Кондиционирование воздуха

Содержание процессов кондиционирования воздуха

Под кондиционированием воздуха подразумевается способ создания и автоматического поддержания в помещениях таких параметров воздушной среды (температуры, влажности и подвижности воздуха), сочетание которых при любом состоянии наружного воздуха благотворно влияет на людей. В помещениях промышленных предприятий кондиционирование воздуха к тому же еще регламентируется и требованиями технологического процесса производства. В музеях, картинных галереях, книгохранилищах и подобных им зданиях кондиционирование воздуха необходимо для увеличения срока хранения культурных ценностей.

Кондиционирование воздуха широко применяется в помещениях с большим количеством единовременно находящихся в них людей (в театрах, залах заседаний, читальных залах и др.). Процессы кондиционирования состоят в основном в нагревании или охлаждении, увлажнении и осушке воздуха, а также очистке его от пыли. В отдельных случаях для устранения вредных запахов воздух ионизируется.

Известно, что иногда в летнее время наружный воздух имеет довольно высокие температуру и влажность, а потому до поступления его в помещение он должен быть, соответственно, охлажден и осушен. В зимнее же время, когда наружный воздух имеет низкие температуру и влажность, он должен быть нагрет и увлажнен.

Сущность кондиционирования воздуха заключается в создании и автоматическом поддержании определенного состава воздушной среды в помещении (температуры, относительной влажности, по­движности, запыленности и пр.) независимо от изменения метеоро­логических условий и интенсивности выделений теплоты и влаги в помещениях. Кондиционирование применяют в тех случаях, когда заданные параметры микроклимата в помещении не могут быть обеспечены вентиляцией.

Значение кондиционирования воздуха весьма велико. Только в условиях контролируемого микроклимата в производственных помещениях возможно получение современной качественной проду­кции в таких отраслях, как текстильная, полиграфическая, точное машиностроение, электронное приборостроение, производство ме­дикаментов и пр. Поддержание в медицинских учреждениях чисто стерильной воздушной среды с заданными температурно-влажностными условиями является необходимой составляющей успешного лечения людей. Кондиционирование воздуха имеет важное значение в обеспечении безотказной работы ЭВМ, при выполнении исследо­ваний в области биологии, химии, при работе с радиоактивными веществами, при хранении культурных и исторических ценностей, измерительных эталонов.

Применение кондиционирования воздуха в нашей стране имеет специфику, обусловленную большим разнообразием климата. По экстремальным теплым и холодным условиям, по различной про­должительности теплого и холодного периодов наша страна от­личается от многих государств и поэтому необходим широкий диапазон решений, позволяющих поддерживать необходимый мик­роклимат в зданиях, находящихся в различных климатических районах страны.

Классификация и общее устройство систем кондиционирования воздуха

По назначению кондиционирование воздуха делится на ком­фортное и технологическое.

Комфортное кондиционирование воздуха предназначено для создания микроклимата, оптимального для жизнедеятельности людей. Отклонение параметров воздуха от заданных при комфорт­ном кондиционировании, как правило, составляет по температуре ±1,0 ⁰С, по относительной влажности ±7%, по подвижности воз­духа +0,1 м/с в течение года в среднем от 100 до 450 ч.

Технологическое кондиционирование обеспечивает необ­ходимые условия для технологических процессов. Система кондици­онирования (СКВ) включает воздухоприготовительное устройство (кондиционер), сеть воздуховодов и сетевое оборудование (довод­чики, воздухораспределители, шумоглушители, средства автомати­ческого регулирования).

По характеру связи с обслуживаемым помещением СКВ раз­деляются на центральные и местные. По схеме обработки воздуха СКВ разделяют на прямоточные и на рециркуляционные. Кондици­онеры бывают неавтономные и автономные.

Неавтономные кондиционеры не имеют источников холода в составе их конструкций. Они представляют собой разборные (сек­ционные) и неразборные (шкафные) агрегаты, к которым необ­ходимо подводить холодо- и теплоноситель. Секционные неавто­номные кондиционеры поступают на место монтажа в разобранном виде (посекционно). Широкое распространение получили централь­ные неавтономные кондиционеры типа КТЦ воздухопроизводительностью от 7 до 250 тыс. м3/ч (рисунок 69). К неавтономным кондиционерам можно отнести различного рода доводчики, назна­чение которых состоит в том, чтобы «доводить» до требуемых параметров воздух, поступающий в помещение из центральных СКВ.

