ОСНОВЫ ТЕОРИИ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
Дальневосточный государственный технический
рыбохозяйственный университет
Кафедра холодильной техники, кондиционирования
и теплотехники
Дуболазова Л.В.
ОСНОВЫ ТЕОРИИ
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ
ВОЗДУХА
Рекомендовано Дальневосточным региональным учебно-методическим
центром (ДВ РУМЦ) в качестве учебного пособия для студентов
специальности 140504.62 «Холодильная, криогенная техника и
кондиционирование» вузов региона
Владивосток
Дальрыбвтуз
2011
УДК 628.84(07)
ББК 38.762.3
Д 796
Рецензенты:
к.т.н., доцент, зав. кафедрой Теплогазоснабжения и вентиляции
ДВГТУ
А.С. Штым
Ректор Дальневосточного института повышения квалификации руководящих работников и специалистов рыбной промышленности и хозяйства, профессор И.И. Вагабов
Зав. кафедрой Судовых энергетических установок Дальрыбвтуза
д.т.н., профессор, С.В. Чехранов
Дуболазова Л.В.
Д796 Основы теории кондиционирования воздуха:
Уч. пос. Владивосток: Дальрыбвтуз, 2011. 154 с.
ISBN
В учебном пособии изложены основные свойства влажного воздуха, рассмотрены комплектовочные агрегаты систем кондиционирования
воздуха, краткая история создания систем кондиционирования, расчет
и подбор оборудования, процессы построения изменения состояния
воздуха на i-d диаграмме влажного воздуха.
Учебное пособие предназначено для подготовки студентов специальности 140504.62 «Холодильная, криогенная техника и кондиционирование» всех форм обучения.
© Дуболазова Л.В., 2011
© Дальневосточный государственный
технический рыбохозяйственный
университет, 2011
ВВЕДЕНИЕ
Во все времена человек стремился создать для себя наиболее
комфортную среду обитания. Современные условия для работы и отдыха в помещениях должны соответствовать определенным температурам, относительной влажности и скорости движения потока воздуха,
которые предусматриваются санитарными нормами и СНИПами.
Для создания определенного микроклимата в тех или иных помещениях применяют системы кондиционирования воздуха и вентиляции.
Все работы по подбору и установке систем проводят в соответствии с
требованиями нормативно-технической документации.
Цель пособия – ознакомить студентов с основными понятиями и
классификацией систем кондиционирования воздуха, принципами работы, условиями подбора и характеристиками оборудования, расчетом
теплопоступлений, влагопоступлений в помещения, и другими вопросами по свойствам влажного воздуха и его фильтрации.
1. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ СИСТЕМ
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
В июле 2012 г. инженерные сообщества отметят очередную 110 годовщину кондиционеростроения. Без кондиционирования воздуха сегодня немыслимо обеспечение технологических параметров большинства
отраслей промышленного производства, невозможно создание комфортных условий для труда и отдыха людей.
Уже с древних времен можно наблюдать попытки кондиционирования воздуха. Человек всегда приспосабливался к окружающему миру:
еще в доисторическое время, находясь в пещере, он защищал себя не
только от врагов, но и от ветра, дождя, снега, солнца и других климатических условий.
Например, жители древней Индии клали на подоконники своих жилищ травяные циновки, смоченные водой. Испаряясь, вода охлаждала
поступающий в помещение воздух.
В Персии (древнем Иране) существовал обычай накрывать палатки (шатры) мокрым войлоком.
Постоянные жилища строились наполовину уходящими под землю,
их стремились расположить вблизи источников воды. Воду направляли
так, чтобы она падала прямо перед входом в небольшой водоем, над
которым устанавливали вентиляционную колонну для отвода теплого
сухого воздуха. Воздух над водой охлаждался, отдавая часть своей
теплоты на испарение воды, и увлажнялся, создавая прохладу.
В древнеиндийском городе Мохенджо-Даро (2-3 тысячелетие до н.э.)
строились высокие дома без окон, на плоских крышах которых находились устройства для улавливания ветра в виде шкафов с отверстиями,
обращенных в сторону моря. Отверстия снабжались простейшими клапанами, которые открывались либо закрывались в зависимости от силы
и направления ветра. Таким образом, воздух поступал в низкий чердак,
где находились плоские чаны с водой. Здесь горячий сухой воздух, контактируя с поверхностью воды, охлаждался за счет испарительного
эффекта, а затем по каналам в толстых стенах опускался в помещения.
В низких постройках летом в качестве двери использовался каркас,
обвитый индийской кокосовой пальмой – тати (трава, обладающая капиллярными свойствами). Сверху устраивалась посудина, которая
медленно заполнялась водой за счет его подъема по капиллярам татти.
При достижении определенного уровня заполнения посудина опрокидывалась, орошая водой дверь, и возвращалась в исходное вертикальное положение. Цикл многократно повторялся.
Как в Персии, так и в Индии испарение применялось для получения льда. В земле, в неглубоких ямках, заполненных соломой (для изоляции), устанавливали плоские емкости с водой. Ночью за счет испарения и радиационного теплообмена образовывался лед толщиной 1,5
дюйма даже при температуре 6 °С.
В Японии зародился и продолжает использоваться в императорской столице Киото прием испарительного охлаждения «uchimizu»,
орошение водой крыш домов, тротуаров.
Одесский оперный театр, построенный в 1887 г., тоже имел систему охлаждения воздуха. В ней использовался аккумулятор холода в
виде шахты, углубленной в землю на 11 м, в которую летом сбрасывали лед (вперемежку с соломой). Шахта соединялась с вентиляционным
каналом, вымощенным базальтовыми камнями. Холодный воздух за
счет естественной тяги поднимался в театральный зал, где он распределялся под каждое сидение.
Слово «кондиционер» по историческим данным впервые было
произнесено ещё в 1815г., когда француз Жан Шабаннес получил британский патент на «метод кондиционирования воздуха и регулирования
температуры в жилых и других зданиях». Практическое применение
этого метода осуществилось позже.
Первый кондиционер появился в 1902 г. в США, в Нью-Йорке, в
помещении Бруклинской типографии. Летом при повышенной температуре и влажности воздуха в условиях их постоянного изменения в процессе печатания не удавалось добиться качественной цветопередачи.
Инженер компании «Буффало» Виллис Хэвилэнд Кэрриер разработал
аппарат, с помощью которого стабильно обеспечивалось охлаждение и
осушение воздуха до уровня 55 % (форсуночная камера охлаждения), и
назвал свое устройство аппаратом для "третирования" воздуха. Таким
образом, первый кондиционер предназначался не для создания приятной прохлады работникам, а для борьбы с влажностью.
Также ему удалось за счет изменения температуры воды, разбрызгиваемой в поток воздуха, влиять на насыщение воздуха влагой. Охлаждение и осушение воздуха в одном аппарате позволило контролировать температуру и относительную влажность в производственных помещениях одной из книгоиздательской компании в Бруклине и обеспечить качество четырехцветной печати.
В 1902-1903 гг. Кэрриер продолжил исследования в области осушения воздуха, занимался абсорбцией влаги с помощью водных растворов хлористого кальция.
Впервые исследовал свойства водяного пара и составил таблицы
термодинамических свойств пара в 1906г немецкий учёный Р. Молье,
построив I-x –диаграмму. В 1918 г. профессор Л.К. Рамзин обработал
таблицы Р.Молье и построил по ним I-d-диаграмму влажного воздуха,
являющейся и по сегодняшний день основной диаграммой при расчете
систем кондиционирования воздуха.
Уже в 1908 г. потребовалась не только термо- и влагообработка
воздуха, но и его очистка от пыли и других аэрозольных примесей. Возникло понятие системы кондиционирования воздуха (СКВ) – последовательной технологической цепочки аппаратов для обработки воздуха.
По схеме своей работы первые аппараты кондиционирования ничем не отличались от современных изделий. Со временем лишь менялись размеры и используемые материалы.
В те годы даже существовали водоохлаждающие машины – чиллеры, внутренние блоки-фанкойлы и нечто, напоминающее нынешний
центральный кондиционер.
Современная трактовка СКВ как системы, предназначенной для
создания и автоматического поддержания требуемых параметров воздуха, существует с 1920 года. Первые автоматизированные установки
кондиционирования воздуха появились в США, Японии и Германии на
транспорте (морские суда, поезда), круглогодичные СКВ комфортного
назначения (кинотеатры, отели, больницы и др.).
В 1921 г. был разработан холодильный турбокомпрессор.
В 1929 году конструкторы и инженеры General Electric Company создали первый в мире прототип современного бытового кондиционера
сплит-системы. Воздухоохладители сплит-систем работали на аммиаке,
пары которого небезопасны для здоровья человека, вследствие чего
компрессор и конденсатор кондиционера были вынесены на улицу и
располагались с внешней стороны здания (split – разделять, разобщать).
