Центральные системы кондиционирования воздуха

ЦЕНТРАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

В настоящее время широкое распространение получили центральные системы кондиционирования воздуха, обслуживающие одно большое или несколько небольших помещений. Кондиционеры собираются из типовых секций; последние подразделяются на основные (секции фильтров, камеры орошения, подогрева, воздушные клапаны, вентиляторные установки) и вспомогательные (смесительные, поворотные, промежуточные и переходные секции). Дополнительное оборудование СКВ − местные подогреватели, доводчики, смесители и др. − расположены вне кондиционеров.

Схема СКВ изображена на рис. 1. Воздуховоды, изображенные сплошной линией, соответствуют работе установки только на наружном воздухе (прямоточная система), штриховой линией показан воздуховод двухвентиляторной системы СКВ, работающей с рециркуляцией воздуха, штрихпунктирной − со второй рециркуляцией. В отличие от прямоточной системы СКВ наружный воздух, поступающий в кондиционер, смешивается с рециркуляционным воздухом. Далее смешанный воздух проходит такую же термовлажностную обработку, как и в прямоточной системе.

Прямоточные системы проектируют в тех случаях, когда рециркуляция воздуха недопустима по санитарно-гигиеническим соображениям. Количество воздуха, подаваемое в обслуживаемое помещение, постоянно. Рассмотрим работу установки в теплый период года. Наружный воздух, засасываемый вентилятором, поступает в кондиционер через воздухозаборное устройство, очищается в фильтре, охлаждается и осушается в оросительной камере и затем нагнетается в помещение. При необходимости воздух может быть подогрет в воздухонагревателе второго подогрева. Из помещения воздух вытяжным вентилятором удаляется в атмосферу. На вытяжном воздуховоде, если это требуется по акустическому расчету, устанавливается шумопоглотитель.

В холодный период года наружный воздух очищается в фильтре, подогревается в воздухонагревателе первого подогрева, увлажняется (и охлаждается) в оросительной камере, работающей в это время на рециркуляционной воде, и затем догревается до нужной температуры в воздухонагревателе второго подогрева.

Фильтры масляные самоочищающиеся предназначены для очистки воздуха от пыли при его запыленности до 10 мг/м³. При более высокой запыленности фильтры применяются в качестве второй ступени очистки.

Секции подогрева применяются для подогрева воздуха горячей водой с температурой до 150 ºС или паром с избыточным давлением до 0,6 МПа. Секции компонуют из базовых теплообменников. Последние изготавливают одно-, двух- и трехрядными (по числу рядов нагревательных элементов) высотой 1 и 1,5 м. Нагревательные элементы выполняются из оцинкованных труб со спирально-навивной стальной лентой.

Камеры орошения представляют собой устройства, в которых происходит термовлажностная обработка воздуха разбрызгиваемой водой для сообщения ему заданных температуры и влажности. Для распыливания воды в камере применяются латунные или пластмассовые центробежные тангенциальные форсунки. На 1 м² поперечного сечения камеры принимается по 18 или 24 форсунки в каждом ряду. Факелы распыления воды первого ряда форсунок направлены по движению воздуха, второго − против движения. Избыточное давление воды перед форсунками следует принимать в пределах 120 − 150 кПа.

Тепловой баланс камеры орошения можно записать в виде

,

откуда коэффициент орошения воздуха

,

где − количество воздуха, проходящего через камеру орошения, кг/с; и − начальная и конечная энтальпии обрабатываемого воздуха, кДж/кг; − удельная теплоемкость воды, кДж/(кг·К); и − начальная и конечная температуры воды; − количество влаги, воспринятое воздухом или отданное им.

Коэффициент эффективности теплообмена в камере орошения можно записать в виде:

для политропного процесса с понижением энтальпии воздуха (рис. 2, а), характерного для теплого периода года,

;

для процесса адиабатного увлажнения воздуха (рис. 2, б), характерного для холодного периода года,

.

Здесь − соответственно температура и энтальпия воздуха, поступающего в камеру орошения; − то же выходящего из камеры; − температура воздуха по мокрому термометру при входе в оросительную камеру; − энтальпия насыщенного воздуха при начальной температуре воды , подаваемой в камеру.

Поверхностные воздухоохладители центральных кондиционеров предназначены для работы на хладоносителе − воде; номинальная производительность по воздуху 10, 20, 40, 60 и 80 тыс. м³/ч. Изготавливаются из стальных труб с навитыми стальными ребрами. Секции охладителей выполняются с коридорным расположением труб, трех- и четырезрядными с противоточно-перекрестным и перекрестным движением воздуха и хладоносителя. Промышленностью выпускаются неорошаемые и орошаемые поверхностные воздухоохладители.

Орошаемые охладители состоят из однорядной форсуночной камеры, работающей на рециркуляционной воде, и поверхностных теплообменников. Избыточное давление воды в теплообменниках должно быть не более 600 кПа, а перед форсунками − около 120 − 150 кПа. Скорость хладоносителя в трубках воздухоохладителя принимают в пределах от 0,5 до 1,2 м/с.

