Классификация систем кондиционирования воздуха.
Общие сведения о кондиционировании воздуха.
Кондиционирование (от лат. condicio – условие, состояние) воздуха предназначено для автоматического поддержания в помещениях требуемых значений параметров микроклимата – температуры и относительной влажности, скорости движения и чистоты внутреннего воздуха.
Основным элементом системы кондиционирования воздуха является кондиционер – агрегат, предназначенный для обработки и перемещения воздуха в системе кондиционирования.
Принцип кондиционирования помещений поясняется рис. 8.1.
Рис. 8.1. Схема системы кондиционирования воздуха. 1 – помещение; 2 - кондиционер; 3 – забор наружного воздуха; 4 –воздухо-приемное устройство рециркуляционного воздуха; 5 - рециркуляционный воздуховод; 6 – приточный воздуховод; 7 - воздухораспределительные устройства; 8 – датчики параметров микроклимата в помещении; 9 – источник теплоснабжения кондиционера; 10 – источник хладоснабжения кондиционера; 11 – отвод теплоты от источника хладоснабжения; 12 – удаление вытяжного воздуха.
Рассмотрим работу системы кондиционирования воздуха (СКВ) помещения. На вход кондиционера 2 поступает наружный воздух через воздухозаборное устройство 3 и рециркуляционный воздух, забираемый из помещения через воздухоприемное устройство 7 и транспортируемый по рециркуляционному воздуховоду 6. Смесь наружного и рециркуляционного воздуха обрабатывается в кондиционере и по приточному воздуховоду 6 через воздухораспределительные устройства 7 подается в помещение 1. Фактические значения параметров микроклимата в помещении фиксируются датчиками 8, которые являются составной частью системы автоматического управления работой кондиционера.
Теплоснабжение воздухонагревателей кондиционера осуществляется от источника теплоты 9. Хладоснабжение воздухоохладителей кондиционера осуществляется от источника хладоснабжения 10, в качестве которого применяется холодильная машина с устройствами отвода теплоты в окружающую среду.
В соответствие со схемой системы кондиционирования воздуха, она представляет собой совокупность технических средств, обеспечивающих приготовление, перемещение и распределение воздуха в помещении, а также автоматическое управление его микроклиматом.
Система кондиционирования воздуха может выполнять функции вентиляции помещений, их воздушного отопления в холодный период года и охлаждения в теплый период. Поэтому системы кондиционирования воздуха являются многофункциональными средствами обеспечения требуемых параметров микроклимата в помещениях.
Классификация систем кондиционирования воздуха.
По назначению различают кондиционирование:
- комфортное, предназначенное для обеспечения в помещениях оптимальных параметров микроклимата, наиболее благоприятных для самочувствия людей;
- технологическое, назначением которого является обеспечение параметров микроклимата, необходимых для ведения технологических процессов, работы оборудования и приборов, сохранения предметов культуры и искусства;
- комфортно-технологическое характеризуется совпадением требований по обеспечению оптимальных и технологически необходимых параметров микроклимата.
По характеру воздуха, поступающего на обработку в кондиционер, различают кондиционирование прямоточное, с полной рециркуляцией и с частичной рециркуляцией.
По зоне обслуживания кондиционирование подразделяется на местное, обслуживающее одно относительно небольшое помещение, и центральное, обслуживающее группу помещений здания или одно помещение зального типа.
Кондиционеры.
Кондиционеры предназначены для обработки приточного воздуха и его подачи в помещения.
В местных СКВ устанавливаются местные кондиционеры, а в центральных СКВ – центральные.
По наличию источников теплоты и холода кондиционеры подразделяют на автономные и неавтономные. Автономные кондиционеры содержат, а неавтономные не содержат в своем составе источники теплоты и холода.
Местные кондиционеры, как правило, являются автономными, а центральные – неавтономными.
Процессы обработки воздуха в кондиционерах.
В технике кондиционирования воздух рассматривается как смесь сухой части и водяных паров. Сухая часть влажного воздуха состоит из 78 % азота, около 21 % кислорода, около 0,03 % углекислого газа и незначительного количества других газов. Количество водяного пара, содержащегося во влажном воздухе, характеризуется влагосодержанием, d, г/кг, численно равным массе водяных паров, содержащихся в объеме влажного воздуха, сухая часть которого имеет массу 1 кг.
В целом, состояние воздуха характеризуется следующими физическими параметрами: давлением, Р, Па, температурой, t, OC, относительной влажностью, φ, %, влагосодержанием, d, г/кг, энтальпией, I, кДж/кг сух.возд., плотностью, ρ, кг/м3, удельной теплоемкостью, с, кДж/(кг ·OC). Параметры t, φ, d и I взаимосвязаны, зная значения двух из четырех параметров можно определить значения остальных. Наиболее просто и наглядно определение параметров состояния влажного воздуха можно выполнять, используя I-d диаграмму влажного воздуха, рис. 8.2.
Рис. 8.2. I-d диаграмма влажного воздуха.
Пример определения параметров влажного воздуха при помощи I-d диаграммы. Температура воздуха равна + 24 OC, энтальпия - 48 кДж/кг сух.возд. Определить относительную влажность и влагосодержание воздуха.