В 1928 году американскому химику корпорации «Дженерал Моторс» (“General Motors Research”) Томасу Мидглей-младшему удалось
выделить и синтезировать в своей лаборатории химический элемент,
получивший впоследствии название «ФРЕОН» (12), патент № 1833847
от 24 ноября 1931 года. Вещество было практически нетоксичным, негорючим и не вызывающим коррозии. Кроме того, оно обладало множеством положительных свойств, одним из которых были простота и дешевизна производства. Производство газа фреон-12 было впервые
налажено в 1930 году объединенными усилиями компаний «Дженерал
Моторс» и «Дюпон». Было введено всеобщее обозначение хладагента
буквой R (R-12). R, Refrigerat – охладитель, или хладагент. Химическое
название данного элемента дифтордихлорметан или дихлордифторметан (CF2Cl2 или CCl2F2) из группы хлорфторуглеродов ХФУ (CFC), т.е.
Фреон-12.
Несколькими годами позже, в 1932 году корпорация «Кэрриер»
начинает производство газа «Фреон-11» для своего первого бытового
кондиционера под названием “Atmospheric Cabinet” (домашний кондиционер «Атмосферный кабинет»).
И только с появлением нового газа – фреона в 1931 году началась
новая эпоха в производстве кондиционеров.
Первый автомобильный кондиционер холодопроизводительностью
0,37 кВт был создан фирмой С & С Кеlvinator Со в 1930 г. и установлен
на «кадиллаке».
В 1939 г. – разработаны СКВ для небоскребов и других целей.
Автономные кондиционеры прошли путь от моноблочных конструкций (подоконных, оконных, внутристенных) до сплит-систем, работающих по раздельной схеме.
С 1946 г. стали применяться теплонасосные схемы, появились
кондиционеры с абсорбционными холодильными машинами на газовом
обогреве, герметичные фреоновые компрессоры.
В 1958 г. японская компания Daikin разрабатывает первый тепловой насос – кондиционеры начинают не только охлаждать, но и нагревать воздух.
С 1961 г. компания Тoshiba начинает массовый выпуск Сплитсистем, кондиционеров разделенных на два блока.
В 1969 г. компания Daikin создает устройство, в котором один внешний блок обслуживает несколько внутренних, т.е. мультсплит-систему. А
уже в 1981 г. Тoshiba выпускает сплит-систему, способную плавно регулировать свою мощность, – кондиционер инверторного типа. Годом позже Daikin создает VRV-систему – многоблочное устройство кондиционирования целых зданий с микропроцессорной системой управления.
Со временем совершенствуются способы управления СКВ. Решение подачи энергосбережения обусловило переход от качественного
регулирования (системы с постоянной производительностью по воздуху) к количественному (системы с переменной производительностью).
Сегодня компания «Кэрриер» остается одной из ведущих компанийзаконодателей в области кондиционеростроения.
Главными вопросами, определяющими задачи кондиционирования
воздуха в XXI в. остаются качество воздуха в помещениях и энергосбережение. Обеспечение качества воздуха, учитывая ухудшающуюся
экологию окружающей среды, – бесспорно, основная задача, поэтому
на сегодняшний день кондиционеростроение – одна из самых динамично развивающихся отраслей.
2. ЗАДАЧИ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
И НОРМЫ КЛИМАТА
Кондиционирование воздуха – это создание и автоматическое
поддержание (регулирование) в закрытых помещениях параметров
(температуры, влажности, чистоты, скорости движения воздуха) на
определенном уровне с целью обеспечения оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей или
ведения технологического процесса.
Воздух, которым мы дышим, состоит из 21 % кислорода, 79 % азота и других газов. При снижении содержания кислорода в помещении
до 17,5 % человек не сможет прожить и нескольких минут. Азот выполняет роль растворителя, благодаря которому концентрация вдыхаемого
кислорода не слишком велика.
Решающее влияние на самочувствие человека оказывают и условия отвода непрерывно выделяемого человеком биологического тепла,
передаваемого окружающему воздуху конвекцией и радиацией через
кожный покров, благодаря которому постоянно выделяется влага.
Кроме того, в помещениях в воздухе могут выделяться неприятные
запахи, токсические газы, механические загрязнения и т.п.
Человек в тепловом отношении чувствует себя хорошо тогда, когда
от его тела при определенных параметрах воздуха отводится столько
тепла, сколько вырабатывает организм. Этот теплоотвод и должен
обеспечиваться системой кондиционирования воздуха при соответствующем регулировании режимов ее работы. Система кондиционирования так же должна обеспечивать удаление различных загрязнений
воздуха из помещений. Это достигается соответствующей очисткой,
подачей свежего наружного воздуха в необходимых количествах.
Комфортные условия для человека создаются при определенных
сочетаниях температуры помещения, относительной влажности и подвижности. Санитарные правила для морских судов, СНИП 41-01-2003
для стационарных помещений устанавливают нормы климата, в зависимости от района плавания судна или назначения того или иного помещения.
Параметры воздуха во всех помещениях, которые должна поддерживать СКВ, зависят от параметров наружного воздуха.
Задачей летнего кондиционирования является подача в помещение охлажденного и осушенного воздуха, а зимой нагретого и увлажненного.
Значение имеет и скорость его движения в помещении. С повышением скорости конвективная теплоотдача и испарение осуществляются
более интенсивно, но при больших скоростях воздуха, при которых может быть достигнуто количественное равновесие, возникает неприятное
ощущение сквозняка.
При подаче воздуха в помещение направленными струями перепад температур между подаваемым охлажденным воздухом и воздухом
в нем не должен превышать 5 °С.
Системы кондиционирования воздуха подразделяются по метеорологическим параметрам на комфортные и технологические.
Комфортные СКВ предназначены для создания и автоматического
поддержания температуры, относительной влажности, чистоты и скорости движения воздуха, отвечающих оптимальным санитарногигиеническим требованиям для жилых, общественных, производственных и административно-бытовых помещений или зданий.
Технологические СКВ предназначены для обеспечения параметров воздуха в максимальной степени отвечающих требованиям производства. Технологическое кондиционирование в помещениях, где находятся люди, осуществляется с учетом санитарно-гигиенических требований к состоянию воздушной среды.
Контрольные вопросы
1. Понятие системы кондиционирования воздуха.
2. Назначение комфортного кондиционирования воздуха.
3. Назначение технологического кондиционирования воздуха.
3. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА
3.1. Основные параметры и характеристики сухого
и влажного воздуха
Воздух является однородной смесью некоторых газов и водяного
пара. Количество водяного пара в смеси зависит от ее температуры и
состояния пара. Газы, входящие в смесь, образуют сухой воздух. Состав его сравнительно постоянен: азот – 79 %, кислород – 21 % и другие составляющие.
Рассматривая уравнение состояния влажного воздуха как смеси
идеальных газов сухого воздуха и влажного пара, получим:
Р V = G R T,
где Р – давление влажного воздуха, Па; V – объем влажного воздуха, м3;
G – вес влажного воздуха, кг; Т – температура воздуха, К; R – газовая
постоянная, равная для сухого воздуха 287,055 Дж/кг·К
Удельный объем воздуха (vо) выражает объем единицы веса воздуха м3/кг:
vо =
1
.
γt
Удельный вес воздуха (γt) выражает вес воздуха, заключенного в единице его объема, является обратной величиной удельного объема, кг/м3:
vt =
о
1  t
,
где t – коэффициент объемного расширения газа.
Теплоемкость воздуха при постоянном давлении зависит от температуры. Если температура изменяется в сравнительно узком интервале, то можно считать теплоемкость воздуха постоянной величиной. В
пределах температур от – 50 до + 50°С весовая теплоемкость (с) воздуха в среднем равна 1,0049 кДж/кг К; в то же время при давлении
0,101 МПа объемная теплоемкость воздуха со = 1,298 кДж/м3 К. Обе
теплоемкости связаны между собой соотношением
с о = с  v о.
Водяной пар
Давление насыщенного пара является функцией температуры:
Р = f (Т). Связь между Р и Т определяется эмпирическими выражениями. Для практической работы в основном пользуются специальными
таблицами, в которых приведены данные о свойствах водяного пара.
Иногда применяют приближенные эмпирические формулы. Для интервала температур между 20°С и 40°С удовлетворительный результат
дает выражение
lgР = 9,97 –
2220
Т
.
Энтальпию сухого насыщенного пара определяют по таблицам или
диаграммам. При температурах от 0 до +50°С пользуются приближенным выражением
iн = 2500+1,8tн,
где iн – энтальпия сухого насыщенного пара, кДж/кг; tн – температура
сухого насыщенного пара, К.
Энтальпия перегретого пара
iп = (2500+1,8tн) · d/1000,
где iп – скрытая теплота парообразования, кДж/кг; d – влагосодержание.
г/кг.
Из последнего выражения вытекает, что энтальпия перегретого
пара при невысоких температурах приблизительно равна энтальпии
сухого насыщенного пара той же температуры. В действительности
энтальпия перегретого пара немного выше, чем сухого.
Паровоздушная смесь
Содержание пара в единице объема воздуха или его концентрация
может быть различной: каждому значению температуры воздуха соответствует содержание пара в единице объема, при котором пар становится сухим и насыщенным. Воздух, содержащий насыщенный пар,
называется насыщенным.
Охлаждение насыщенного воздуха сопровождается образованием
тумана, т.е. сжижением части пара, содержащегося в воздухе. При
нагревании насыщенный воздух переходит в ненасыщенное состояние,
а содержащийся в нем насыщенный пар становится перегретым.
