Лекция № 12
Кондиционирование воздуха. Холодоснабжение
План лекции
1. Кондиционирование воздуха
2. Холодоснабжение
Литература:
1. Погодина Л.В. «Инженерные сети, инженерная подготовка и оборудование территорий, зданий и стройплощадок». – М.: Дашков и К», 2006
Кондиционирование воздуха
Системы механической вентиляции, автоматически поддерживающие в помещениях метеорологические условия на уровне заданных независимо от изменяющихся параметров внешней воздушной среды называются системами кондиционирования воздуха (СКВ).
Комплекс технических средств, служащих для требуемой обработки воздуха (фильтрации, подогрева, охлаждения, осушки, увлажнения), перемещения его и распределения в обслуживаемых помещениях, устройства для глушения шума, источники тепло- и холодоснабжения, средства автоматического регулирования, контроля и управления, а также вспомогательное оборудование, составляют систему кондиционирования воздуха.
Устройство, в котором осуществляется требуемая тепловлажностная обработка воздуха и его очистка, называют кондиционером.
Системы кондиционирования воздуха применяются для обеспечения в помещениях оптимальных параметров внутреннего воздуха. Как правило, стоимость систем кондиционирования воздуха намного превышает стоимость систем вентиляции, поэтому применение этих систем должно быть технико-экономически обосновано. Основное применение СКВ находят в промышленных и общественных помещениях, где в соответствии с технологическим процессом или санитарно-гигиеническими нормами предъявляются высокие требования к внутреннему воздуху (ВПК, радиотехнические, операционные и т.д.).
По назначению СКВ делятся на комфортные (применяются в жилых, общественных и промышленных зданиях для обеспечения полного постоянного комфорта для находящихся в помещении людей), технологические (для обеспечения требуемых условий протекания производственных процессов) и комфортно-технологические (создаваемые системами параметры, требуемые для технологического процесса, совпадают или несущественно отличаются от комфортных для человека).
В зависимости от использования наружного и рециркуляционного воздуха различают прямоточные (работают только на наружном воздухе), частично рециркуляционные (используют и наружный и рециркуляционный воздух) и рециркуляционные (работают только на рециркуляционном воздухе) СКВ. Частично рециркуляционные системы кондиционирования воздуха могут быть с первой рециркуляцией (подмешивание внутреннего воздуха к наружному осуществляется до камеры орошения), со второй рециркуляцией (смешивание наружного и внутреннего воздуха осуществляется после камеры орошения) и с двумя рециркуляциями.
По расположению основных элементов системы кондиционирования воздуха подразделяют на центральные (кондиционер устанавливается вне обслуживаемого помещения, воздух подается по сети воздуховодов) и местные (кондиционер размещается в кондиционируемом помещении в виде подоконных, шкафных, подвесных агрегатов).
По наличию в конструкции кондиционера систем холодо - и теплоснабжения системы кондиционирования бывают автономные (узел холодо- и теплоснабжения является составной частью кондиционера) и неавтономные (снабжаются теплотой и холодом из центральных систем холодо- и теплоснабжения).
По сезонности обеспечения условий СКВ подразделяются на круглогодичные и сезонные.
В современной технике центральных систем кондиционирования воздуха для обработки воздуха применяют центральные кондиционеры каркасно-панельного блочно-модульного типа.
Центральный кондиционер состоит из отдельных типовых секций, герметично соединенных между собой. Корпус кондиционера исполнен на базе каркаса из алюминиевых профилей, к которым крепятся постоянные и съемные (для доступа к агрегатам) панели. Панели состоят из наружного и внутреннего оцинкованных листов, между которыми устанавливается минераловатная теплоизоляционная прокладка. С целью облегчения подхода к узлам установки предусмотрены открываемые смотровые двери или съемные панели со стороны обслуживания.
Увлажнение воздуха в центральном кондиционере осуществляется в секции оросительного увлажнения водой (камере орошения) или секции парового увлажнения.
Камеры орошения представляют собой устройства, в которых вода разбрызгивается с помощью форсунок. При контакте воздуха с каплями воды за счет процессов тепло- и массообмена происходит изменение температуры и влажности обрабатываемого воздушного потока. Камеры орошения состоят из одного или двух коллекторов, к которым присоединяются трубные стояки. На стояках крепятся форсунки для распыла воды. В зависимости от количества коллекторов камеры бывают одно- и двухрядными, с распылом воды по и против потока воздуха. Распыляясь, вода превращается в густой туман мелких капель, сквозь который движется воздух, поглощая водяные пары. На выходе из камеры устанавливается каплеуловитель (сепаратор). Сепараторы изготовлены из пластмассовых профилей и имеют несущую конструкцию из нержавеющей стали.
На входе может предусматриваться стабилизатор воздушного потока, обеспечивающий равномерное по сечению поле скоростей воздушного потока.