Работа эжекционного доводчика (см. рис. 3) протекает следующим образом. Обработанный в центральном кондиционере воздух подается в звукоизолированную часть эжекционной коробки 1 и далее поступает через эжектирующие сопла 2 в смесительную камеру 5. Туда же из помещения через теплообменник 6 подсасывается воздух, где он нагревается или охлаждается в зависимости от режима работы системы кондиционирования (теплый или холодный период года). Воздушная смесь поступает из камеры 5 в помещение через воздуховыпускную решетку 3. Регулирование параметров воздуха в помещении осуществляется изменением соотношения рециркуляционного и приточного воздуха путем открытия или прикрытия жалюзийной решетки 4. Температура воздуха на притоке в смесительную камеру регулируется изменением количества воды, поступающей в теплообменник 6. Если последний работает как воздухоохладитель, на его поверхности может выпадать из воздуха конденсат. Для сбора и удаления конденсата предусмотрен поддон 7.

Транспортировка воздуха в центральных СКВ осуществляется по стальным, пластмассовым и асбоцементным трубам или каналам, прокладываемым внутри помещений.

Для расчетов систем кондиционирования воздуха составляются балансы теплоты и влаги в помещениях для теплого, холодного и переходного периодов года. Воздух, подаваемый в помещение, должен отвести избыточную теплоту и влагу .

Величина называется тепловлажностным отношением или угловым коэффициентом процесса изменения состояния воздуха. Здесь и − количества теплоты и влаги, воспринятые воздухом или отданные им. Избытки теплоты и влаги − это наиболее часто встречающиеся вредные выделения в кондиционируемых помещениях. Поэтому правильный выбор рабочей разности температур ( − внутренняя температура помещения, − температура приточного воздуха) имеет существенное значение. Эта разность температур ограничивается заданными параметрами воздуха в помещении (температурой и влажностью) и должна приниматься максимально возможной, так как от нее зависит производительность СКВ, размеры оборудования, коммуникаций, мощность электродвигателей насосов и вентиляторов, а следовательно, капитальные вложения и эксплуатационные затраты по установке. Однако должно удовлетворять санитарно-гигиеническим требованиям с учетом выбранных приточных устройств в кондиционируемом помещении.

При расчете теплоизбытков, когда вытяжка воздуха осуществляется из рабочей зоны для установок кондиционирования воздуха круглогодичного действия, температура приточного воздуха принимается ниже внутренней температуры помещения : на 2 ºС при подаче в рабочую зону; на 4 − 6 ºС при подаче на высоте 2,5 − 4 м от уровня пола; на 6 − 8 ºС при подаче на высоте, большей 4 м от уровня пола; на 8 − 15 ºС при подаче через плафоны эжекционного типа. Приведенные цифры показывают, что расположение и конструкция приточных устройств являются решающими при выборе расчетного перепада температур воздуха .

Построение процессов обработки воздуха в центральном кондиционере и выбор основного оборудования производят с помощью -диаграммы на основании исходных данных для теплого и холодного периодов года. Расчет установки кондиционирования воздуха следует также производить для переходного периода года с температурой наружного воздуха, соответствующей отключению отопительных систем.

Впервые -диаграмма для влажного воздуха бала предложена профессором Л.К. Рамзиным (1918 г.) и нашла широкое применение в расчетах систем кондиционирования, сушки, вентиляции и отопления. В -диаграмме (рис. 4) по оси абсцисс откладывается влагосодержание (г/кг сухого воздуха), а по оси ординат − удельная энтальпия влажного воздуха (кДж/кг). По делениям на оси абсцисс проведены вертикальные прямые постоянного влагосодержания (). За начало отсчета удельных энтальпий принята точка О, в которой 0 ºС, и, следовательно, 0 кДж/кг. При построении -диаграммы использована косоугольная система координат, так как в такой системе область ненасыщенного воздуха занимает значительно большую площадь диаграммы. Через точки на оси координат проводят линии под углом 135º к линиям . После нанесения сетки линий и на диаграмму наносят изотермы и кривые . Изотермы в -диаграмме − прямые линии. Любая точка кривой 100 % характеризует состояние насыщенного воздуха; точка, лежащая выше кривой 100 %, характеризует состояние ненасыщенного воздуха, в котором водяной пар находится в перегретом состоянии, а точка, лежащая ниже кривой 100 %, характеризует состояние так называемого пересыщенного воздуха (область тумана). Обычно -диаграмму строят для какого-то среднего атмосферного давления. Параметры влажного воздуха для других давлений можно определить, используя формулы пересчета.

-диаграммы широко используются для теплотехнических расчетов с влажным воздухом. Так, например, в процессе сушки воздух предварительно подогревается в устройстве, называемом калорифером. При нагревании в калорифере влагосодержание воздуха не изменяется, поэтому процесс нагревания на -диаграмме изображается вертикальной прямой. Процесс охлаждения воздуха также происходит при постоянном влагосодержании и поэтому изображается аналогично. Процесс конденсации условно принимается происходящим при 100 %. Количество влаги, выпавшей в процессе конденсации, определяется разностью . Если принять, что энтальпия воды равна нулю, то процесс испарения воды можно считать происходящим при постоянном значении энтальпии влажного воздуха. Температуру, при которой 100 %, называют точкой росы.

