Кондиционирование предприятия

Кондиционирование предприятия

Большую часть своей жизни дома и на работе человек проводит в замкнутом пространстве — комнате, или помещении как отдельной ячейке здания. Самочувствие человека, его работоспособность, настоящее и будущее здоровье непосредственно определяется состоянием микроклимата помещений. Создание и поддержание требуемого микроклимата в помещениях здания, подачу чистого свежего воздуха в помещении обеспечивают системы вентиляции и кондиционирования воздуха.

В настоящее время значительно расширилась сфера применения комфортных систем кондиционирования воздуха (СКВ) в зданиях различного назначения, что связано с необходимостью защиты от уличного шума, загрязнения атмосферы. Если раньше из экономических соображений нормы ограничивали круг помещений в зданиях, где предусматривалось устройство систем кондиционирования воздуха в зависимости от климатического района строительства. то сейчас заказчик или инвестор строительства определяет уровень требований к поддерживанию расчетных внутренних условий в помещении здания, которые при высоком уровне требований должны обеспечиваться работой системы кондиционирования воздуха. Повышение требования к обеспечению микроклимата предъявляются в помещениях музеев, библиотек, банков, гостиниц, административных зданий, офисных зданий, лабораторных и инженерных корпусов, зданий государственных учреждений. В настоящее время системами кондиционирования воздуха оборудуются также здания поликлиник, больниц, учебных заведений, санаторных и курортных корпусов, жилых многоэтажных и одноквартирных зданий, торговых центров и магазинов.

Требования к поддержанию параметров микроклимата в помещении могут быть определенными и отличными от других для конкретного помещения зданий, отдельной зоны производственного помещения, что связано с индивидуальными особенностями людей, назначением и особенностями технологии в помещении. Тепловыделения, влаговыделения и газовыделения, называемые нагрузкой на систему кондиционирования воздуха, в отдельных помещениях определяются в зависимости от количества людей, ориентации и вида ограждений, технологии происходящих процессов, мощности освещения рабочих мест, режима работы.

Главный принцип, которым следует руководствоваться при выборе технического решения в процессе проектирования систем вентиляции и кондиционирования воздуха — достижение желаемой цели в экономически целесообразных пределах. Это означает, что потребление теплоты холода и электроэнергии, а так же капитальные затраты на оборудование, строительную площадь, занимаемую оборудованием должны приближены к их минимально неизбежным значениям.

Кондиционирование воздуха — это придание ему и автоматическое поддержание необходимых тепловлажностных качеств. При этом в отличие от общеобменной вентиляции и отопления при кондиционировании в течение круглого года и, особенно в теплое время в помещениях можно поддерживать любые желаемые — постоянные или изменяющиеся по программе — параметры внутреннего воздуха, независимо от наружных метеорологических условий и переменных поступлений в помещение тепла и влаги.

Техника кондиционирования воздуха имеет более чем полувековую историю, однако, до 50-х годов в СССР она развивалась весьма медленно, что объясняется главным образом отсутствием серийного заводского производства кондиционеров, необходимых средств автоматизации, дистанционного контроля и управления, а также недостаточным по номенклатуре и количеству производством холодильного оборудования.

1. Общие сведения о системах кондиционирования воздуха

кондиционирование помещение теплый холодный

1.1 Основные требования к системам кондиционирования воздуха

1.1.1 Состав системы кондиционирования и вентиляции

Комплекс технических средств, с помощью которых осуществляется кондиционирование воздуха, называется системой кондиционирования воздуха (СКВ).

В состав системы кондиционирования и вентиляции входят технические средства забора воздуха, подготовки, т. е. придания необходимых кондиций (фильтры, теплообменники, увлажнители или осушители воздуха), перемещения (вентиляторы) и его распределения, а также средства хладои теплоснабжения, автоматики, дистанционного управления и контроля системы кондиционирования и вентиляции. Большие общественные, административные и производственные здания обслуживаются, как правило, комплексными автоматизированными системами управления.

Основное оборудование для приготовления и перемещения воздуха обычно агрегируется в аппарат, называемый кондиционером. В отдельных случаях все технические средства для кондиционирования воздуха агрегируются в кондиционере, и тогда понятия СКВ и кондиционер становятся однозначными.

Системы кондиционирования воздуха подразделяются на комфортные и технологические. Комфортные СКВ предназначены для создания и автоматического поддержания температуры, относительной влажности, чистоты и скорости движения воздуха, наиболее отвечающих санитарно-гигиеническим требованиям; технологические СКВ предназначены для обеспечения параметров воздуха, в максимальной степени отвечающих требованиям производства продукции.

1.1.2 Основные санитарно-гигиенические требования

Технологическое кондиционирование в помещениях, где находятся люди, осуществляется с учетом санитарно-гигиенических требований [1]:

1) обеспечение в помещениях регламентируемых нормами метеорологических условий (температуры, относительной влажности, чистоты и скорости движения воздуха);

2) скорость и направления выпуска воздуха, а также разность температур между воздухом в помещении и подаваемым воздухом, расположение воздухораспределителей и вытяжных отверстий должны быть такими, чтобы в зоне пребывания людей отсутствовали местные вредные или неприятные токи воздуха и застойные места;

3) снижение шума в помещениях до уровня, не беспокоящего находящихся или работающих людей;

4) предотвращение проникания и распространения вредностей, дурных запахов или шума из одних помещений в другие.