Паровые увлажнители состоят из генератора пара, паропровода, форсунок или коллектора ввода пара в воздушную среду, трубопровода отвода конденсата.
Все устройства увлажнения воздуха должны обеспечиваться системами автоматического регулирования режима работы и в обоснованных случаях могут иметь обводной канал с клапаном.
Блоки первого и второго подогрева центрального кондиционера комплектуются воздухонагревателями, которые могут быть водяными, паровыми и электрическими. Воздухонагревательные элементы калориферов изготавливаются преимущественно из оребренных медных труб или биметаллических труб. Число рядов трубок определяется потребностью в теплоте на нагрев воздуха. Чаще всего применяются калориферы с числом рядов трубок от одного до четырех.
Расчет воздухонагревателей заключается в определении площади теплоотдающей поверхности, необходимой для передачи воздуху требуемого количества теплоты для подогрева до заданной температуры.
Воздухоохладители конструктивно схожи с воздухонагревателями.
Отличие их от воздухонагревателей определяется условиями применения. При охлаждении воздуха может образовываться конденсат, который способствует интенсификации коррозии поверхности трубок. В этой связи применяются оребренные трубки, поверхность которых со стороны обрабатываемого воздуха покрывается цинком. В воздухоохладителях необходимо также организовывать сбор и отвод конденсата. Секция воздухоохладителя, как секция подогрева воздуха может иметь обводной канал с клапаном. На выходе из воздухоохладителя может устанавливаться каплеуловитель. В трубки воздухоохладителей может подаваться холодоноситель (холодная вода) или хладагент (фреон).
Секция очистки воздуха, часто которую называют секцией фильтрации, предназначена для снижения в обрабатываемом воздухе концентрации механических примесей и доведения этого параметра до уровня ниже ПДК. Размеры и форма поперечного сечения кондиционера определяются размерами модуля фильтрующего элемента.
Секции утилизации теплоты предназначены для повторного применения теплоты или холода, забираемых от уходящего воздуха систем вентиляции и кондиционирования, от технологических потоков и местных отсосов и т.п. В системах кондиционирования воздуха в качестве утилизаторов тепловой энергии применяются пластинчатые рекуперативные теплообменники с перекрестным движением теплоносителей, роторные теплообменники регенеративного типа и теплообменники с промежуточным теплоносителем. Применение секции утилизации теплоты должно обосновываться технико-экономическими расчетами. Тип секции утилизации теплоты определяется характеристиками потоков и требованиями, предъявляемыми к помещению, в котором необходимо осуществлять кондиционирование воздуха.
Кроме основного оборудования (воздухонагревателей, воздухоохладителей, блока увлажнения, секции фильтра, блока утилизации и вентиляторного блока) в состав кондиционера входит и дополнительное оборудование: приемный блок с воздушным утепленным клапаном, воздушные и промежуточные секции.
Блок приемный предназначен для приема, регулирования, смешения и распределения по живому сечению объема наружного и рециркуляционного воздуха, поступающего в кондиционер.
Воздушные секции предназначены для смешения воздушных потоков и обслуживания соседнего оборудования.
Клапаны воздушные предназначены для регулирования объемов наружного и рециркуляционного воздуха, поступающего в кондиционер, а также регулирования количества воздуха, проходящего через воздухонагреватели.
Выбор компоновки кондиционера зависит от многих факторов, прежде всего от назначения и режима использования помещений, конструктивных особенностей здания, от санитарно-гигиенических, строительно-монтажных, архитектурных, эксплуатационных и экономических требований.
В настоящее время широкое применение для обслуживания отдельных помещений жилых и административных зданий получили местные автономные кондиционеры, работающие на рециркуляционном (внутреннем) воздухе. Это так называемые «сплит-системы» и оконные кондиционеры (рис. 12.1). «Сплит-системы» комплектуются из наружного блока и одного или нескольких внутренних блоков. В наружном блоке хладагент охлаждается с помощью вентилятора, устроенного в нем, по специальным трубкам подается в помещение, где нагревается, забирая теплоту у внутреннего воздуха, и затем снова подается наружу.
Рис. 12.1. Виды местных автономных кондиционеров: «сплит-система» (а)
и оконный кондиционер (б): 1 – наружный блок; 2 – внутренний блок
Холодоснабжение
По способу производства холода для охлаждения кондиционируемого помещения выделяют четыре разновидности: использование искусственных источников холода, использование природных источников холода, испарительное охлаждение, комбинированное охлаждение.
В качестве природных источников холода может быть использована артезианская вода, намороженный в естественных условиях лед, холодный наружный воздух.
Источниками искусственного холода являются холодильные машины, использующие различные холодильные агенты. Наиболее широко в системах кондиционирования воздуха в настоящее время применяются хладоны R-410A, R-407C, R-134а.
Способы испарительного охлаждения осуществляются с помощью прямого (камера орошения) и косвенного (воздухоохладители) испарительного охлаждения.