По закону Дальтона давление, или упругость, паровоздушной смеси равно сумме парциальных давлений сухого воздуха и пара, т.е.
Ро = Рс + Рп,
где Ро – давление, или упругость, паровоздушной смеси, кПа; Рс – парциальное давление сухого воздуха, кПа; Рп – парциальное давление
водяного пара, кПа.
Удельный вес паровоздушной смеси равен сумме удельных весов
сухого воздуха и пара, т.е.
vо = vс + vп.
Абсолютную влажность воздуха при полном его насыщении водяными парами при данной температуре называют влагоемкостью воздуха и обозначают н.
Относительная влажность воздуха () – отношение парциального давления водяного пара к давлению насыщенного пара при той же
температуре, выраженное в процентах (%) или долях единицы:
=
Рп
Рн
,
где Рн – давление насыщенного воздуха водяными парами, кПа.
Величину  применяют и для качественной оценки влажностного
состояния воздуха.
Воздух с  < 1 можно охлаждать до определенного предела. Если
температура снизится до значения, при котором воздух становится
насыщенным, то дальнейшее охлаждение будет сопровождаться конденсацией пара, т.е. снижением влагосодержания при сохранении значения  = 1. Температура, при которой воздух становится насыщенным,
называется точкой росы tр.
Абсолютной влажностью воздуха называют вес водяного пара,
содержащегося в 1 м3 влажного воздуха при данной температуре и
давлении.
Если при данной температуре и абсолютной влажности продолжать вводить пары, то воздух будет насыщаться до определенного
предела, выше которого водяной пар не будет усваиваться данным
объемом.
Абсолютную влажность воздуха при полном его насыщении водяными парами при данной температуре называют влагоемкостью воздуха и обозначают н.
н =
Рн
RпТ
,
где н – абсолютная влажность воздуха, кг/м3.
Влагоемкость определяют как весовое количество водяных паров,
выраженное в кг или г, содержащееся в 1 м3 влажного воздуха при полном его насыщении при данной температуре и давлении.
Количество водяного пара, содержащееся в единице паровоздушной смеси, называется весовой влажностью.
Весовое количество водяного пара в смеси с воздухом, приходящееся на единицу веса сухого воздуха, называется влагосодержанием (d).
dн = 0,622
Рн
Ро  Р н
.
Энтальпия влажного воздуха I, кДж/кг – это количество содержащегося в нем тепловой энергии, отнесенной к 1 кг сухого воздуха или к
(1 + d) влажного:
I = 1,005 · tв + (2500 + 1,8 · t) d/1000,
где св – удельная весовая теплоемкость сухого воздуха равная 1,005
кДж/кг · оС;
сп – теплоемкость водяного пара равная 1,8 кДж/кг · оС.
Температура точки росы (tр) – температура, до которой необходимо охладить ненасыщенный воздух, чтоб он стал насыщенным при
постоянном влагосодержании (d = соnst).
Температура мокрого термометра (tм) – температура, которую
принимает влажный воздух при достижении насыщенного состояния и
сохранении энтальпии (I = соnst).
Величины I, d, Рп, , t, tр – параметры состояния влажного воздуха
при определенном барометрическом давлении, характеризующие тепловые и влажностные свойства влажного воздуха. Параметры t и d могут изменяться произвольно и независимо одна от другой. Каждому конкретному сочетанию t и d соответствуют определенные числовые значения всех остальных величин: I, Рп, , tр.
3.2. d-I-диаграмма влажного воздуха
В 1906 году Р. Молье (Германия) составил таблицы и построил I-хдиаграмму, а Л.К. Рамзин в 1918 году обработал эти таблицы и построил по ним d-I-диаграмму влажного воздуха. Они отличаются только буквенными обозначениями и размерностью. Именно в I- х-диаграмме Р.
Молье впервые предложил шкалу величины ε под названием углового
масштаба.
d-I-диаграмма влажного воздуха широко используется в расчетах
вентиляции, кондиционирования воздуха, сушке и других процессах,
связанных с изменением состояния влажного воздуха. В d-I-диаграмме
(рис. 1) графически связаны все параметры, определяющие тепловлажностное состояние воздуха: I, d, t, , Рп – диаграммы построены
в косоугольной системе координат. По оси ординат отложены значения
энтальпий I, кДж/кг сухого воздуха, по оси абсцисс, направленной под
углом 135° к оси I, значения влагосодержаний d, г/кг сухого воздуха.
Поле диаграммы разбито линиями постоянных энтальпий I = соnst и
влагосодержаний d = соnst. На диаграмму нанесены также линии постоянных температур t = const.
Если какой-либо точке 1 (рис. 1), лежащей на изотерме t1 = const, соответствует энтальпия I1, графически на d-I-диаграмме эта энтальпия равна сумме трех отрезков. Размеры отрезков определяются по уравнению
I1 = 25d1 + 1005t1 + 18 · 10-3 · t1 d1.
Кроме линий постоянных I, d и t на поле диаграммы нанесены линии постоянных относительных влажностей воздуха . Если положение
изотерм t = const и изоэнтальпий I = const; в d-I-диаграмме практически
не зависит от барометрического давления Рб, то положение кривых
 = const меняется с его изменением. d-I диаграмма построена для
стандартного давления, равного 101,3 кПа.
На d-I-диаграмме обычно приводится шкала Рп, параллельная
шкале d, либо шкала Рп располагается по оси ординат с правой стороны диаграммы, в нижней части которой помещается прямая, соответствующая уравнению
Рп =
рd
0,622  d
.
В диаграмме d-I обычно приводится ее угловой масштаб в виде пучка
лучей, соответствующих направлениям процессов изменения состояния
воздуха с определенным тепловлажностным отношением, кДж/кг:
=

d
1000 = 1000
 2  1
d 2  d1
,
где I1, d1 и I2, d2 – энтальпия и влагосодержание воздуха в начальном и
конечном состояниях.
Пучок лучей (прямых) сходится в нулевой точке диаграммы, где
I = 0, d = 0, t = 0. Угловой масштаб представляется либо кругом (половиной круга) с лучами, обозначенными соответствующими значениями 
от – (вертикаль, идущая вниз от точки 0) до + (вертикаль, идущая
вверх от точки 0), либо концами лучей с соответствующими значениями 
за пределами диаграммы.
Рис. 1. Диаграмма d-I влажного воздуха
Зная начальное состояние воздуха (точка 1 в диаграмме на рис. 1)
и значение  для процесса (например,  = 4190), из точки 1 проводят
соответствующий луч процесса, на пересечении которого с линией известного параметра конечного состояния воздуха (например, d2 = соnst
или t2 = соnst) находят точку 2, характеризующую конечное состояние
воздуха.
Один из параметров состояния воздуха, температуру точки росы tросы,
находят в месте пересечения вертикали, проведенной из точки состояния воздуха вниз, с кривой насыщения  = 1,0. Выше кривой насыщения – область ненасыщенного воздуха (линии  = соnst < 1), а ниже –
область тумана.
Важной характеристикой воздуха является температура tм влажного термометра. Поэтому на d-I-диаграмме влажного воздуха наносят линии tм = соnst.
При t > 0 изотермы в области тумана идут положе изоэнтальп, а
при t < 0 – круче. Показана область смешанного тумана (поскольку для
насыщенного воздуха t = tм, то изотермы в области тумана представляются линиями tм = соnst).
Недостаток диаграммы d-I в том, что ее надо строить для определенного давления воздуха. Величины d и I уменьшаются с увеличением
давления Р. Однако влияние изменения давления воздуха на d и I
сравнительно невелико, поэтому обычно при построении диаграммы
принимают Р = 0,101 МПа и этой диаграммой пользуются также для
других несколько отличных барометрических давлений воздуха.
Все поле диаграммы линией  = 100 % разделено на две части.
Выше этой линии расположена область ненасыщенного влажного воздуха. Линия  = 100 % соответствует состоянию воздуха, насыщенного
водяными парами. Ниже этой линии расположена область перенасыщенного состояния воздуха (состояние тумана). В этой области наносят
линии процессов изменения состояния воздуха, связанных с расчетами
воздушного холодильного цикла (в турбодетандере), а также при использовании воздуха в состоянии тумана.
Каждая точка на поле диаграммы соответствует определенному
тепловлажностному состоянию воздуха. Положение точки определяется любыми двумя из пяти параметрами состояния. Остальные три параметра могут быть определены по d-I-диаграмме как производные.
Диаграмма удобна не только для определения параметров состояния
воздуха, но и для построений изменения его состояния при нагревании,
охлаждении, увлажнении, осушении, смешении, при произвольной последовательности и сочетании этих процессов.
В технике кондиционирования воздуха и в некоторых смежных отраслях техники применяют иные диаграммы.
Рис. 2. Диаграмма d-I влажного воздуха
Примером может служить I-t-диаграмма (рис. 3), в которой все
возможные состояния ненасыщенного воздуха изображают точками,
расположенными под кривой  = 1.
