Дисципліни:

Кондиціювання повітря


« Лекції з дисципліни «Інженерні мережі та комунікації»

Завданням кондиціювання повітря є підтримання стану повітряного середовища в приміщеннях у відповідності з потребами людей або іноді технологією виробництва. В деякій мірі це завдання вирішує система вентиляції, яка розрахована на асиміляцію і видалення шкідливостей, які знаходяться в приміщенні. Однак вентиляція, якщо вона не має спеціальних пристроїв, не може забезпечити підтримання заданого стану повітря в приміщеннях під час зміни умов навколишнього повітря.

Таким чином, кондиціювання повітря – це автоматичне підтримання параметрів повітря в приміщенні.

Підтримання необхідного газового складу і чистоти повітря в приміщеннях забезпечується наявністю відповідного повітряного обміну і очищенням вентиляційного повітря, підтримання необхідних параметрів температури та вологості.

Приготування припливного повітря в системах кондиціювання здійснюється в спеціальних пристроях – кондиціонерах. В кондиціонерах може здійснюватись нагрівання повітря, охолодження, зволоження, осушення або комбінацію деяких з цих процесів. Тому в кондиціонерах можуть встановлюватись нагрівачі повітря, охолоджувачі повітря, камери зрошення повітря водою та інші пристрої.

В загальному випадку система кондиціювання повітря складається з (рис. 15):

• кондиціонера, який призначений для оброблення повітря;

• мережі повітропроводів для забирання та розподілення повітря;

• агрегатів для транспортування повітря (вентиляторів, електродвигунів);

• системи теплопостачання та постачання холодного повітря;

• регулювальні та запірні пристрої на повітропроводах;

• системи автоматичного регулювання, блокування, захисту калориферів від замерзання тощо.

За призначенням системи кондиціювання бувають:

- комфортні;

- технологічні;

- комфортно-технологічні.

Комфортні – призначені для забезпечення оптимальних санітарно-гігієнічних умов для людей і застосовуються в житлових, громадських та промислових будівлях.

Технологічні – повинні забезпечити підтримання в промислових приміщеннях умов, які необхідні для виконання технологічних процесів, надійності роботи обладнання, зберігання виробів тощо.

Комфортно-технологічні – забезпечують необхідні параметри повітряного середовища для людей і технологічного обладнання.

Типова   схема   системи   кондиціювання

Рис. 15. Типова схема системи кондиціювання: 1 – пристрій для забору зовнішнього повітря; 2 – шахта і канали для подавання зовнішнього повітря в кондиціонер; 3 – кондиціонер для оброблення припливного повітря; 4 – вентилятор; 5 – електродвигун; 6 – повітропроводи з пристроями для роздавання приливного повітря; 7 – повітропроводи для видалення повітря; 8 – пристрій для викиду повітря; 9 – трубопровід для подавання повітря від системи теплопостачання; 10 – зворотній трубопровід системи теплопостачання; 11 – трубопровід для подавання повітря від системи, що постачає холодне повітря; 12 – зворотній трубопровід системи, що постачає холодне повітря; 13 – приміщення яке обслуговують; 14 – повітропровід рециркуляційного повітря; 15 – запірно-регулювальна апаратура

За сезонністю забезпечення необхідних параметрів повітря в приміщеннях системи кондиціювання ділять на:

• такі, що забезпечують відповідні режими протягом року;

• сезонні такі, що забезпечують відповідні режими в один з періодів.

За місцем оброблення повітря системи кондиціювання можуть бути:

- центральними;

- місцевими;

- комбінованими (багатозональними).

В центральних системах повітря обробляють в кондиціонерах, які розташовують в окремих приміщеннях і по системі повітропроводів подається в приміщення, які необхідно обслуговувати.

В місцевих системах кондиціонери розташовують в приміщенні, які вони обслуговують.

У великих громадських та промислових будівлях інколи застосовують комбіновані (багатозональні) системи. В цьому випадку первинне оброблення повітря здійснюється в центральних кондиціонерах, а приведення параметрів припливного повітря у відповідності з вимогами до кожного приміщення – в місцевих довідниках.

В однозональних системах оброблення зовнішнього повітря до необхідних параметрів здійснюється в центральному кондиціонері. Таку схему можна застосовувати у випадках, коли у всі приміщення можна подавати повітря з однаковими параметрами.

За принципом централізації систем тепло- та холодопостачання системи кондиціювання повітря ділять на:

• автономні;

• неавтономні.

В автономних системах кожен кондиціонер має свою систему тепло- та холодопостачання, а в неавтономних системах – тепло та холод готують централізовано і по трубах підводять до кондиціонерів.

Залежно від використання зовнішнього і рециркуляційного повітря з приміщень системи кондиціювання повітря є:

- прямоточні;

- з рецилькуляцією повітря.

В прямоточних системах використовують лише зовнішнє повітря, яке обробляється в кондиціонері, подається в приміщення і після оброблення викидається назовні. В системах з рецилькуляцією повітря в кондиціонер надходить зовнішнє повітря і повітря з приміщень. Після оброблення суміш подається в приміщення, звідки повітря частково викидається назовні, а частково знову подається в кондиціонер на рециркуляцію. Існують системи де використовують тільки рециркуляційне повітря з приміщень, яке після оброблення в кондиціонері знову надходить в приміщення.

Камери зрошення

В системах кондиціювання широке розповсюдження отримало оброблення повітря водою, яка базується на тому, що під час контакту повітря з відкритою поверхнею води відбувається перенесення маси речовини (вологи) і теплоти, яка супроводжується зміною його стану (тепло та волога).