Наносим на I-d диаграмму точку с координатами t = +24, I = 48. По положению данной точки определяем: φ = 50 %, d = 9,5 г/кг сух.возд.
С помощью I-d диаграммы наглядно отображаются процессы изменения состояния воздуха. На рис. 8.3 дано графическое отображение основных процессов изменения состояния воздуха.
Рис. 8.3. Процессы изменения состояния воздуха.
Линия 1-2 характеризует процесс нагрева воздуха в воздухонагревателе. Так как данный процесс протекает без изменения влагосодержания воздуха, он отображается вертикальной линией d = const, при этом происходит увеличение температуры от -16 до 26 OC, энтальпии от – 14 до 26 кДж/кг сух.возд и уменьшение относительной влажности с 80 до 5 %.
Тепловой поток, Q1-2, кВт, который необходимо подвести к воздуху для протекания данного процесса определяется по формуле
, (8.1)
где G – массовый расход нагреваемого воздуха, кг/с.
Линия 3-4 отображает процесс охлаждения воздуха в воздухоохладителе. Данный процесс также протекает по вертикальной линии d = const, при этом происходит уменьшение температуры от 36 до 17 OC, энтальпии от 66 до 47 кДж/кг сух.возд и увеличение относительной влажности с 32 до 100 %.
Температура воздуха, соответствующая точки 2, называется температурой точки росы.
Тепловой поток Q3-4, который необходимо отвести от воздуха для протекания данного процесса, определяется зависимостью
, (8.2)
Линия 5-6 отображает процесс обработки воздуха в оросительной камере, при отсутствии теплообмена с окружающей средой, то есть при I = const. В результате данного процесса уменьшается температура воздуха от 32 до 15OC и увеличиваются влагосодержание воздуха и его относительная влажность.
Линия 7-8 отображает политропный процесс изменения параметров воздуха при его охлаждении в воздухоохладителе с температурой охлаждающей поверхности меньше, чем температура точки росы охлаждаемого воздуха. В результате данного процесса уменьшаются температура, энтальпия и влагосодержание воздуха, а относительная влажность увеличивается.
При обработке воздуха в кондиционерах используются различные схемы обработки воздуха, основанные на рассмотренных выше процессах изменения его состояния. Конструктивные решения кондиционеров разрабатываются на основе требований по наиболее эффективной организации данных процессов.
Центральные кондиционеры.
Центральные кондиционеры представляют собой агрегаты, состоящие из отдельных секций, предназначенных для обработки и транспортировки воздуха. Отечественными и зарубежными предприятиями выпускается достаточно много модификаций центральных кондиционеров с производительностью по воздуху от 1,0 до 120 тыс. м3/час. Это позволяет подобрать необходимое оборудование для кондиционирования помещений любого назначения и размеров. На рис. 8.4 представлена одна из конструкций центрального кондиционера.
Рис. 8.4. Общий вид центрального кондиционера. 1,2,3 и 4 – приемно-смесительная, воздухонагревательная и вентиляторная секции соответственно
Габаритные размеры центральных кондиционеров зависят от производительности по воздуху и вида обработки приточного воздуха.
Размещение центральных кондиционеров выполняется аналогично размещению приточных камер систем механической приточной вентиляции.
Хладоснабжение центральных кондиционеров осуществляется от холодильных машин. Холодильные машины, используемые для хладоснабжения кондиционеров, называются чиллерами. Принцип охлаждения обрабатываемого воздуха заключается в отборе от него теплоты холодной водой, поступающей в воздухоохладитель кондиционера от чиллера.
Схема движения теплоты в контуре «воздухоохладитель-чиллер» приведена на рис. 8.5.
Рис. 8.5. Схема отвода теплоты от охлаждаемого воздуха. 1 - воздухоохладитель;
2, 3 – испаритель и конденсатор чиллера; 4 – отвод теплоты в окружающую среду.
По способу отвода теплоты от конденсатора чиллера в окружающую среду различают чиллеры с воздушным и водяным охлаждением конденсатора. В чиллерах с воздушным охлаждением конденсатора установлены вентиляторы, обеспечивающие обдув конденсатора наружным воздухом. Внешний вид чиллеров с воздушным охлаждением приведен на рис. 8.6. Эти агрегаты выпускаются в моноблочном исполнении и соединяются с центральными кондиционерами теплоизолированными трубопроводами холодной и обратной воды.
Чиллеры с воздушным охлаждением конденсатора целесообразно устанавливать на плоских кровлях зданий на специальных виброоснованиях, предотвращающих передачу шума и вибраций на строительные конструкции здания. Конструкции, на которые устанавливаются чиллеры, должны рассчитываться на статическую и динамическую нагрузку.
Рис. 8.6. Установка чиллеров с воздушным охлаждением конденсатора на кровле здания.
Для чиллеров с водяным охлаждением конденсатора необходимы системы охлаждения оборотной воды, отводящей теплоту от конденсатора чиллера. Для этой цели применяются брызгальные и декоративные бассейны, вентиляторные градирни и др.