме.

С 1946 г. стали применяться теплонасосные схемы, появились кондиционеры с абсорбционными холодильными машинами на газовом обогреве, герметичные фреоновые компрессоры.

В 1958 г. японская компания Daikin разрабатывает первый тепловой насос – кондиционеры начинают не только охлаждать, но и нагревать воздух.

С 1961 г. компания Тoshiba начинает массовый выпуск Сплит-систем, кондиционеров разделенных на два блока.

В 1969 г. компания Daikin создает устройство, в котором один внешний блок обслуживает несколько внутренних, т.е. мультсплит-систему. А уже в 1981 г. Тoshiba выпускает сплит-систему, способную плавно регулировать свою мощность, – кондиционер инверторного типа. Годом позже Daikin создает VRV-систему – многоблочное устройство кондиционирования целых зданий с микропроцессорной системой управления.

Со временем совершенствуются способы управления СКВ. Решение подачи энергосбережения обусловило переход от качественного регулирования (системы с постоянной производительностью по воздуху) к количественному (системы с переменной производительностью).

Сегодня компания «Кэрриер» остается одной из ведущих компаний-законодателей в области кондиционеростроения.

Главными вопросами, определяющими задачи кондиционирования воздуха в XXI в. остаются качество воздуха в помещениях и энергосбережение. Обеспечение качества воздуха, учитывая ухудшающуюся экологию окружающей среды, – бесспорно, основная задача, поэтому на сегодняшний день кондиционеростроение – одна из самых динамично развивающихся отраслей.