1.1.3 Основные строительно-монтажные и архитектурные требования:

а) минимальная потребность в площади для размещения оборудования и каналов как внутри обслуживаемых помещений, так и во вспомогательных помещениях (чердаках, подвалах, технических этажах);

б) соответствие внешних форм и отделки оборудования, располагаемого внутри кондиционируемых помещений, архитектурному облику последних и отсутствие конструктивных деталей, ухудшающих интерьеры;

б) наименьшие затраты времени и труда на монтаж и ввод установок в эксплуатацию;

г) возможность строительства и ввода систем в эксплуатацию по этажам и даже по отдельным помещениям;

д) пробивка минимального количества отверстий в строительных конструкциях для прокладки каналов и трубопроводов, а также малый вес оборудования, что особенно важно при устройстве систем кондиционирования воздуха в существующих зданиях;

е) хорошая виброизоляция и звукоизоляция оборудования от строительных конструкций;

ж) пожарная безопасность и наличие средств для предотвращения распространения огня по каналам.

1.1.4 Основные эксплуатационные требования

1) возможность быстрого переключения с режима обогрева на режим охлаждения в переходное время года, а также при резких переменах температуры наружного воздуха и теплопоступлений, т. е. малая тепловая инерционность системы;

2) взаимная блокировка кондиционеров, заключающаяся в том, чтобы при выключении одного из кондиционеров можно было подать воздух из соседних кондиционеров, хотя бы в меньшем количестве;

3) обеспечение индивидуального регулирования температуры и относительной влажности воздуха в каждом отдельном помещении;

4) возможность отопления одних помещений при одновременном охлаждении других помещений, обслуживаемых той же системой;

5) сосредоточение оборудования, требующего систематического обслуживания, в минимальном количестве мест;

6) простота и удобство обслуживания и ремонта, а также малая потребность в них за период эксплуатации;

7) возможность частичной перепланировки помещений в процессе эксплуатации без переустройства СКВ, что особенно важно, например, для промышленных зданий с быстро меняющейся технологией производства;

8) герметичность воздуховодов и притворов воздушных клапанов системы.

Основные экономические требования следующие а) минимальная стоимость оборудования и строительно-монтажных работ, длительный срок службы, а отсюда и минимальные амортизационные отчисления;

б) максимально возможная экономия электроэнергии, воды, тепла и особенно, дорогостоящего холода.

1.2 Местные автономные системы кондиционирования воздуха

Системы с кондиционерами, установленными внутри обслуживаемых помещений, носят название местных. Обычно к ним относятся системы, оборудованные местными кондиционерами. В отечественной практике производительность таких СКВ составляет до 20 тыс. м³/ч.

За рубежом распространены также местные системы с автономными кондиционерами, которые имеют теплообменники непосредственного испарения и встроенные холодильные машины.

Автоматическое регулирование местных систем часто сводится к двухпозиционному включению или отключению кондиционера или его теплообменников. В связи с ограниченным ассортиментом местных автономных кондиционеров автономные СКВ в отечественной практике пока не получили широкого распространения.

Достоинством местных СКВ является сравнительно легкая, приспособляемость к изменению планировки и назначения помещений, а недостатками — повышенный шум, связанный с работой вентиляторов и холодильных машин внутри обслуживаемых помещений; затруднения, вызываемые обслуживанием большого числа агрегатов, а также сравнительно короткий срок службы местных кондиционеров, равный в среднем 7−10 годам.

Автономные кондиционеры, как правило, имеют компрессионные холодильные машины, работающие на хладагенте фреоне-12 или фреоне-22. В летнее время автономные системы охлаждают и осушают воздух, для чего последний пропускают через поверхностные воздухоохладители, которыми являются испарители холодильных машин. В переходное и зимнее время производится подогрев воздуха с помощью электрических подогревателей или путем реверсирования работы холодильной машины, по циклу так называемого «теплового насоса».

Автономные кондиционеры холодопроизводительностью 1600−4500 ккал/ч и производительностью по воздуху соответственно 450−1000 м³/ч имеют, как правило, конденсаторы воздушного охлаждения и предназначаются для установки внутри обслуживаемых помещений, поэтому эти кондиционеры должны быть хорошо архитектурно оформлены и отделаны.

Автономные кондиционеры предназначаются для установки в окнах и под подоконниками, для встраивания в наружные стены и подвески под потолком. При работе в режиме обогрева по циклу теплового насоса их теплопроизводительность составляет от 1800−3700 ккал/ч. Кондиционеры снабжают сравнительно малошумными вентиляторами, электродвигателями и холодильными компрессорами в герметическом исполнении.

Преимущественная область их применения — номера гостиниц, кабинеты в административных зданиях, небольшие палаты в больницах, клиниках, санаториях и домах отдыха, жилые помещения. Разность температур между воздухом помещения и подаваемым охлажденным воздухом достигает 12−18°С.

Автономные кондиционеры холодопроизводительностью 6000−75 000 ккал/ч, теплопроизводительностью 5700−32 000 ккал/ч и производительностью по воздуху соответственно от 1300 до 16 000 м³/ч пока, как правило, имеют конденсаторы водяного охлаждения, но в перспективе должны выпускаться с воздушными конденсаторами. Это в целом упростит систему, так как использование проточной воды из водопровода в будущем практически исключается, а устройство оборотного водоснабжения для небольших установок дорого и сложно. Обычно эти кондиционеры выполняют в виде шкафа, в нижней части которого располагаются компрессор и конденсатор, а в верхней — испаритель, фильтр для воздуха, вентиляторы и электродвигатели к ним. Значительная производительность по холоду и воздуху связана с повышенным шумом, возникающим при работе вентиляторов, электродвигателей и компрессоров. Поэтому такие кондиционеры обычно применяют в относительно шумных помещениях — в магазинах, ресторанах, кафе, закусочных и некоторых производственных лабораториях. Для уменьшения шума их устанавливают в отдельных смежных помещениях и сообщают с обслуживаемыми помещениями приточным и рециркуляционным воздуховодами с шумоглушителями.

Применение автономных кондиционеров для больших комплексов мелких помещений или для отдельных помещений больших размеров допускается только при соответствующих технико-экономических обоснованиях.