Рис. 3. i, t диаграмма
На рис. 4 изображена тепловая диаграмма влажного воздуха, принятая в США. Это так называемая психрометрическая диаграмма построена в системе d, t-координат по сухому термометру. В практике применения преимуществ она не имеет по сравнению с d-I и I-t-диаграммами.
Рис. 4. Психрометрическая диаграмма
Контрольные вопросы
1. Какие параметры характеризуют состояние сухого и влажного
воздуха?
2. Определение и понятие температуры влажного воздуха?
3. Понятие температуры точки росы.
4. Какие параметры влажного воздуха определяют состояние воздуха на d-I-диаграмме?
5. Какие области состояния влажного воздуха характерны в d-I-диаграмме?
4. САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
4.1. Методы определения относительной влажности
В системах вентиляции и кондиционирования воздуха чаще всего
используются простейшие измерительные приборы: термометры, манометры, гигрометры и расходомеры.
Влажность воздуха является одним из важнейших параметров, характеризующих состояние воздушной среды. Для ее определения используется ряд способов, из которых можно выделить следующие: массовый способ, способ наблюдения точки росы, гигроскопический способ, психрометрический способ.
Психрометрический способ
Психрометрический
способ
основан на использовании прибора, называемого психрометром,
который состоит из двух рядом
расположенных термометров «сухого» и «мокрого» (смоченного)
(рис. 5).
Для снижения погрешностей
шарики термометров защищены от
потоков лучистого тепла и подвергаются принудительному обдуву с
помощью осевого вентилятора.
Рис. 5. Психрометр аспирационный
Разность в показаниях «сухотипа М-34 (с электромотором)
го» и «мокрого» термометров
называется психрометрической разностью. Испарение влаги с поверхности чувствительного элемента «мокрого» термометра тем интенсивнее, чем меньше влажность воздуха, т.е. относительная влажность
воздуха зависит от психрометрической разности (tс – tм) и tс, т.е
 = f [(tс – tм), tc],
где tс, tм – температуры «сухого» и «мокрого» термометров.
Промышленностью выпускается психрометры аспирационные (Ассмана) МВ-4М с механическим и М-34 с электрическим приводами вентилятора.
По психрометрической разности (tс – tм) и температуре tс с помощью специальных таблиц или номограмм определяется относительная
влажность  воздуха.
Термометры заключены в латунные трубки с наружной зеркальной
поверхностью, которая дает возможность исключить влияние радиаци-
онного теплообмена с находящимися вблизи нагретыми или холодными
поверхностями. Через трубки у поверхности чувствительных элементов
термометров с помощью вентилятора продувается воздух со скоростью
2,5-3,0 м/с.
Термометры, используемые в психрометрах, имеют шкалы -30...+50
С с ценой деления 0,2 С. диапазон измерения относительной влажности от 10 до 100 %.
Шарик мокрого термометра обвернут гигроскопической тканью для
удержания пленки воды. Для смачивания шарика термометра используется дистиллированная вода. Если воздух не насыщен, то на поверхности шарика «мокрого" термометра происходит процесс тепло- и массообмена. Поскольку над поверхностью воды упругость паров выше,
чем в окружающем воздухе, вода испаряется, внося в воздух вместе с
собой скрытую теплоту.
От электродвигателя в отверстие засасывается воздух, который
движется по трубке, омывает поверхности обоих термометров и удаляется через отверстие. В отверстие обычно вставляют фильтр для
очистки воздуха от пыли.
Основной недостаток метода – необходимость в постоянном
увлажнении ткани влажного термометра, а также возможность быстрого
загрязнения и замены ткани. Особые трудности возникают при измерении температуры ниже 0 °С.
Гигроскопический способ
Волосяные гигрометры и гигрографы. Метод основан на способности некоторых материалов поддерживать свою влажность в равновесном состоянии с влажностью воздуха. Равновесное влажностное состояние тела есть результат поглощения влаги из воздуха (сорбции)
или испарения ее (десорбции) при колебании влажности воздуха.
При этом изменение влажности гигроскопических материалов сопровождается изменением их свойств. Они изменяют свою форму или
электропроводность.
Обезжиренная шерсть (человеческий волос), нить из капрона и др.
при колебаниях влажности воздуха деформируются (удлиняются от 2
до 2,5 %), что отражает движение стрелки гигрометра.
Главный недостаток таких гигрометров – большая инерция: они показывают завышение измеряемой величины.
Одним из вариантов гигрометра с волосяным датчиком является
полиметр. У него наряду со шкалой, фиксирующей относительную
влажность воздуха, есть шкала, позволяющая определять температуру
точки росы. Шкала показывает разность между температурой воздуха и
температурой точки росы. Из температуры, которую он показывает,
вычитают «градусы», которые определяются по дополнительной шкале
гигрометра.
На термометре кроме шкалы с градусами по Цельсию есть и шкала
в единицах давления насыщения (максимального парционального давления пара) или шкала в единицах концентрации водяного пара. Это дает возможность определить парциальное давление пара или соответственно концентрацию водяного пара.
При наладочных и исследовательских
работах по вентиляции и кондиционированию
воздуха часто используют самопишущие
приборы – гигрографы (рис. 6), которые регистрируют относительную влажность воздуха в
течение длительного времени.
Промышленностью
выпускаются
гигрографы двух типов: М-21 и М-31.
Рис. 6. Гигрограф М21А
Приборы обеспечивают непрерывное
измерение и запись относительной влажности воздуха в пределах 30-100
% при температуре 35…+45 °С. Запись показаний прибора производится
на диаграммной ленте.
Гигрометр точки росы
Метод основан на равномерном охлаждении влажного воздуха при
неизменном общем давлении: парциальные давления сухого воздуха и
водяного пара неизменны в течение процесса охлаждения вплоть до
состояния насыщения. Это состояние определено температурой насыщения – температурой точки росы tP.
Зная температуру точки росы и используя таблицы для водяного
пара, находят парциальное давление водяного пара и остальные гигрометрические величины.
В процессе охлаждения металлического зеркала, которое находится в контакте с потоком влажного воздуха, при определенной температуре зеркала на его поверхности образуется конденсат в виде мелких
капелек воды или инея.
Осредненное значение температур зеркала, при котором происходит
образование или исчезновение конденсата, принимается за измеренную tP.
Для охлаждения зеркала используются соответствующие охлаждающие рабочие тела или термоэлектрическое охлаждение по принципу эффекта Пельтье. Для измерения температуры используются
термопары, термометры сопротивления или термисторы.
Точность измерения зависит от скорости охлаждения и состояния
поверхности зеркала.
Недостаток: необходимо периодически очищать поверхность зеркала
и конструкции (наличие приспособлений для охлаждения, обогревания).
Основное достоинство гигрометра: хорошие метрологические характеристики при низких температурах.
Гигрометр точки росы с хлоридом лития
В них используется особенность солей: при одинаковой температуре парциальное давление водяного пара над поверхностью раствора
ниже давления насыщения водяного пара над поверхностью чистой
воды.
В случае контакта ненасыщенного влажного воздуха с поверхностью насыщенного раствора соли, произойдет абсорбция водяного пара из влажного воздуха. Однако нагревом малого количества раствора
по отношению к большему количеству воздуха можно добиться состояния равновесия.
При определенной температуре насыщенный раствор соли находится в равновесии с водяным паром влажного воздуха и можно определить влажность воздуха.
Чаще всего используется водяной раствор хлористого лития
LiCI ·Н2О (моногидрат).
Созданный по этому принципу датчик гигрометра состоит из тонкой
ткани, обмотанной вокруг чувствительного элемента термометра сопротивления и пропитанной раствором хлористого лития. Вокруг гигроскопической ткани с определенным интервалом намотаны два металлических электрода.
Шкала градуирована в соответствии с гигроскопическими свойствами LiCI в приборе. На пластину из пластмассы укреплены золотые
или позолоченные проводники тока. На поверхность проводников и
свободную поверхность нанесен слой LiCI. Когда воздух абсолютно сух,
то соль является непроводником и электрический ток не проходит. При
повышении влажности воздуха соль насыщается влагой и начинает
проводить ток. Чем больше влаги абсорбируется солью, тем выше проводимость и тем больше ток, проходящий между электродами. Элемент
может быть включен в систему моста, поэтому прибор используют для
автоматического регулирования влажности воздуха.
Рис. 7. Гигрометр
Для определения влажности воздуха методом
точки росы применяют гигрометры (рис. 7).
Основными элементами прибора являются два
термометра, шарики которых заключены в тонкостенные металлические резервуары. Наружные поверхности резервуаров отполированы до зеркального блеска
для защиты термометров от теплового облучения.
Свободное пространство левого резервуара заполнено эфиром; в верхнюю крышку его впаяны две
трубки, одна из которых не достигает дна. В эту трубку резиновой грушей нагнетается воздух. Пузырьки
воздуха, подымающиеся в жидком эфире, вызывают
интенсивное испарение эфира и, следовательно,
охлаждение его.
Воздух, прошедший через слой эфира, выходит наружу через вторую трубку. Когда температура наружной поверхности резервуара понизится до значения точки росы воздуха, омывающего эту поверхность,
на ней образуются капли конденсата, выпавшего из воздуха. Показание
левого термометра в момент начала затуманивания зеркальной поверхности и есть точка росы воздуха tр.