Перенесення вологи відбувається внаслідок її випаровування з відкритої поверхні води або конденсація з повітря біля поверхні води. Відповідно вологість повітря збільшується або зменшується.

Напрямок перенесення вологи залежить від кількості водяної пари в повітрі і температури поверхні води. Коли температура поверхні води нижче ніж температури точки роси повітря, останній під час дотикання до води охолоджується і водяна пара перетворюється в конденсат, який випадає з повітря в воду. Внаслідок цього повітря осушується.

Якщо ж температура поверхні води вище точки роси повітря, то буде відбуватись зворотній процес, який приводить до випаровування води і зволоження повітря.

В повітряних охолоджувачах вода розбризкується з форсунок на робочу поверхню охолоджувача і стікаючи по ній в піддон, отримує таку ж температуру, що і робоча поверхня. Тому зрошення поверхні труб можна здійснювати циркуляційною водою з піддона.

Осушення повітря

В кондиціонерах застосовують сорбенти для поглинання вологи і глибокого осушення повітря, а також у випадках, коли необхідно осушити повітря без його охолодження.

В якості сорбентів використовують:

• тверді поглиначі вологи (адсорбенти), які під час поглинання вологи не змінюють свій агрегатний стан (різноманітні гелі);

• рідкі поглиначі (абсорбенти) – розчини літій хлориду, кальцій хлориду, літій броміду тощо;

• твердо-рідкі поглиначі, які переходять в процесі сушіння повітря з твердого стану в рідкий (кристалічний кальцій хлорид і літій хлорид).

Тверді поглиначі застосовують частіше, з них найбільш активним є силікагель, який має розвинуту мережу капілярів, об’єм яких складає 70 % від загального об’єму гелю. Дещо меншу поглинальну властивість має алюмогель.

Осушення повітря адсорбентами супроводжується його нагріванням. За допомогою гелів можна отримати кінцеве осушення повітря менше 1 г/кг.

Осушення повітря рідкими сорбентами в системах кондиціювання може забезпечити його оброблення по всіх параметрах (теплоти та вологості) в великому діапазоні при високій економічній ефективності. Осушення повітря може йти при високих температурах розчину абсорбенту (до + 200С), що дозволяє використовувати воду з природних джерел без охолодження в холодильних установках. Однак при цьому виникають деякі труднощі із захистом камер зрошення від корозії, тому метод із використанням рідких сорбентів не має широкого розповсюдження.

Охолодження систем кондиціювання повітря

Для охолодження повітря в кондиціонерах використовують природні та штучні джерела холоду.

Природні джерела холоду це:

- артезіанська вода;

- вода холодних рік і озер;

- лід;

- природне випаровування води в установках випарного охолодження.

Використання артезіанської води, а також води холодних рік і озер економічно доцільно використовувати, якщо їх температура дозволяє отримати необхідні параметри повітря при нагріванні води в кондиціонері не менше ніж на 30С.

Із артезіанської свердловини холодну воду подають в кондиціонер (в камеру зрошення або в поверхневий охолоджувач повітря). Вода, яка в кондиціонері нагрілась може використовуватись для технічних потреб, викидатись в каналізацію, або повертатись в товщу земних порід, де вона знову набуває властивостей артезіанської.

Води холодних рік та озер (як правило в гірських районах) за своїми якісними показниками наближаються до артезіанських.

Лід для використання в системах кондиціювання заморожують товщиною 2,5…3 м в зимовий період і закривають шаром теплоізоляції для зберігання в теплу пору року. Охолодження води льодом здійснюється в спеціальних теплообмінниках або танках, через які пропускають воду, яку необхідно охолодити.

Охолодження води в системах випарного охолодження (градирні, камери зрошення тощо) відбувається за рахунок віддавання скритого тепла під час її випаровування в повітрі. Охолоджена таким чином вода використовується в системі кондиціювання.

Системи випарного охолодження ефективні в районах з сухим і жарким кліматом. Однак охолодження води, яке досягається в системах випарного охолодження, як правило недостатньо для охолодження повітря до необхідних параметрів. Тому системи випарного охолодження, як правило використовують в поєднанні з системами штучного постачання холоду для відведення тепла від конденсаторів холодильних машин. У цьому випадку, воду яку подають в кондиціонер, охолоджують в холодильних машинах.

Штучні джерела холоду – це холодильні установки:

компресійні;

абсорбційні;

пароежекторні.

Найширше використання отримали компресійні холодильні машини. В якості холодильних агентів використовують рідини, які киплять в випарнику при температурі, що забезпечує охолодження середовища від якого повинна бути відведена теплота до потрібної температури. До таких рідин відносяться:

- фреон;

- амоніак тощо.

Найбільше розповсюдження для систем кондиціювання повітря отримали фреонові холодильні машини. У випадку застосування амоніаку через його отруйність застосовують двоконтурне охолодження. У випарнику де розташований амоніак повинен охолоджувати проміжний холодоносій (вода, соляний розчин). Охолодження холодоносія, який використовується в додатковому теплообміннику, відбувається в додатковому теплообміннику, що встановлений в системі постачання холоду.

В систему постачання холоду часто включають декілька холодильних установок, що забезпечує можливість роботи їх на оптимальних режимах залежно від необхідної потреби в холоді під час різних періодів.

Системи постачання холоду можуть мати акумулятори холоду, які необхідні для економічної роботи холодильних машин. В цьому випадку холодильні машини можуть працювати періодично на найбільш оптимальних режимах, створюючи запас холоду в акумуляторі на деякий період роботи кондиціонерів.