Снабжение конденсаторов водой пока часто производится от водопроводной сети с последующим сбросом ее в канализацию, что всегда обходится весьма дорого, либо от вентиляторной градирни, если устанавливается много кондиционеров. Градирня, как правило, должна устанавливаться на покрытии здания, но следует принимать меры по глушению шума и смягчения вибраций, создаваемых вентилятором градирни.

Если установка кондиционеров с конденсаторами водяного охлаждения исключена (например, при малой мощности источника водоснабжения или отсутствии возможности установки градирни), используют автономные кондиционеры так называемого раздельно-агрегатного исполнения — с выносными конденсаторами воздушного охлаждения.

Достоинства автономных систем: возможность быстрой установки ввода в эксплуатацию без производства большого объема строительно-монтажных работ, что особенно важно при устройстве кондиционирования воздуха в существующих зданиях или в отдельных помещениях, удаленных от центральных систем кондиционирования; возможность осуществления индивидуального регулирования температуры воздуха при изменяющихся тепловых нагрузках; автоматическое прекращение работы холодильной машины при падении тепловой нагрузки.

Недостатками автономных систем в наших условиях являются высокая первоначальная стоимость, являющаяся следствием недостаточно развитого их производства; сравнительно малый срок службы G — 10 лет и значительные эксплуатационные затраты, вызываемые высокими амортизационными расходами, расходом электрической энергии на привод компрессоров, вентиляторов и особенно на электроподогрев воздуха; сравнительно высокий уровень создаваемого шума и затрудненность борьбы с ним при расположении кондиционера непосредственно в кондиционируемом помещении; необходимость устройства подводок водопровода и канализации к конденсаторам водяного охлаждения, что при расположении кондиционеров у наружных стен создает затруднения при производстве строительно-монтажных работ, а также эксплуатационные неудобства, связанные со скрытой прокладкой труб и их тепловлагоизоляцией; необходимость устройства в здании самостоятельной сети электроснабжения кондиционеров; затруднительность устройства многочисленных воздухозаборных каналов с утепленными клапанами и негерметичность притворов клапанов; усложнение обслуживания и ремонта кондиционеров, вызванное их рассредоточенным расположением по зданию; ухудшение внешнего вида здания оконными кондиционерами или многочисленными воздухоприемными решетками.

Автономные кондиционеры, предназначенные для круглогодичной работы, как правило, состоят из следующих элементов: фильтра для очистки наружного и рециркуляционного воздуха от пыли; поверхностного, теплообменника, предназначенного для подогрева воздуха в зимнее и переходное время года, поверхностного теплообменника для охлаждения и осушения воздуха в летнее время с поддоном для сбора выпадающей влаги; вентиляторов с электродвигателем.

Для увлажнения воздуха в зимнее время в некоторых конструкциях автономных кондиционеров применяется выпаривание воды из открытых сосудов или распыление ее форсунками.

Вынесение компрессорно-конденсаторного агрегата в отдельное помещение позволяет существенно снизить уровень шума в обслуживаемом помещении, применять более мощные холодильные машины и снабжать фреоном воздухоохладители нескольких местных кондиционеров. Расстояние между кондиционерами и выносными холодильными машинами не превышает 8−10 м.

Нагрев воздуха может производиться одним из следующих способов: питанием нагревателей от сети теплоснабжения; применением электрообогрева; переключением холодильной машины на цикл теплового насоса; использованием части поверхности воздушного конденсатора в качестве подогревателя.

Поддержание необходимой влажности воздуха в обслуживаемых помещениях достигается с помощью предварительной настройки терморегулирующих вентилей на поддержание определенных температур испарения и, следовательно, температур поверхности испарителей-воздухоохладителей, а регулирование температуры — с помощью электрических двухпозиционных терморегуляторов, воздействующих на соленоидные клапаны, которые устанавливаются на линиях подачи жидкого хладагента.

Системам с местными неавтономными кондиционерами присущи все достоинства и недостатки ранее рассмотренных автономных систем. Однако при работе неавтономных местных кондиционеров уровень шума в помещениях намного ниже, чем при работе автономных кондиционеров.

1.3 Общие данные о центральных системах кондиционирования воздуха

Центральными называются СКВ, обслуживающие много помещений или одно большое помещение при теплои холодоснабжении от выносных источников. Иногда несколько центральных систем обслуживают одно помещение больших размеров (например, прядильный или ткацкий цех, театральный зал, закрытый стадион или закрытый каток). Современные центральные СКВ оборудуются неавтономными кондиционерами в секционном и агрегатном исполнениях.

Воздух центральных СКВ разводится, как правило, по круглым стальным, асбестоцементным (из труб) и пластмассовым каналам, прокладываемым внутри помещений. В некоторых случаях каналы с большими поперечными сечениями приходится прокладывать под землей. Внутри таких каналов следует прокладывать металлические и другие тонкостенные изолированные воздуховоды, иначе тепловая инерционность массива оказывает нежелательное влияние на регулирование системы.

Центральные СКВ обладают следующими преимуществами: 1) возможностью эффективного поддержания заданной температуры и относительной влажности воздуха в помещениях, 2) сосредоточением оборудования, требующего систематического обслуживания и ремонта в малом количестве мест или даже в одном месте; 3) возможностями организации эффективного шумои виброгашения. С помощью центральных СКВ при надлежащей акустической обработке воздуховодов, устройстве глушителей шума и гасителей вибрации можно достигнуть наиболее низких уровней шума в помещениях и обслуживать такие помещения, как радиои телевизионные студии. Центральные системы вместе с тем имеют и некоторые недостатки, основным из которых является необходимость проведения сложных монтажно-строительных работ по установке кондиционеров, прокладке воздуховодов и трубопроводов, вследствие чего применение центральных систем в существующих зданиях иногда становится невозможным. При центральных системах с разветвленными воздуховодами осложняется акустическая изоляция одних помещений от других и становится менее гибким регулирование температуры и влажности в отдельных помещениях.