Можно рекомендовать следующий порядок расчета прямоточной установки кондиционирования воздуха.

1. Теплый период года. На основании исходных данных на -диаграмму наносят точки, соответствующие параметрам внутреннего и наружного воздуха (точки В и Н, см. рис. 4, б). По известному угловому коэффициенту через точку В проводят луч тепловлажностного процесса в помещении. В соответствии с приведенными выше указаниями определяют рабочую разность температур и находят температуру приточного воздуха . Находят точку П, соответствующую параметрам приточного воздуха. Она расположена на пересечении луча процесса изменения состояния воздуха в помещении, проходящего через точку В, с изотермой . Через точку П проводят вертикальную линию до пересечения с кривой 90 − 95 % (точка О). Отрезок ПП´ соответствует нагреву воздуха в воздухоподогревателе второго подогрева, а отрезок ОП´ − нагреву воздуха в вентиляторе (около 1 ºС). Точку О соединяют с точкой Н, характеризующей параметры наружного воздуха. Отрезок НО соответствует процессу обработки наружного воздуха в камере орошения (политропный процесс с охлаждением и осушкой воздуха, холодный морозный воздух − сухой, влага вымораживается). Определяют расход приточного воздуха , исходя из избатков теплоты, влаги и количества выделяющихся вредных веществ (см. раздел по вентиляции). Полный процесс обработки воздуха изобразится на -диаграмме сплошной ломаной линией НОП. Стрелками на диаграмме показано направление процесса. Наружный воздух с параметрами точки охлаждается и осушается в оросительной камере до параметров точки . За счет работы вентилятора воздух несколько подогревается (на 0,5 − 1,5 ºС) до параметров точки и при необходимости догревается в воздухонагревателе второго подогрева до параметров точки . Отрезок характеризует изменение состояния воздуха за счет ассимиляции избыточной теплоты и влаги, выделяемых в помещении. Процесс обработки воздуха в кондиционере для системы с рециркуляцией показан штриховыми линиями. Воздух, подаваемый по рециркуляционному воздуховоду, нагревается в нем и вентиляторе 12 (рис. 1) от параметров точки до параметров точки , а затем смешивается с наружным воздухом (параметры точки ). Полученная смесь воздуха с параметрами точки обрабатывается в оросительной камере и в воздухонагревателе второго подогрева аналогично описанному для систем, работающих без рециркуляции.

2. Холодный период года. При построении процесса обработки воздуха в холодный период года (рис. 4, а) угловой коэффициент , параметры приточного воздуха (точка П) и воздуха, выходящего из камеры орошения (точка О), расход приточного воздуха определяют так же, как и для теплого периода года. Через точку Н на -диаграмме проводят вертикальную линию, соответствующую нагреву наружного воздуха в воздухонагревателе первого подогрева, а через точку О линию изоэнтальпийного процесса () до пересечения этих линий в точке К, характеризующей параметры воздуха после воздухонагревателя первого подогрева. Полный процесс обработки воздуха в кондиционере изобразится сплошной ломаной линией НКОПВ. Наружный воздух с параметрами точки нагревается в воздухонагревателе первого подогрева, затем увлажняется в оросительной камере и догревается в воздухонагревателе второго подогрева до параметров точки П. Отрезок ПВ здесь также показывает изменение состояния воздуха в помещении. Расход приточного воздуха в холодный период года, как правило, отличается от расхода в теплый период (обычно ). Процесс обработки воздуха для системы с рециркуляцией протекает в следующей последовательности (см. рис. 4, а, штриховая линия). Наружный воздух (точка Н) смешивается с рециркуляционным (точка В). Полученная смесь (точка С) нагревается в воздухонагревателе первого подогрева до температуры, соответствующей точке К´, и затем увлажняется в оросительной камере до состояния, определяемого точкой О. Увлажненный воздух нагревается в воздухонагревателе второго подогрева от параметров точки П´ до параметров точки П и подается в обслуживаемое помещение.

В схеме со второй рециркуляцией (штрихпунктирная линия на рис. 1) часть рециркуляционного воздуха используется для второго подогрева воздуха, прошедшего через оросительную камеру. Это позволяет снизить расходы теплоты и холода соответственно в холодный и теплый периоды года. Однако такая схема обработки воздуха неприемлима при малых значениях углового коэффициента на -диаграмме, когда луч процесса изменения состояния воздуха не пересекает кривую % или пересекает ее в области отрицательных температур.

Построение процессов обработки воздуха в кондиционере позволяет определить его промежуточные параметры (точки К, О, П на рис. 4, а, б) и выполнить теплотехнические расчеты воздухонагревателей первого и второго подогрева, а также камеры орошения.

Термин «кондиционирование» происходит от латинского слова «condicio», что означает «условие». Путем создания систем кондиционирования необходимо обеспечить определенные параметры воздуха, подаваемого в кондиционируемое помещение.

Даже за городом после дождя в 1 л атмосферного воздуха содержится до 100 частичек пыли (в городе − до 200 000).

Дата добавления: 2015-08-28