По таблице водяного пара находят величину упругости насыщенного пара для tр и tн (показания термометров) и определяют
=
Рр
Рн
.
Метод точки росы менее точен, чем психрометрический. Термометр показывает температуру испаряющегося эфира, которая ниже
температуры поверхности левого резервуара. Кроме того, определение
момента начала выпадения конденсата зависит от наблюдателя.
Весовой метод (массовый, абсолютный)
Самым точным и строгим методом определения влажностного состояния
воздуха является весовой (абсолютный) метод. Исследуемый воздух просасывается вентилятором В (рис. 8) через несколько последовательно соединенных Uобразных трубок, заполненных веществом, способным поглощать водяной пар
(хлористый кальций, фосфорный ангидрид и др.). Трубки с наполнителем предварительно тщательно взвешивают на аналитических весах.
Рис. 8. Измерение влажности воздуха весовым методом
После того как через трубки пройдет определенное количество
воздуха V, их снова взвешивают. Разность между первым и вторым
взвешиванием представляет собой количество водяного пара, содержащегося в пропущенном через V-образные трубки объеме воздуха,
который измеряется газовым счетчиком C. Если измеренный объем
воздуха равен V, м3, а разность показаний весов g, кг, то объемная
влажность воздуха (кг/ м3):
п =
g
V
.
4.2.Современные приборы измерения параметров воздуха
Прибор для измерения влажности и температуры воздуха, цифровой гидротермометр GFTH 95, мгновенно измеряет влажность воздуха
и температуру в помещениях, производят электронную обработку данных (рис. 9, а).
Диапазон измерений: температура – от -20 °С до +70 °С, влажность – 10 ÷ 95 %.
Портативный микропроцессорный прибор для измерения относительной влажности и температуры (термогигрометр) ИВТМ-7 К3 (рис. 9, б),
предназначен для измерения параметров воздуха в неагрессивных газовых средах в производственных, жилых и складских помещениях, в
различных отраслях промышленности.
Диапазон измерения относительной влажности: 0 ÷ 99 %, температуры: от -20 до +60 °С (-40 до + 100 °С по специальному заказу).
Универсальный измеритель микроклимата testo 400/950/650
(рис. 9, в).
а
б
в
Рис. 9
Модель testo 400 – двухканальный многофункциональный портативный прибор. В максимальной комплектации позволяет измерять
температуру, влажность, давление, скорость потока, концентрацию СО
и СО2, напряжение и силу тока.
Измеренные данные в цифровом виде выводятся на большом
графическом дисплее.
В модели testo 400 имеется возможность подключения трехфункционального зонда для одновременного измерения температуры,
влажности и скорости, а также зонда для измерения уровней турбулентности.
Если прибор обладает функцией измерения влажности, то помимо
относительной влажности он позволяет определять температуру точки
росы, абсолютную влажность, энтальпию, температуру влажного термометра в психрометре, парциальное давление водяного пара.
Прибор имеет встроенную память, выход на компьютер и принтер.
Предусмотрена возможность распечатки по месту измерения на принтере, соединенном с измерительным блоком.
Одноканальный микропроцессорный сетевой измеритель-регулятор
относительной влажности и температуры (термогигрометр) ИВТМ-7 Р-МК
(рис. 10, а) предназначен для измерения и регулирования относительной влажности и температуры воздуха в производственных, складских и жилых помещениях, а также в других местах. Прибор состоит из
блока управления и измерительного зонда. Позволяет изменять пороги регулирования во времени. Диапазон измерения температуры:
-20 (-50) ÷ +60 (+150) °С, относительной влажности: 0 ÷ 99 %.
Термоанемометры testo 415/425 (рис. 10, б) – портативные термоанемометры, предназначеные для измерения скорости и температуры
потока воздуха.
а
б
Рис. 10
Модель 415 – со встроенным в корпус измерительным зондом, модель 425 – с телескопическим зондом на кабеле длиной 1 м.
Диапазон измерений testo 415: скорость движения воздуха 0 ÷ +10 м/с,
температура 0 ÷ +50 °C; testo 425 – 0 ÷ +20 м/с, 20 ÷ +70 °C.
Электронный измеритель давления Testo 506 (рис. 11, а) – миниатюрный практичный прибор для измерения давления, разрежения и
дифференциального давления в системах кондиционирования воздуха.
Измерение в различных единицах: ГПа/мбар; мм водн. ст.; мм рт. ст.;
дюйм водн. ст.; фунт/кв. дюйм. Диапазон измерения давления 0 ÷ 500Па.
Термогигрометр цифровой ТГЦ-МГ4 (рис. 11, б) предназначен для
измерения относительной влажности и температуры в неагрессивных
газовых средах помещений. Прибор выполнен в виде электронного
блока и выносного зонда с преобразователями влажности и температуры. Прибор ТГЦ-МГ4 оснащен функциями оперативных измерений
влажности, температуры и запоминания до 99 результатов измерений.
Диапазон измерения относительной влажности 0 ÷ 99,9, %.
Измеритель скорости и температуры воздушных потоков анемометр-термометр ИСП-МГ4.01 (рис. 11, в) предназначен для измерения
средней скорости направленных воздушных потоков и их температуры
в вентиляционных системах промышленных и гражданских зданий, а
также для измерения средней скорости ветра и температуры окружающего воздуха.
а
б
в
Рис. 11
Прибор имеет режим измерений с вычислением расхода воздуха в
вентиляционных системах, обеспечивает выполнение измерений в режиме наблюдения с автоматической регистрацией результатов через
интервалы времени, установленные пользователем. Длительность
наблюдения до 24 ч. Полученная информация архивируется и маркируется датой и временем измерения. Объем памяти 99 результатов измерений. Диапазон измерения: скорости воздушного потока 0,3 ÷ 30,
м/с, температуры воздуха 10 ÷ +100 °С.
4.3. Оптимальные параметры окружающего
воздуха для различных видов нагрузки
Правительством Российской Федерации разработаны и внедрены
Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические
требования к микроклимату производственных помещений» для функционального состояния, работоспособности и здоровья человека, т.е.
для предотвращения на рабочих местах неблагоприятных воздействий
микроклимата на самочувствие человека.
Правила устанавливают:
- холодный период года характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха, равной 10 °С и ниже, а теплый – 10 °С и выше;
- тепловая нагрузка среды (ТНС) – действие на организм человека
параметров микроклимата (температуры, относительной влажности,
скорости движения воздуха, теплового облучения), выраженное показателем в °С. Этот показатель характеризует микроклимат в помещениях.
Для поддержания этих нормативных значений в зданиях и предусматриваются инженерные сети, в том числе вентиляция и кондиционирование воздуха.
Главной задачей данных систем является сохранение теплового
баланса человека с окружающей средой и поддержание оптимального
или допустимого теплового состояния организма. Учитывают параметры состояния влажного воздуха: t – температура, °С;  – относительная
влажности, %;  – скорость движения воздуха, м/с; С – концентрация
средных примесей, мг/м; d – влагосодержание, г/кг; i – теплосодержание, кДж/кг.
Параметры внутреннего воздуха для помещений принимают по
СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха».
Основные характеристики – среднесуточная температура и энтальпия. При расчете СКВ и систем вентиляции рассматривают три
периода года: теплый, холодный и переходный.
Оптимальные параметры – сочетание показателей микроклимата,
которые при длительном воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального теплового состояния организма, ощущение теплового комфорта, а также создают условия для хорошей работоспособности. Для технологического процесса следует соблюдать параметры
воздуха в пределах оптимальных норм, обеспечивающиеся СКВ.
Значения параметров следует принимать от назначения того или
иного помещения, категории работ, периода года (прил. 1) .
Расчетные параметры наружного воздуха принимаются для различных географических пунктов местонахождения зданий и сооружений по СНиП 2.04.05-91*.
Параметры воздуха на судах
В соответствии с санитарными правилами для морских судов
предусматривается система кондиционирования воздуха. Разрабатывая СКВ судна, сначала определяют районы его плавания, температуры наружного воздуха теплого и зимнего периодов и температуры забортной воды, температуры воздуха в помещениях.
Для оценки воздействия метеорологических условий на человека,
следовательно, для нормирования параметров воздуха в жилых помещениях
используются
методы
эффективных,
эквивалентноэффективных и радиационно-эффективных температур.
Состояние воздуха считается комфортным, если его охлаждающая способность равна тепловыделениям человеческого организма
при различной тяжести физических нагрузок. Отвод тепла при этом
производится конвекцией, испарением влаги с поверхности кожи, а
также радиацией. Дискомфортное состояние воздуха при большой и
недостаточной его охлаждающей способности приводит к переохлаждению или перегреву человеческого организма, что снижает производительность труда.
Эффективной температурой (ЭТ) считают температуру насыщенного воздуха ( = 100 %), при которой ощущение человеком тепла и
холода такое же, как и при неподвижном ненасыщенном воздухе при
различных сочетаниях температур и относительных влажностей, т.е.
одному значению ЭТ может соответствовать большое количество сочетаний температур и относительных влажностей.