Центральные СКВ весьма разнообразны, и выбор систем зависит от многих факторов, в первую очередь от назначения и режима использования помещений, характера и количества выделяющихся в них вредностей, климатических особенностей местности, величины поверхностей наружных ограждений и их ориентации относительно стран света, конструктивных особенностей здания, его высоты и размеров обслуживаемых помещений, а также от санитарно-гигиенических, строительно-монтажных, архитектурных, эксплуатационных и экономических требований.

Преимущественная область применения центральных воздушных СКВ низкого давления — промышленные здания всех видов и общественные здания с помещениями большого объема.

В центральных СКВ, совмещенных с воздушным отоплением здания или помещения и предназначенных для круглогодичной и круглосуточной эксплуатации, следует устанавливать не менее двух кондиционеров производительностью по 50% общей производительности системы, при этом калориферы второго и местного подогрева должны иметь производительность, достаточную для нормального отопления помещений.

Центральные СКВ, работающие с рециркуляцией, следует проектировать, как правило, с подачей переменных объемов наружного и рециркуляционного воздуха в зависимости от параметров наружного воздуха. В этом случае для рециркуляции воздуха рекомендуется применять самостоятельный вентилятор. Размещенные в пределах одного здания СКВ рекомендуется для взаимозаменяемости объединять попарно по приточным и рециркуляционным воздуховодам, если системы предназначены для поддержания приблизительно одинаковых параметров воздуха, а кондиционеры расположены недалеко друг от друга. Калориферы второго и местного подогревов должны, как правило, снабжаться теплоносителем постоянных параметров.

В кондиционерах, особенно при большой их производительности, в результате процессов смешения, нагрева и охлаждения воздуха происходит существенное его расслоение по температуре и влагосодержанию. Наиболее равномерные параметры имеет воздух на выходе из вентиляторов одностороннего всасывания. Поэтому кондиционеры, в которых влажность воздуха регулируется по методу «точки росы», рекомендуется собирать так, чтобы калориферы второго или местного подогрева устанавливались на стороне нагнетания приточных вентиляторов, что, за исключением систем со второй рециркуляцией воздуха, дает возможность монтировать чувствительные элементы терморегуляторов «точки росы» на хорошо перемешанном воздухе после вентилятора. Кроме того, такое расположение калориферов второго и местного подогревов облегчает блокировку кондиционеров.

Масляные, рулонные или тканевые фильтры для очистки воздуха следует устанавливать в тех частях кондиционеров, через которые проходит весь обрабатываемый воздух, защищая от пыли, возможно большее число секций кондиционеров. При установке масляных фильтров до калориферов первого подогрева первые следует снаряжать маслом, замерзающим при температурах на 5−10°С ниже расчетной для холодного периода года, согласно параметрам Б. При отсутствии масел с низкой температурой замерзания в районах с расчетной температурой, равной -25° С и ниже, масляные фильтры следует устанавливать после калориферов первого подогрева. Помимо удовлетворения санитарно — гигиенических требований фильтрация воздуха, как правило, окупается уменьшением брака продукции (в точном машинои приборостроении, на заводах радиоэлектроники и полупроводников), экономией средств на уборку помещений и уменьшением износа технологического оборудования, ковров и мебели (в общественных зданиях).

Фильтры тонкой очистки воздуха от пыли следует устанавливать при наличии специальных требований к очистке воздуха от пыли и бактерий, как правило, в непосредственной близости к обслуживаемым помещениям и обязательно за фильтрами предварительной очистки воздуха (рулонными или тканевыми). Воздушные фильтры должны быть легко доступны для очистки и обслуживания. Их следует устанавливать на участках с выровненными потоками воздуха Обводные автоматические клапаны (заслонки), предназначенные для регулирования калориферов первого, второго и местного подогревов, рекомендуется устанавливать только при питании калориферов паром до тех пор, пока не будет разработан эффективный способ регулирования постепенным изменением расходов пара.

При обогреве калориферов водой следует применять секции подогрева, выполненные без обводных каналов. Эти секции обладают большими поверхностями теплоотдачи и большими живыми сечениями для прохода воздуха, а поэтому, при всех прочих равных условиях, имеют меньшее аэродинамическое сопротивление.

Оросительные форсуночные камеры являются достаточно экономичными и эффективными тепло-массообменными аппаратами. Однако в ряде случаев они могут быть заменены поверхностными орошаемыми воздухоохладителями, а частично и неорошаемыми поверхностными воздухоохладителями, работающими непосредственно на фреоне или с промежуточным холодоносителем, что существенно упрощает систему холодоснабжения. Нередко применение поверхностных воздухоохладителей позволяет экономить холод и тепло, так как с их помощью процесс охлаждения и осушки воздуха до заданного предельного влагосодержания можно закончить практически при любой относительной влажности воздуха, в то время как обработка воздуха в камерах орошения заканчивается при высокой относительной влажности и для понижения последней требуется вторичный подогрев воздуха.

При совместной работе СКВ с системами отопления последние должны рассчитываться на обеспечение температуры воздуха на 2−4°С ниже заданной для данного помещения.

1.4 Современные многозональные системы кондиционирования воздуха

Обычные центральные СКВ достаточно подробно описаны в литературе и справочниках, вышедших из печати в последние годы.

Центральные СКВ применяют главным образом для обслуживания больших помещений, на площади которых различно и неравномерно размещены люди и оборудование, а также для обслуживания большого количества сравнительно мелких помещений. В обоих случаях приходится применять многозональные системы, так как они более экономичны, чем отдельные системы для каждой зоны или каждого помещения, хотя с помощью многозональных СКВ не может быть достигнута такая же высокая степень точности поддержания одного из двух заданных параметров (относительная влажность или температура), как при отдельных СКВ.