Автономные кондиционеры (рисунок 70) характеризуются наличием источника холода (холодильной машины). К ним должны быгь подведены электроэнергия для привода компрессора холодильной машины, вентилятора и для нагрева воздуха в электрокалорифере, а также воды или воздуха для охлаждения конденсатора холодильной ма­шины. В последнее время широкое распространение получили СКВ на базе раздельных автономных кондиционеров (сплит-системы) зарубежного производства. Холодильный агрегат этих кондиционе­ров обычно размещают на наружной стороне стены, а воздухообрабатывающую его часть - в обслуживаемом помещении. Компрес­сор этих кондиционеров охлаждается уличным воздухом. В качестве хладагента используют газ фреон.

Рисунок - 69 Центральный кондиционер типа КТЦ

1 — приемный клапан; 2 — секция обслуживания; 3 — подставка, 4 — калориферы первого подогрева; 5 — проходной клапан; б — смесительная секция; 7 — камера орошения, 8 — секция воздушного фильтра, 9 — калориферы второго подогрева, 10 — переходная секция к вентилято­ру, 11 — вентиляционный агрегат, 12 — электродвигатель, 13 — виброамортизары, 14 — гиб­кая вставка, 15 — воздуховод приточного воздуха, 16—рециркуляционный воздуховод; 17 — воздуховод первой рециркуляции воздуха

Рисунок - 70 Местный автономный кондиционер:

1 — осевой вентилятор; 2 — электродвигатель; 3 — воздушный клапан; 4 — радиальный вентилятор,5 — испаритель; б — жалюзи; 7 — диафрагма; 8 — пульт управления; 9 —капилляр 10 — датчик; 11 — маслоотделитель; 12 — компрессор; 13 — конденсатор

Установка для кондиционирования воздуха, называющаяся кондиционером, состоит из отдельных конструктивных элементов, в которых воздух подвергается всем необходимым видам обработки. Так, воздух нагревается обычно пластинчатыми или навивными калориферами, которые в качестве теплоносителя используют горячую воду или пар. Для охлаждения воздуха применяются поверхностные и контактные охладители.

Поверхностные воздухоохладители состоят из стальных труб, по которым пропускается либо холодная вода, либо один из двух хладагентов - аммиак или фреон. Воздух, обтекая трубы и соприкасаясь с их поверхностью, отдает им тепло. Температура его при этом снижается, т.е. воздух охлаждается.

В тех случаях, когда поверхность труб будет иметь температуру ниже температуры точки росы воздуха, на ней начнут образовываться капельки конденсационной воды, и воздух будет не только охлаждаться, но и осушаться.

Наибольшее применение при кондиционировании воздуха получили контактные воздухоохладители. Контактный воздухоохладитель представляет собой изолированную камеру, в которой при помощи разбрызгивающих воду форсунок образуется дождевое пространство. Воздух, проходящий через это пространство, охлаждается в результате непосредственного сопротивления (контакта) с охлажденной водой.

Рисунок - 71 Пластинчатый калорифер

Рисунок - 72 Навивка стальной ленты на трубки спирально-навивного калорифера

В зависимости от обработки воздуха встречаются прямоточные кондиционеры, работающие только на наружном воздухе, и кондиционеры, совмещающие работу на наружном воздухе с рециркуляцией. Прямоточные кондиционеры применяются в тех случаях, когда рециркуляция воздуха не допускается в связи с наличием в помещениях болезнетворных микроорганизмов, ядовитых газов, пыли и пр.

Для очистки от пыли как для наружного, так и рециркуляционного воздуха в кондиционерах чаще всего применяется масляный самоочищающийся фильтр (рисунок 73).

Установки для кондиционирования воздуха могут обслуживать одно помещение или группу помещений.

Различают системы центрального и местного кондиционирования воздуха. Установки для систем центрального кондиционирования обычно имеют большую производительность по воздуху (от 10 тыс. м³/ч и более). В них основной кондиционер, как правило, располагается в изолированном помещении (вне обслуживаемых помещений). Обработанный воздух распределяется по вентилируемым помещениям воздухоразводящими каналами.

Системы местного кондиционирования имеют небольшую производительность по воздуху (от 0,5 до 5 тыс. м³/ч). В них кондиционер часто располагается в обслуживаемом помещении.