Эффективные температуры (рис. 12) изображают в виде кривой
при скорости движения воздуха  = 0 в зависимости от tс и tм («сухой» и
«мокрый» термометры), т.е. ЭТ = f (tс, tм).
Рис. 12. Номограмма эффективных и эквивалентно-эффективных температур
Зимняя зона комфорта находится в диапазоне 15,8-23,5 ЭТ, летняя
зона комфорта 17,6-26,7 ЭТ.
Эффективная температура, эквивалентная по воздействию на человеческий организм подвижного воздуха при различных сочетаниях tс
и tм, называется эквивалентной эффективной температурой (ЭЭТ).
ЭЭТ представляются в виде кривых при соответствующей подвижности
воздуха в помещении, обычно при   3,5 м/с.
Движение воздуха интенсифицирует отвод тепла и влаги от организма человека и создает состояние комфорта при более высокой температуре или дает возможность повысить физические нагрузки без существенного снижения температуры окружающей среды.
Эквивалентно-эффективные температуры являются функцией tс, tм
и , т.е. ЭЭТ = f (tс, tм, ).
В судовых помещениях возможно наличие нагретых или холодных
поверхностей, которые влияют на тепловые ощущения человека. В
этом случае воздействие окружающей среды на человека определяется методом результирующих температур.
Результирующая температура (РТ) по сравнению с ЭЭТ учитывает
влияние на организм человека радиационной составляющей теплообмена, т.е. РТ = f (tс, tм, , , tR), где tR – средняя радиационная температура (рис. 13).
Рис. 13. Номограмма результирующих температур
К номограмме ЭЭТ для определения результирующей температуры добавляются две шкалы:
 – скорость движения воздуха (шкала I);
 – относительная влажность (шкала V).
Средняя радиационная температура tR определяется как среднеарифметическое радиационных температур нескольких точек помещения. Радиационная температура в данной точке помещения находится с помощью шарового термометра, представляющего собой обычный термометр, чувствительный элемент которого помещен в центр пустотелого медного шара
диаметром 120-150 мм, имеющего черную матовую наружную поверхность.
Из табл.1 видно, что температура воздуха в помещениях в летний
период при плавании в северных районах не должна быть ниже 20 °С,
при плавании в тропиках – не более 25 °С при относительной влажности воздуха 40-60 %.
В качестве расчетных параметров воздуха в жилых и общественных
судовых помещениях приняты относительная влажность – 40-60 %, температура летом + 25 °С, зимой + 21 °С. В табл. 2 приведены метеорологические нормы микроклимата судовых помещений, предусматриваемые санитарными правилами для морских судов РСФСР.
Таблица 1
Результирующие температуры, С
Район плавания
РТ
Ограниченный
до 30 северной и южной широты
от 30 до 45 северной и южной широты
от 45 до 60 северной и южной широты
более 60 северной и южной широты
Неограниченный
Летом
Зимой
24,1
23,2
19,7
20,5
24,1
19,2
18,1
19,0
18,1
Таблица 2
Метеорологические нормы микроклимата
судовых помещений
1
Помещения
2
3
Район
tв, °С
плавания
Летний период
Жилые, общественные и Северный
20-22
служебные без
Умеренный
22-23
тепловыделений
Южный
23-24
Тропический
25
Изолированные посты
Северный
20-22
управления МКО
Умеренный
22-23
Южный
22-25
Тропически
25-28
Посты управления МКО,
камбуз и др. производственные помещения с тепловыделениями на рабочих
местах
Северный
Умеренный
Южный
Тропически
Не выше 25
То же
25-28
25-28
4
5
, %
, м/с
70-40
60-40
60-40
60-40
70-40
60-40
60-40
50-40
0,15-0,20
0,20-0,30
До 0,5
До 0,5
0,2-0,3
0,3-0,5
0,5-1,0
0,5-1,0
60-40
60-40
60-40
60-40
1,0-1,5
1,0-1,5
1,0-1,5
Окончание табл. 2
1
2
3
Зимний и переходный периоды
Жилые и общественные
20
Рулевые рубки
12-16
Штурманские
18-20
и радиорубки
Изолированнее посты
22
управления МКО
МКО и др. рабочие
Не выше 25
помещения
4
5
60-40
60-40
0,15-0,3
0,15-0,3
60-40
0,5-1,0
-
1,5
Комфортные условия для каждого человека должны обеспечиваться с помощью индивидуального регулирования параметров воздуха в
отдельных помещениях в пределах 1-3 °С.
Для летнего периода параметры воздуха в судовых помещениях
более жесткие. А вот зимой регламентированные отечественные нормы
менее жесткие по сравнению с другими странами.
Системы кондиционирования воздуха должны быть оборудованы
приборами автоматики, которые обеспечивают точность поддержания
средних значений tв = 1 °С и в = 5-10 % воздуха в каютах.
При проектировании СКВ необходимо учитывать, что в зимний период в помещении человек легко переносит большую разницу в температурах наружного воздуха и воздуха внутри помещений, а в летний –
разница не должна превышать 12 °С.
При проектировании СКВ для морских судов, районы плавания которых не ограничены или ограничены частично, расчетные параметры
наружного воздуха и забортной воды в соответствии с отраслевой нормалью принимаются (табл.3):
Таблица 3
Параметр
Температура воздуха, °С
Относительная влажность воздуха, %
Температура забортной воды, °С
Летний
период
+32
80
+25
Зимний
период
-25
85
0
В основе выбора расчетных параметров наружного воздуха лежит
средняя максимальная температура наружного воздуха для заданного
района плавания и процент обеспеченности заданного микроклимата
судовых помещений в этом районе.
Контрольные вопросы
1. Определение ЭТ, ЭЭТ и РТ.
2. Понятие комфортного состояния воздуха.
3. По какому принципу принимаются внутренние параметры воздуха в помещениях?
4. Методы определения относительной влажности.
5. В чем заключается психрометрический метод?
6. Какие свойства материалов используются при определении относительной влажности гигроскопическим методом?
7. Какие приборы применяются для определения состояния воздуха в помещениях сегодня?
8. Какие нормативные документы необходимы при расчетах СКВ?
5. ТЕПЛО-, МАССО- И ВОЗДУХООБМЕН В СКВ
5.1. Расчет теплового и влажностного балансов
в помещении
Количество холода и тепла, на основании которых определяют количество и параметры воздуха, подаваемого в кондиционируемые помещения в летний и зимний период, определяется из разности между
теплопритоками и теплопотерями помещений.
Уравнение теплового баланса для кондиционируемых помещений:
Qизб = ΣQприт – ΣQпот,
где ΣQприт – суммарное количество тепла, поступающего в помещение, кВт; ΣQпот – суммарная потеря тепла помещением, кВт.
Для летнего режима ΣQприт > ΣQпот и тепловой баланс положительный. Избыточные тепловыделения в помещениях должны быть удалены с помощью системы кондиционирования воздуха. Для зимнего режима ΣQприт < ΣQпот, тепловой баланс отрицательный, следовательно,
существует недостаток тепла в помещениях, который можно исправить
системой кондиционирования воздуха.
Так как влага в помещениях только выделяется, баланс влаги всегда положительный:
вл
вл
Gизб
 ΣG вл
п – ΣG пог ,
где ΣG вл
п – суммарное количество влаги, выделяющейся в помещении, кг/ч; ΣG вл
пог – количество влаги, поглощаемой в помещении, кг/ч.
5.2. Определение теплопритоков в помещении
при различных наружных и внутренних условиях
Все статьи теплового и влажностного балансов можно разделить
на две группы: не зависящие от параметров наружного воздуха и зависящие от них. К первой группе относятся следующие статьи теплового
баланса: тепловыделения людьми Qл, оборудованием Qоб, искусственным освещением Qос. Эти статьи соответствуют притоку теплоты в помещении, то есть являются положительными.
Ко второй группе статей теплового баланса относятся приток теплоты в помещение через ограждения Qогр, приток теплоты с наружным
воздухом, поступающим за счет инфильтрации через неплотности
ограждений Qинф. Эти статьи теплового баланса летом положительны, а
зимой отрицательны.
Общее количество теплоты Qо (кВт):
Qо = Qогр + Qинф + Qл + Qоб + Qос,
где Qогр – теплоприток через ограждения, Вт; Qинф – теплоприток от инфильтрации воздуха, Вт; Qл – тепловыделения людей, Вт; Qоб – теплоприток от оборудования, Вт; Qос – теплоприток от освещения, Вт.
Теплоприток через ограждения Qогр
Теплоприток Qогр рассчитывается с учетом воздействия солнечной
радиации, аккумуляции теплоты стенами вследствие суточных колебаний температуры воздуха.
Общий теплоприток через ограждения Qогр находится по формуле
Qогр = Qст + Qкр + Qок + Qпол,
где Qст – теплоприток через наружные стены, Вт; Qкр. – теплоприток
через кровлю, Вт; Qок – теплоприток через окна и застекленные двери, Вт;
Qпол – теплоприток через пол, Вт.