Если рециркуляция воздуха недопустима, то применяют центральную прямоточную многозональную систему кондиционирования воздуха (рис. 1.1, а), которая в теплый период года может поддерживать в точках установки датчиков номинальные температуры воздуха tєС с минимальными отклонениями от заданных величин. При этом другие параметры воздуха в этих точках — теплосодержание I в ккал/кг, влагосодержание d в г/кг и относительная влажность ц в % - будут колебаться вследствие изменения количеств влаги, поступающей в воздух помещения, и колебаний температуры воздуха.

На схеме процессов кондиционирования воздуха, построенных на i-d-диаграмме (рис. 1.1, б), равно как и на аналогичных схемах других рисунков, точки, характеризующие состояние воздуха, обозначены индексами, которыми в тексте.

Рис. 1.1. Центральная прямоточная многозональная система кондиционирования воздуха, работающая полностью на наружном воздухе: а — схема системы; б — построение процессов на I-d диаграмме ПК — промывная камера; НУ — насосная установка; МК — местный кондиционер-доводчик; МП — местный подогреватель; СК — смесительный клапан; Ф — воздушный фильтр; СП — секция подогрева; К — клапан; Ш — шумоглушитель; ПВ — приточный вентилятор; РВВ — рециркуляционно-вытяжной вентилятор; НА — направляющий аппарат вентилятора; Б — воздуховод для блокировки с соседним кондиционером; Т — терморегулятор; В-влагорегулятор; Д — регулятор давления; t — контрольный термометр; b — психрометр; Р — расходометр.

Калорифер СП₃, клапаны К8 и К9 устанавливаются в районах Крайнего Севера для предупреждения замерзания калориферов первого подогрева.

Сопровождаются значения каждого из соответствующих параметров воздуха. Например, точке с индексом 4 на рис. 1.1, б соответствуют следующие значения в тексте: для температуры t₄, относительной влажности ц₄, теплосодержания I₄ и влагосодержания d₄.

Для многозональной системы на рис. 1.1, б показано, что в теплый период года в местах установки датчиков в помещениях номинальная температура воздуха может колебаться в пределах от t_11a до t_11m при колебаниях относительной влажности от ц_1a до ц_1m, а в зимнее и переходное время года температура колеблется в пределах от t_11a до t_11m при колебаниях влажности от ц_11а до ц_11m.

В тех случаях, когда допустимо применение рециркуляции, сооружают центральные многозональные системы, работающие, как правило, по двухвентиляторной схеме (рис. 1.2) с переменными объемами наружного и рециркуляционного воздуха, с одним или двумя рециркуляционными каналами (второй рециркуляционный канал применяется редко и на схеме показан пунктиром).

В многоэтажных зданиях устройство общей рециркуляции часто бывает неприемлемо (в связи с недостатком площади для прокладки каналов) или невозможно по акустическим и санитарно-гигиеническим соображениям. В таких случаях применяются многозональные системы с поэтажными вентиляторными доводчиками, с помощью которых производится рециркуляция воздуха в пределах каждого этажа.

В состав многозональных систем, помимо кондиционера, входят местные подогреватели МП, устанавливаемые по числу обслуживаемых зон, помещений или правило, в непосредственной близости к кондиционеру.

В теплый период года системы, работающие без рециркуляции, забирают наружный воздух (точка 5 на рис. 1.1, б), фильтруют и охлаждают его в камере орошения или в поверхностном орошаемом воздухоохладителе до состояния, соответствующего параметрам точки 3.

Рис. 1.2. Центральная многозональная двухвентиляторная система кондиционирования воздуха, работающая с рециркуляцией по одному или по двум каналам (второй канал показан пунктиром): а — схема системы; б — построение процессов на I-d диаграмме при работе с одним первым рециркуляционным каналом; в-то же, при работе с двумя рециркуляционными каналами В холодный период года наружный воздух (точка 15) подогревается в калориферах первого подогрева до состояний, соответствующих параметрам точек 14, 17 или 18, увлажняется (точка 13), нагревается в местных подогревателях до параметров, соответствующих точкам 12а, 12 р или 12m, при которых выпускается в помещения и приобретает заданные параметры.

Если в каком-либо из помещений а, р или m отсутствуют влаговыделения, то параметры воздуха в нем изменяются. Например, в помещении р они могут летом стать равными параметрам в точке 1 р, а зимой в точке 11 р вместо параметров в точках 1 р и 11 р, соответствующих заданным влаговыделениям.

В холодный период года производительность СКВ стремятся сокращать, при этом возможность и пределы сокращения производительности определяются уменьшением избытков тепла в помещении, для борьбы с которыми работает система, условиями сохранения равномерности параметров воздуха в обслуживаемой или рабочей зонах помещения и необходимостью обеспечения санитарной нормы притока наружного воздуха.

При наличии в здании двух или большего числа кондиционеров прежде всего определяют возможность обеспечения заданного режима при уменьшенном числе работающих кондиционеров, а затем рассматривают необходимые пределы сокращения производительности отдельных установок.

Необходимая производительность СКВ на весь холодный период года определяется по условиям переходного режима, т. е. при параметрах наружного воздуха t = 10 °C при ц = 70%, а фактическое переключение системы производится по обусловленным календарным датам, например, 15 октября, с тем чтобы на режим для теплого периода года система вновь включалась 15 мая. Расчет сокращения производительности СКВ начинают с определения отношений избытков явного тепла в переходный период года к избыткам явного тепла в теплый период (в обоих случаях при расчетных параметрах наружного воздуха). Затем выбирают наибольшее из найденных отношений теплоизбытков в комплексе помещений, обслуживаемых данным кондиционером, и делают предположение, что подача воздуха во все зоны или помещения может быть уменьшена пропорционально этому отношению К_х.