Рисунок - 73 Самоочищающийся масляный фильтр 1 – каркас; 2 – цепь; 3 – шторка из стальной сетки; 4 – зубчатый валик; 5 – ванна; 6 – бункер для шлама

Иногда в больших общественных и производственных зданиях применяется смешанная система кондиционирования воздуха, состоящая из центрального кондиционера и связанной с ним группы кондиционеров, размещенных вблизи обслуживаемых ими помещений. В центральном кондиционере воздух проходит первичную обработку, а в остальных кондиционерах он обрабатывается до параметров, требуемых в том или ином помещении.

Кондиционеры могут быть круглогодичного и периодического действия. Последние носят название сезонных.

Летом в сезонных кондиционерах воздух очищается, охлаждается и осушается, а зимой очищается, нагревается и увлажняется. Кондиционеры круглогодичного действия применяются для выполнения всех перечисленных функций.

По степени использования рециркуляционного воздуха центральные системы подразделяются на прямоточные, обрабатывающие лишь наружный воздух, и на работающие с рециркуляцией, т.е. с подмешиванием внутреннего воздуха к наружному воздуху до его увлажнения и после увлажнения.

Наибольшее применение получили системы центрального кондиционирования с обработкой воздуха в так называемом форсуночном кондиционере. В форсуночном кондиционере, так же как и в контактном воздухоохладителе, имеется оросительная камера с распыливающими воду форсунками. Воздух, проходя через дождевое пространство оросительной камеры, соприкасается с каплями распыленной воды и увлажняется.

Рисунок - 74 Центральная камера кондиционирования

На рисунке 74 показана общая схема форсуночного кондиционера с двумя рециркуляциями воздуха.

Наружный воздух через жалюзи 1 воздухозаборного устройства и утепленный клапан 2 поступает на воздушный фильтр 3, где очищается от пыли.

Далее, в зимний период времени воздух нагревается в калориферах первого подогрева 4, которые имеют обводный канал с клапаном 5 для пропуска воздуха помимо калорифера. К подогретому наружному воздуху при открытом дроссель-клапане 6 подмешивается воздух, поступающий из кондицируемого помещения, т.е. происходит первая рециркуляция 7. Для выравнивания воздушного потока и во избежание выхода водяных капель из оросительной камеры 8 служит сепаратор (каплеотделитель) 9. Для распыления воды в камере используются форсунки 10.

Разбрызгиваемая вода собирается в поддоне 11, расположенном в нижней части оросительной камеры. Поддон соединен сливной трубой 12 с водяным фильтром 13. Из водяного фильтра вода забирается насосом 14 и, пройдя дополнительную очистку на бутылочных фильтрах 15, поступает опять в форсунки. После оросительной камеры и второго оператора 16 к увлажненному воздуху при открытом дроссель-клапане 17 снова подмешивается воздух, поступающий из обслуживаемого помещения, т.е. происходит вторая рециркуляция 18.

Далее воздух вторично нагревается калориферами второго нагрева 19, имеющими обводной клапан 20, а затем поступает к вентилятору 21, которым подается через распределительный воздуховод 22 в кондиционируемое помещение.

Летом калориферы первого и второго нагрева, как правило, не работают, но в отдельных случаях калориферы второго нагрева могут быть использованы для подогревания воздуха, сильно охлажденного после прохода через оросительную камеру. В этот период к форсункам оросительной камеры по трубопроводу 23 от холодильной установки подается охлажденная вода, имеющая температуру ниже температуры точки росы обрабатываемого воздуха. Таким образом осуществляется не только охлаждение, но и осушка воздуха.

Температуру поступающей в форсунки воды изменяют путем смешения воды, поступающей от холодильной установки, с водой, поступающей из поддона оросительной камеры после ее очистки на фильтрах. Поступление той или другой воды регулируется трехходовым краном 24.

Для других систем кондиционирования воздуха - прямоточных и с одной рециркуляцией воздуха - рассмотренная схема кондиционирования в принципе сохраняется, но в прямоточной системе будут отсутствовать первая и вторая рециркуляции воздуха, а в системах с одной рециркуляцией сохранится лишь одно первое поступление внутреннего воздуха в кондиционер.

Выбранная схема обработки воздуха в кондиционере должна соответствовать требуемому тепловлажностному режиму воздуха в помещении и расчетным параметрам наружного воздуха.