Теплоприток Qст складывается из теплопритоков за счет разности
температур снаружи ограждения и внутри кондиционируемого помещения, а также теплопритока за счет воздействия солнечной радиации
через наружные стены:
Qст = кд Fст (tн – tп),
где кд – действительный коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м2 ∙ К);
Fст – площадь поверхности наружной стены, м 2; tн – температура снаружи ограждения, °C; tп – температура воздуха кондиционируемого помещения, °C.
Действительное значение коэффициента кд определяется по формуле
кд =
1
1
н

i
i

1
,
 вн
где н – коэффициент теплоотдачи с наружной стороны ограждения,
Вт/(м2 ∙ К); в – коэффициент теплоотдачи с внутренней стороны ограждения, Вт/(м2 ∙ К); i – коэффициент теплопроводности строительных материалов, составляющих конструкцию ограждения, Вт/(м ∙ К); i – толщина
отдельных слоев конструкции ограждения, м.
Теплоприток Qс.ст за счет воздействия солнечной радиации через
наружные стены и кровлю определяется по формуле
Qс.ст = кд ∙ Fогр ∙ tс,
где tс – избыточная разность температур, °С.
Теплоприток Qок через окна и застекленные двери определяется
по формуле
Qок = Fок ∙ К1 ∙ К2 ∙ К3 ∙ qс + ко (tн – tп),
где Fок – суммарная площадь остекленных поверхностей, м2; К1 – коэффициент, учитывающий затенение переплетом; К2 – коэффициент,
учитывающий загрязнение стекла; К3 – коэффициент, учитывающий
затеняющее действие штор, жалюзи, карниза; qс – удельный теплоприток от солнечной радиации через одинарное чистое стекло, Вт/(м2 ∙ К);
ко – коэффициент теплопередачи окна, Вт/(м2 ∙ К).
Теплоприток через кровлю определяется, Вт:
Qст = кд ∙ Fкр ∙ (tн – tп),
где кд – действительный коэффициент теплопередачи кровли, Вт/(м2 ∙ К);
Fст – площадь поверхности наружной стены, м2.
Теплопритоки через полы в летний период принимаются равными 0,
в зимний период определяются по зонам.
Полные теплоизбытки (в зимний период теплопотери) через пол в
зимний период будут составлять:
Qпол = кзоны ∙ Fзоны ∙ (tн – tп),
где Fзоны – площадь четырех зон пола, отложенных от наружной стены
помещения, м2; кзоны – действительный коэффициент теплопередачи
пола каждой зоны, Вт/(м2 ∙ К); tн – температура снаружи ограждения, °C; tп
– температура воздуха кондиционируемого помещения, °C.
Теплоприток от инфильтрации воздуха Qинф
В кондиционируемое помещение обычно подается больше воздуха, чем удаляется из него. В результате создается в помещениях избыточное давление, препятствующее проникновению воздуха с инфильтрацией. Поэтому в расчетах обычно теплоприток Qинф принимается
равным нулю.
5.3. Выделение тепла, влажности и газов
в производственном помещении
5.3.1. Определение теплопритоков
Теплоприток от людей Qл :
Qл = n ∙ qл,
где n – расчетное число людей, одновременно находящихся в помещении;
qл – тепловыделение от человека, зависящее от характера работы, Вт/чел.
Теплопоступления от оборудования Qобор :
Количество теплоты, выделяемой механическим оборудованием с
электроприводом, определяется по формуле
n
Qобор =
N  а  в  ,
1
где N – мощность электродвигателя, кВт; n – число единиц оборудования; а – коэффициент загрузки электродвигателя; в – коэффициент рабочего времени оборудования,  =   1 – часть мощности, расходуемой внутри помещения;  = 0,8  0,92 – коэффициент полезного действия электродвигателя.
Теплопритоки от освещения Qосв :
Теплопритоки от освещения определяются по формуле
Qосв = F ∙ qосв ∙ Е,
где F – площадь пола, м2; qосв – удельные тепловыделения от освещения, Вт/(м2 ∙ лк); Е – освещенность, лк.
Освещенность Е зависит от назначения помещения.
5.3.2. Влагопоступление в помещении
Общее количество влаги gW (кг/с), определяется по формуле
gW = gл + gм.п + gпар,
где gл – количество влаги, выделяемое людьми, кг/с; gм.п – количество
испаренной влаги с мокрой поверхности пола, кг/с; gпар – количество
выделяемого пара, поступающего в помещение, в производственном
помещении, кг/с.
Влаговыделения людьми gл, (кг/с)
gл = g ∙ n,
где g – количество влаги, выделяемое одним человеком, зависящее от
тяжести работы, кг/с; n – расчетное число людей, одновременно находящихся в помещении.
Количество испаренной влаги с мокрой поверхности пола:
gм.п =
  F  (t c  t м )
r
,
где  – коэффициент теплоотдачи от воздуха к воде, Вт/(м 2 ∙ К); F –
площадь поверхности испарения, м2; tс – tм – температуры воздуха по
сухому и мокрому термометрам, °С; r – скрытая теплота парообразования, кДж/кг.
5.3.3. Расчет газопоступлений в помещении
Способ расчета количества выделяющихся в помещении газов зависит от причин, их вызывающих.
Например, количество углекислого газа, выделяющегося в процессе дыхания человека, определяется по табл. 4.
Таблица 4
Количество углекислого газа, выделяемого людьми
Состояние
Количество выделяемого
углекислого газа
г/ч
л/ч
84
45
42
23
42
23
30
16
22
12
Взрослый человек (физический труд)
Умственная работа
Покой
Сон
Дети до 12 лет
В процессе производства в помещение, где работают люди может
поступать тот или иной газ, поэтому необходимо учитывать объем воздуха, который должен быть введен в помещение, или объем воздуха,
который удаляется из него, и уносящего газовыделения gг:
Vк =
gг
п к
,
где Vк – объем воздуха, удаляемого из помещения, м 3/ч; gг – газовыделения в помещении, г/ч; п – предельно допустимая концентрация
газа, г/м3; к – концентрация поступающего газа, г/м 3; или в весовых
единицах сухого воздуха, кг/ч.
Lк =
gг   в
( п   к )  (1  d в )
,
где в – удельный вес воздуха, кг/ м3; dв – влагосодержание воздуха, кг/кг.
Так как значение gг изменяется, то и количество воздуха Lк при постоянном значении допустимой концентрации газа в воздухе помещения γп также является величиной переменной.
Условие динамического равновесия по содержанию газа в воздухе
можно определить по формуле
gг 
Lк ( п   к )  (1  d в )
в
0.
Контрольные вопросы
1. На какие сезоны производится расчет и подбор оборудования
систем кондиционирования воздуха?
2. Из каких теплопритоков складываются общие теплопоступления
в помещении?
3. Что показывает коэффициент теплопередачи?
4. Через какие строительные конструкции поступает теплоприток в
помещения?
5. Как зависят теплоприток и влагопоступление в помещении от
характера работы?
6. В чем заключается расчет газопоступлений и влагопоступлений?
7. При определении по сезонности может ли быть отрицательное
значение теплопритоков?
6. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА
6.1. Тепло- и влагообмен между воздухом и водой
Тепло- и влагообмен между воздухом и водой, находящимися в
непосредственном контакте, может происходить в так называемых
«мокрых» (контактных) кондиционерах - специальных аппаратах: пенных, ударопенных, с форсуночными камерами или орошаемыми контактными поверхностями, в судовых трюмах со свободным уровнем
воды. А в поверхностных воздухоохладителях, имеющих температуру
поверхности ниже tрос воздуха, когда из воздуха на поверхность теплообмена выпадает влага.
Процессы проходящие тепловлагообмен между воздухом и водой
при идеальных условиях, когда соотношение (В = Gв-ды / Lв-ха) между
участвующими в процессе количествами воды Gв-ды и воздуха Lв-ха, называется коэффициентом орошения, бесконечно большое (В = ), а время контакта неограниченное. В результате температура воды в процессе тепловлагообмена с воздухом остается постоянной, процесс идет до
момента, когда воздух становится насыщенным и принимает температуру поверхности воды.
Теплота передается от воздуха к воде или наоборот: путем конвекции, радиации (явная или сухая теплота) и влагообмена (скрытая
теплота).
Положительным направлением потока теплоты и влаги будем считать направление от воздуха к воде.
Скрытый тепловой поток определяется величиной влагообмена и
скрытой теплоты испарения воды.
Закон прямой линии: изменение состояния воздуха, находящегося
в контакте с водой, имеющей постоянную температуру, изображается в
диаграмме d-i прямой, проходящей через точку начального состояния
воздуха и точку на линии насыщения ( = 1) с температурой, равной
температуре воды.
При этом, если время контакта воздуха с водой настолько длительное, что процесс тепловлагообмена идет до физически возможного
конца, воздух становится насыщенным и принимает температуру воды.
Закон прямой линии распространяется и на случаи охлаждения и
осушения воздуха в поверхностных воздухоохладителях.
Основные характерные идеальные процессы изменения состояния
воздуха, находящегося в контакте с водой, и графические зависимости
Qявн. и Qскр. от tн для них показаны на рис. 14.
Полный тепловой поток, кВт:
Q = Qявн + Qскр.
Начальное состояние воздуха представлено точкой А. Рассмотрим
несколько процессов.