Далее определяют количество воздуха, которое поступит в каждую зону или помещение при выбранном отношении, и проверяют равномерность параметров воздуха в их обслуживаемых или рабочих зонах путем перерасчета воздухораспределителей. Практически считается, что при циркуляции воздуха менее пяти объемов помещения в 1 ч нельзя достичь удовлетворительной равномерности параметров. Количество наружного воздуха, которое содержится в приточном воздухе, подаваемом СКВ, находится в некоторой постоянной пропорции. Руководствуясь ею, определяют количество наружного воздуха, которое поступит в каждую зону или помещение после сокращения общей производительности кондиционера. Затем проверяют, достаточно ли этого количества наружного воздуха для удовлетворения санитарных норм.

Если окажется, что санитарная норма больше, то в зависимости от экономической целесообразности изменяют пропорцию наружного воздуха, вводимого СКВ, или меняют отношение, положенное в основу сокращения производительности. Снижение производительности СКВ экономически всегда оправдано, при этом для достижения наибольшего экономического эффекта следует применять: направляющие аппараты, устанавливаемые на всасывающих отверстиях вентиляторов, если сокращение производительности не превышает 30% от максимума и если производительность кондиционера по номиналу не более 120 тыс. мі/ч; индукторные муфты скольжения при более глубоком уменьшении производительности кондиционеров и для кондиционеров производительностью 160−250 тыс. мі/ч.

Построение процесса приготовления воздуха на i-d-диаграмые для холодного периода года производится после того, как установлен коэффициент K_x, характеризующий допустимое сокращение производительности кондиционера на весь этот период.

С помощью коэффициента К_х для каждого помещения или зоны а, р, m находят величину воздухообмена L_11a, L_11р,…, L_llm, рабочую разность температур? t_11a., ?t_11p, ?t_11m и разность влагосодержаний? d₁₁a, ?d_11p, ?d_11m. Затем от точки 11а, характеризующей заданные параметры воздуха в помещении, а (рис. 1.2, б), откладывают наибольшую из найденных величин разности влагосодержаний? d_max и определяют влагосодержание воздуха, приготовленного для холодного периода года d₁₃ = d_11a — ?d_max. На i-d-диаграмме проводится соответствующая прямая 13−12 р; от пересечения прямых t_11a — t_11a, t_11p — t_11p и d₁₃ в точках 11а', 11р', 11m' откладывают рабочие разности температур по d = const и разности влагосодержаний по t = const для каждого из помещений или зон, обслуживаемых кондиционером.

Соединив соответствующие точки, характеризующие температуры приготовленного воздуха, t_12a, t_12p t_12m и точки, характеризующие влагосодержание воздуха в помещении d_11a, d_11p, d_11m, получают линии процесса ассимиляции тепла и влаги в помещениях при расчетных параметрах для холодного периода года.

Далее определяют частные значения теплосодержаний воздуха в помещениях и среднее их значение I₁₁. На основании последнего строится процесс дальнейшей обработки воздуха в кондиционере.

Максимальный расход холода на охлаждение воздуха в системе, работающей без рециркуляции при расчетных условиях для теплого периода года составляет:

Q_x= Q_x1 + Q_x2 + Q_x3 + Q_x4 = L_n· г · (I₅ — I₃), ккал/ч (1.1)

где: L_n — полная производительность системы, мі/ч; г — удельный вес приточного воздуха, кг/м³; Q_x1 — расход холода на охлаждение помещения, равный:

Q_х1= L· г · (I₁ — I₂), ккал/ч; (1.2)

I₁ — среднее теплосодержание воздуха в обслуживаемых помещениях, ккал/кг; I₂ — среднее теплосодержание приготовленного воздуха, ккал/кг; L — полезная производительность системы, мі/ч.

Q_х2 — расход холода на охлаждение наружного воздуха, вводимого в помещение:

Q_x2 = L· г·(I₅ — I₁), ккал/ч (1.3)

Q_х3 — расход холода, компенсирующий утечки воздуха, в ккал/ч:

Q_x3 = (L_n — L)· г·(I5 — I₃) + L· г·(I₁ — I₃), ккал/ч (1.4)

L₁— L — потери воздуха в сетях, мі/ч;

Q_x4 — количество холода, непроизводительно теряемое вследствие работы калориферов второго подогрева и равное:

Q_x4 = L· г·(I₂ — I₄), ккал/ч (1.5)

Сравнительная экономичность СКВ определяется величиной коэффициента использования холода I₄, являющегося отношением полезных затрат холода на охлаждение помещения к общему расходу:

з_x= Q_x1 / Q_х (1.6)

Максимальный расход тепла в системе Q_Ti при полной производительности в холодный период года L_nх, м³/ч, на нагрев воздуха в калориферах первого подогрева равен:

Q^I_T1= L_nx· г·(I₁₄-I₁₅), ккал/ч (1.7)

Иногда представляется целесообразным снять часть тепловой нагрузки с калориферов первого подогрева, чтобы уменьшить их габариты и сопротивление. Этого можно добиться за счет частичного нагрева воздуха теплой водой, разбрызгиваемой в камере орошения. Подогрев в калориферах можно производить до любой температуры в пределах между точками 17 и 14, например, до точки 18 (рис. 1.1, б). Низшим пределом нагрева в калориферах практически считается изотерма 13 (прямая 17−13), если ей соответствует температура 2 °C и более. В настоящее время ведутся исследовательские работы по непосредственному нагреву водой воздуха, имеющего отрицательную температуру, вплоть до -25° С.

Нагрузка на калориферы первого подогрева в случае нагрева воздуха до температуры, представленной изотермой 17, равна:

QI_T2= L_nx· г·(I₁₇ — I₁₅), ккал/ч (1.8)

а остальное количество тепла:

?Q^I = Q^I_T1 — Q^I_T2 — L_nx· г·(I₁₃ — I₁₇), ккал/ч (1.9)

должно вноситься водой, которая подается в камеру орошения кондиционера и подогревается с помощью скоростного водоподогревателя ли змеевика, расположенного в поддоне камеры.