Как указывалось ранее в местных системах кондиционирования воздуха кондиционер (рисунки 75, 76) обычно расположен в самом кондиционируемом помещении. По этим соображениям местные кондиционеры изготовляют небольших размеров, комплектными и оформленными так, чтобы их внешний вид не ухудшал общего интерьера помещения, где их устанавливают.

Местные кондиционеры размещают или открыто - под окнами, или встраивают в подоконные простенки. Кондиционеры небольшой производительности (для летнего времени) можно размещать непосредственно в окнах.

Отечественная промышленность изготовляет как неавтономные, так и автономные местные кондиционеры. Общим признаком неавтономных местных кондиционеров служит наличие в здании общего централизованного источника теплохладоснабжения, от которого к поверхностному теплообменнику местного кондиционера по трубам подается горячая или холодная вода.

В отличие от неавтономных автономные кондиционеры имеют свои холодильные машины и не зависят от постороннего источника теплохладоснабжения.

Местные кондиционеры подразделяются на сезонные и круглогодичного действия. В круглогодичных кондиционерах иногда (в переходный период времени года) холодильное оборудование используется и для нагревания воздуха. В этих случаях холодильные машины отбирают тепло от водопроводной или артезианской воды.

Рисунок - 75 местный комнатный кондиционер для летнего времени 1 – корпус с теплозвуковой изоляцией; 2 – фреоновый компрессор; 3 – конденсатор; 4 – теплообменник; 5 – электродвигатель; 6 – осевой вентилятор; 7 – центробежный вентилятор; 8 – фильтр; 9 – жалюзийная решётка; 10 – приточная регулирующая решётка; 11 – терморегулятор воздуха, воздействующий на пускатель электродвигателя

Рисунок - 76 Местный автономный кондиционер «Харьков» 1 – корпус с теплозвуковой изоляцией; 2 - компрессор; 3 – конденсатор; 4 – электродвигатель; 5 - центробежный вентилятор; 6 – осевой вентилятор; 7 – калорифер; 8 – разводка хладогена; 9 – 4-х ходовой клапан охлаждения или нагрева воздуха; 10 – воздухозаборная решётка; 11 – ячейка масленого фильтра; 12 – приточная решётка

На рисунке 75 изображен автономный оконный кондиционер для летнего времени. Он имеет небольшую производительность по воздуху (всего 400 м³/ч) и находит применение в жилых и некоторых общественных зданиях.

Этот кондиционер разделен перегородкой на воздухоохлаждающее и машинное отделения. Устанавливают его в нижней части окна или в проеме стены так, чтобы компрессор, работающий на фреоне, конденсатор и центробежный вентилятор (машинная часть) выступали наружу.

На рисунке 76 показана схема автономного кондиционера “Харьков”, имеющего форму шкафа. Он предназначается для небольших залов, лабораторий, кафе и других помещений площадью 100 м³. В летнее время он охлаждает и частично осушает воздух. В переходное время его можно переключать на подогрев воздуха при условии, что температура воды, входящей в кондиционер, будет не ниже 20⁰С.

Этот кондиционер также разделен поперечной перегородкой на машинное и воздухообрабатывающее отделения. Воздух засасывается центробежным вентилятором через отверстие в стенке кондиционера и, пройдя через воздушный масляный фильтр и испаритель, нагнетается через жалюзийную решетку в помещение.

Температура поступающего в помещение воздуха поддерживается постоянной при помощи автоматической регулировки.

Переключение кондиционера с летнего режима охлаждения воздуха на переходной режим подогрева воздуха осуществляется поворотом ручного четырехходового крана на режим нагревания воздуха.

В этом случае роль испарителя выполняет конденсатор. Тепло, необходимое для испарения хладагента (фреона), воспринимается через стенки трубок конденсатора от протекающей по ним воды. Воздух, проходящий через испаритель-конденсатор, нагревается и поступает в помещение подогретым. Производительность этого кондиционера по воздуху составляет 1500 м³/ч; по холоду и теплу - 6000 ккал/ч. Мощность электродвигателя вентилятора равна 0,25 квт, а мощность электродвигателя компрессора 2,8 квт. Агрегат имеет высоту 1990, ширину 950 и глубину 600 мм. Расход воды на охлаждение конденсатора холодильной машины равен 1200 кг/ч. Общий вес кондиционера (без воды) составляет 500 кг.