Максимальный расход тепла в калориферах местного подогрева, соответствующий полному отсутствию теплоизбытков в помещениях, равен большей из двух следующих величин:

Q^II = 0,24· L_n·г·(t₁ — t₄), ккал/ч (1.10)

Q^II = 0,24· L_n,x·г·(t₁₂ — t₁₃), ккал/ч (1.11)

где t₁ и t₁₂ — средняя температура приготовленного воздуха в°С.

Система, приведенная на рис. 1.1, работает с переменным объемом наружного и рециркуляционного воздуха. Такие системы, как правило, экономичней систем, работающих с постоянным расходом компонентов смеси, так как обеспечивают максимальное использование наружного воздуха для охлаждения помещения.

Наиболее надежны системы, имеющие приточный ПВ и рециркуляционный РВВ вентиляторы (рис. 1.1, а). Но воздух на рециркуляцию в этих системах можно забирать и с помощью одного приточного вентилятора.

По сравнению с одновентиляторными, двухвентиляторные СКВ значительно удобней в эксплуатации и расходуют меньше электроэнергии, если сопротивление рециркуляционных воздуховодов больше сопротивления участка питания кондиционеров наружным воздухом. Действительно, в этом случае система с одним вентилятором должна подавать все количество воздуха под давлением, необходимым для прохода воздуха через рециркуляционный воздуховод, аппараты кондиционера и сеть подающих каналов, а при двух вентиляторах разность между сопротивлениями рециркуляционного воздуховода и участка питания кондиционера наружным воздухом преодолевается рециркуляционным вентилятором, перемещающим, как правило, меньше воздуха, чем приточный вентилятор.

Кроме того, при одновентиляторной схеме для вытяжки воздуха из помещения также нужно иметь второй вентилятор, равный по производительности вентилятору РВВ, но работающий с переменным расходом воздуха от максимума до величины меньшей, чем минимальный приток наружного воздуха, на расход, необходимый для поддержания повышенного давления в помещениях. Регулирование вытяжного вентилятора по такой сложной зависимости от притока весьма затруднительно и возможно только с помощью регулятора, поддерживающего постоянную разность между давлением воздуха в помещении и наружным воздухом. Для устройства вытяжки, не связанной с рециркуляцией, требуется дополнительная система воздуховодов, что удорожает систему.

Устраивать естественную вытяжку из помещений, в которых кондиционируется воздух, не рекомендуется, так как при естественной вытяжке регулирование приходится вести в условиях, осложненных переменным противодавлением, как по величине, так и по знаку: в теплый период года воздух внутри помещения холодней и тяжелей наружного, а зимой-наоборот.

Кроме того, для регулирования приходится употреблять клапаны значительно большей площади, чем при вентиляторной тяге, и суммарная неплотность их притворов может существенно повлиять на качество регулирования.

Системы с двумя вентиляторами производят меньше шума, так как вентиляторы работают при более низких давлениях, чем в одновентиляторных системах. Однако основными преимуществами двухвентиляторных систем являются надежность и удобство управления и регулирования, так как весь комплекс устройств, обеспечивающих приток и вытяжку из помещений, сосредоточивается в одном кондиционере.

При проектировании СКВ с двумя рециркуляционными каналами (рис. 1.2), следует обеспечить надежную увязку потерь давления во втором рециркуляционном канале с потерями давления в секциях кондиционера. В многозональных СКВ второй рециркуляционный канал регулируют вручную или дистанционно клапаном К12.

В теплый период года система, работающая с одной первой рециркуляцией, засасывает наружный воздух, который имеет параметры, характеризуемые точкой 4, смешивает его с нагревшимся в вентиляторе РВВ (отрезок 1−6) рециркуляционным воздухом (средние параметры его характеризуются точкой 1), в результате чего получается смесь с параметрами, характеризуемыми точкой 5. Весь воздух, подаваемый кондиционером, охлаждается в камере орошения или в орошаемом поверхностном воздухоохладителе до параметров, характеризуемых точкой 13, нагревается в вентиляторе и воздуховодах до состояния, характеризуемого точкой 12, нагнетается в помещения: или зоны, ассимилирует тепло и влагу и принимает заданные номинальные параметры 1а, 1 р, 1m. В холодный период года наружный воздух (точка 24) смешивается с рециркуляционным воздухом, средние параметры которого характеризуются точкой 21, смесь (точка 27) нагревается в калориферах первого подогрева до состояния, характеризуемого точкой 25. Теплосодержание в точке 25 равно необходимому для создания требуемой влажности воздуха в помещении. Смесь увлажняется до состояния, характеризуемого точкой 33, и нагревается в калориферах местного подогрева до состоянии, характеризуемых точками 22а, 22 р, 22m, а в среднем до состояния, характеризуемого точкой 22. В зонах О или РЗ помещений воздух принимает заданные состояния (точки 21а, 21 р, 21т). Нагрев воздуха в рециркуляционном вентиляторе РВВ в холодный период года обычно не учитывают. Максимальный расход холода при расчетном режиме для теплого периода года составляет:

Q_x = Q_x1 +Q_x2 + Q_x3 = L_op· г·(I₅ — I₁₃), ккал/ч, (1.12)

где L_op — количество воздуха, проходящего камеру орошения, м³/ч (для системы с одной первой рециркуляцией воздуха L, р = Ln м³/ч),

Q_x1 — расход холода на охлаждение помещения при введении воздуха Ly, кг/ч, равный:

Q_x1= L· г·(I₁ — I₁₂), ккал/ч; (1.13)

Q_x2 — расход холода на охлаждение наружного воздуха L_nг в кг/ч, равный

Q_x2 = L_н· г·(I₄ — I₁), ккал/ч (1.14)

Q_X3 — расход холода на потери воздуха в сетях Ln-L в м³/ч, потери, связанные с охлаждением наружного воздуха, который проходит через неплотности сетей L_пн-L_н в м³/ч и нагрев подаваемого и рециркуляционного воздуха L_пг — L_pг, кг/ч, в сетях и вентиляторах:

Q_xз = (L_п — L)· г·(I₁ — I₁₂) + L_п· г·(I₁₂ — I₁₃) + (L_п.н — L_н)· г·(I₄ — I₁) +

+ L_p· г·(I₆ — I₁), ккал/ч (1.15)

Максимальный расход тепла в калориферах первого подогрева системы Q¹_т1 при производительности, установленной для холодного периода года L_nх, и подаче наружного воздуха L_nн в м³/ч равен

Q¹_т1 = L_{П и}· г·(I₂₅ — I₂₄) = L_{п х}· г·(I₂₅ — I₂₇), ккал/ч (1.16)

Максимальный расход тепла в калориферах второго подогрева определяется по аналогии с расчетом по формулам (1.10) и (1.11), но с заменой в них на t₄ на t₁₂, t₂₂ и t₁₃ на t₃₃.

В системе с двумя рециркуляционными каналами (рис 1.2, в) наружный воздух, имеющий расчетные параметры для теплого периода года (точка 4), смешивается с рециркуляционным воздухом (точка 2) и смесь с параметрами, характеризуемыми точкой 5, охлаждается в камере орошения или в орошаемом поверхностном воздухоохладителе до состояния, характеризуемого точкой 13. Рециркуляционный воздух (точка 2), поступая по второму рециркуляционному каналу, подмешивается к охлажденному воздуху (точка 13). Смесь (точка 3), проходя приточный вентилятор и воздуховоды, нагревается до состояния, характеризуемого точкой 12, и выпускается в помещения, где, ассимилируя тепло и влагу, приобретает заданные параметры, которые представлены средней величиной (точка 1). В рециркуляционном вентиляторе воздух (точка 1) подогревается до параметров, характеризуемых точкой 2.

При расчетных условиях для холодного периода (точка 24) наружный воздух смешивается с рециркуляционным (точка 21), смесь (точка 35) подогревается калориферами первого подогрева до состояния, характеризуемого точкой 25, затем увлажняется и приобретает параметры, характеризуемые точкой 33. Воздух, поступающий по второму рециркуляционному каналу, смешивается с увлажненным воздухом и смесь приобретает параметры, характеризуемые точкой 23, затем нагревается в калориферах второго подогрева до состояния, характеризуемого точкой 22, и выпускается в помещения, где, ассимилируя влагу и нагревая помещения, воздух приобретает параметры, которые на i-d — диаграмме представлены средней величиной (точка 21).

Количество воздуха, проходящего камеру орошения L_opг в долях от полной производительности кондиционера L_пг в расчетных условиях для теплого периода года, равно:

(L_орг) = L_орг/L_пг = (I₂ — I₃)/ (I₂ — I₁₃), кг/ч (1.17)

Количество этого воздуха составляет

L_opг = (L_opг)· Ln·г, кг/ч. (1.18)

Количество воздуха, проходящего по первому рециркуляционному каналу, определяется как разность

L_{п 1 р} г = L_ор — L_{п, н} г, кг/ч (1.19)

а количество воздуха, проходящего по второму рециркуляционному, каналу, — как разность:

L_{п 2 р} г = L_п г — L_орг, кг/ч (1.20)

где L_п.нг — полный расход наружного воздуха, кг/ч; L_n· г — полная производительность кондиционера, кгч.

Максимальные расходы холода и тепла для системы, имеющей два рециркуляционных канала, определяются по формулам, аналогичным формулам (1.12) — (1.16).

Автоматическое регулирование и контроль описанных многозональных систем, работающих на наружном воздухе или с рециркуляцией, осуществляются следующим образом. Установленные в помещениях или в зонах одного помещения терморегуляторы T_1a, T_1p, Т_1m управляют калориферами местного второго подогрева путем регулирования подачи теплоносителя клапанами K_2a, K_2p, K_1m и расхода воздуха обводными клапанами К2_а, К_2р, К_2m, если установлена необходимость применения обводных клапанов (теплоноситель пар). Постоянство влажности обеспечивается терморегулятором «точки росы» Т₂, который во всех описанных системах на режимах охлаждения (в теплый период года) управляет подачей холодной воды в камеру орошения или в поверхностный орошаемый воздухоохладитель с помощью клапана КЗ. В системах, не имеющих рециркуляции, в холодный период года терморегулятор Т₂ управляет клапанами К4, Кб, а при необходимости также и клапаном К5 (теплоноситель пар), регулирующими работу калориферов первого подогрева.

В системах с первой рециркуляцией воздуха регулятор Т₂ в теплый период года работает совместно с двухпозиционным терморегулятором Т₄, датчиком которого является мокрый термометр, установленный в потоке наружного воздуха и работающий по следующей программе. При теплосодержании наружного воздуха I_н >I₆, терморегулятор T₄ (см. рис. 1.2, а) устанавливает воздушные клапаны К7 и К8 на режим минимальной подачи только наружного воздуха и максимальной подачи рециркуляционного воздуха. Когда теплосодержание наружного воздуха лежит в пределах I₁₃ < I_н< I₆, терморегулятор Т₄ устанавливает клапаны K7 и К8 на режим подачи только наружного воздуха и подключает управление этими клапанами непосредственно к терморегулятору Т₂, который управляет ими в холодный период года, характеризуемый условиями I_н < I₁₃. В холодный период регулятор Т₂ при понижении теплосодержания наружного воздуха от I₁₃ до минимума с помощью клапанов К7 и К8 постепенно сокращает подачу наружного воздуха и доводит ее до минимума. После этого регулятор Т₂ переходит на управление клапанами К4 и К6 (а при необходимости и обводным клапаном К5), регулирующими работу калориферов первого подогрева. Воздушный клапан К10 открывается при пуске кондиционера и закрывается при его остановке.