Рис. 14. Процессы контакта воздуха с водой
Начальный случай, когда Q = 0, следовательно  = 4,19 ∙ tн. Температура воды, при которой полный теплообмен между воздухом и водой
равен нулю, является температурой воздуха по мокрому термометру
(tм), т.е.  = 4,19 ∙ tмА (кДж/кг). Из этого следует, что процесс с tн = tмА
(процесс А – 3) оказывается Qявн = – Qскр и Q = 0, т.е. явный теплоотвод
от воздуха к воде компенсируется скрытым теплоподводом от воды к
воздуху.
Процесс с  = 4,19 ∙ tмА является граничным: при tн  tмА процессы
идут с подводом теплоты от воды к воздуху, а при tн  tмА – с отводом
теплоты от воздуха к воде.
Процесс с  = tм (I = const) называется адиабатическим увлажнением (насыщением). Его можно получить в увлажнительной камере с рециркулирующей водой без подогрева или охлаждения ее. Этот процесс
сопровождается увлажнением воздуха, т.е. испарением воды. Теплота,
необходимая для этого испарения, забирается от того же воздуха, температура понижается.
Далее процессом контакта воздуха с водой является процесс А – 4,
происходящий при dА = const, когда температура воды равна температуре точки росы воздуха, т.е. tн = tросА. Этот процесс протекает без осушения и увлажнения воздуха (dА = const), но с уменьшением его энтальпии и температуры (сухое охлаждение воздуха). При tн > tросА все
процессы протекают с повышением влагосодержания, т.е. с увлажнением
воздуха. При tн < tросА – с понижением влагосодержания и энтальпии.
Процессы при tн < tросА протекают в контактных и поверхностных
воздухоохладителях, а процессы при tн > tм – в увлажнительных каме-
рах зимнего кондиционирования воздуха, работающих с подогретой
водой, в градирнях – устройствах испарительного охлаждения циркуляционной воды стационарных энергетических, холодильных и технологических установок.
При контакте воздуха с водой вообще не могут быть осуществлены
такие имеющие практическое значение процессы, как:
1) изотермическое осушение воздуха;
2) осушение воздуха с одновременным повышением температуры
или с ее не столь резким понижением, как это происходит в области
между лучами А – 4 и АВ;
3) нагревание воздуха без увлажнения;
4) нагревание воздуха с его увлажнением до желаемой относительной влажности.
Большая часть процессов может быть осуществлена при контакте
воздуха с водными растворами различных солей.
6.2. Построение процессов изменения состояния
влажного воздуха на d-i-диаграмме
Основные возможные процессы изменения состояния воздуха в
диаграмме d-i показаны на рис. 15. Процессы, происходящие при неизменности одного из параметров состояния воздуха, обычно называют
простыми. Процессы, в которых изменяются все параметры состояния
воздуха, называются сложными.
Рис. 15. Основные процессы изменения состояния влажного воздуха
Процессы, идущие с уменьшением влагосодержания, – это процессы осушения, а с увеличением d – процессы увлажнения. Процессы
изменения состояния, в которых энтальпия воздуха (температура t по
влажному термометру) уменьшается, называются процессами охлаждения, а процессы, в которых она увеличивается, – процессами
нагревания. При этом, температура воздуха может и уменьшаться, но
энтальпия возрастает вследствие увеличения влагосодержания воздуха.
К простым процессам можно отнести нагрев (луч-вектор АБ) или
охлаждение (АЕ) воздуха без изменения влагосодержания; осушение
воздуха (АН) с помощью адсорбентов – твердых поглотителей влаги;
процесс адиабатического увлажнения (насыщения) при I  const (луч
AM); процесс увлажнения воздуха паром (луч АГ, практически совпадающий с изотермой tа = const).
Процессы, расположенные между лучами АГ и АБ, сопровождаются ростом температуры, энтальпии и влагосодержания воздуха и соответствуют тепловлажностному отношению , кДж/кг, приблизительно от
2510 до + . Сложный процесс АВ, например, при  = от 4000 до 40000,
представляет собой изменение состояния приточного (из системы кондиционирования) воздуха в помещении в летнем режиме. Он называется процессом тепловлагоассимиляции.
Область между лучами AM и АГ соответствует  от 0 до 2510, такие
процессы сопровождаются ростом энтальпии и влагосодержания и понижением температуры, воздуха. Процессы между лучами АЕ и AM
соответствуют  = –   0 и связаны с уменьшением энтальпии и температуры воздуха при увеличении его влагосодержания. В судовых помещениях в зимнем режиме работы системы кондиционирования воздуха происходят процессы тепловлагоассимиляции, обычно расположенные в области между лучами АЕ и AM.
Сложный процесс АД, например, можно представить в виде двух
простых процессов: увлажнения (АГ) и сухого охлаждения (ГД), в результате последовательного совершения которых воздух из состояния
А переходит в состояние Д.
Область между лучами АН и АЛ соответствует  = 0  2510. Такие
процессы могут происходить при осушении воздуха абсорбцией, т.е.
жидкими влагопоглотителями (растворами солей), с различной степенью охлаждения осушаемого воздуха и абсорбента в цикле.
Процессы, лежащие в области между лучами АЛ и АЕ (ближе к лучу АЕ) при  = 2510  , являются процессами охлаждения воздуха с
одновременным его осушением. В этом случае (луч АК) уменьшаются
температура, энтальпия и влагосодержание воздуха.
6.3. Нагревание воздуха
Воздух нагревается путем сообщения ему ощутимого тепла. Влагосодержание воздуха, при этом, не изменяется. Нагревание является простым односложным процессом и
изображается на d-i-диаграмме отрезком вертикальной прямой (рис.
16).
Если воздух с параметрами точки 1 (t1 и 1) нагревать в воздухонагревателе (калорифере), то этот
процесс изобразится прямой, проведенной вертикально вверх из точки 1
по линии d1 = const. Чем больше
теплоты передается воздуху, тем
сильнее он нагревается и тем выше
по линии d1 = const будет расположена точка, соответствующая состоянию нагретого воздуха точка 2, т.е.
каждому
1 кг сухой части воздуха будет передано ΔI1 кДж теплоты.
Рис. 16. d-i -диаграмма с режимами
нагрева и охлаждения воздуха
Оборудование для нагрева
воздуха
Для нагревания большого количества воздуха используются воздухонагреватели (калориферы). По конструкции применяют гладкотрубные,
пластинчатые и спирально-ребристые калориферы. По теплоносителю –
водяные воздухонагреватели, паровые и электрические, мощностью 4,8250 кВт.
По материалу трубок – стальные, биметаллические (сталь, алюминий) и других конструкций. Производительность воздухонагревателей
по воздуху от 2 до 313,5 тыс. м3/ч. Начальная температура воды, поступающей в воздухонагреватель, – + 150 ÷ + 95 °С, конечная – +70 °С.
Воздухонагреватели (рис. 17) предназначены для нагрева чистого
незапыленного воздуха в системах кондиционирования воздуха, вентиляции, воздушного отопления и сушильных установках. Площадь поверхности нагрева калориферов – от 20,7 до 119,9 м2, рабочее давление теплоносителя – 1,2 МПа.
Гладкотрубные калориферы выполнены из стальных трубок диаметром 20-32 мм. Трубки калорифера могут быть расположены в коридорном или в шахматном порядке.
Рис. 17. Воздухонагреватель: 1 – штуцер; 2 – коллектор; 3 – трубки
для прохода теплоносителя; 4 – пластины оребрения; 5 – боковые щитки
Холодный воздух подогревается, проходя в просветах между трубками. Ширина просветов составляет около 0,5 мм. Гладкотрубные калориферы применяют при малых количествах подогреваемого воздуха
и малой степени его нагрева.
Пластинчатые калориферы – ребристые нагревательные приборы. Ребра образуются прямоугольными пластинками (круглое ребро),
насаженными на трубы, по которым протекает теплоноситель. Пластинки обычно изготовляют из стали толщиной 0,5-1,0 мм. Для лучшего контакта между пластинами и трубами наружная поверхность нагрева калориферов оцинковывается.
Спирально-ребристые калориферы собираются путем навивания
стальной ленты на поверхность трубы. Так как внутренняя окружность
ребра меньше наружной, его поверхность у самой трубы будет волнистой, что усиливает турбулизацию потока воздуха и, следовательно,
улучшает теплообмен между ним и поверхностью калорифера.
Пластинчатые калориферы получили наибольшее применение
ввиду своей компактности, удобства монтажа и обслуживания.
Различают одноходовые и многоходовые калориферы. В одноходовых – теплоноситель движется по трубкам в одном направлении, а в
многоходовых – несколько раз меняет направление движения вследствие наличия в коллекторных крышках перегородок.
Подбор водяных и паровых воздухонагревателей производится по
площади нагрева и объему нагреваемого воздуха.
Электрические нагреватели, так называемые электрокалориферы
(рис. 18, а), состоят из спирально-навивных или спирально-оребренных
ТЭНов, или нагревательных элементов, выполненных из нержавеющей
стали и заключенных в корпусе.
а
б
Рис. 18. Воздухонагреватели:
а – электрокалорифер; б – спирально-накатные
Расчет электрокалориферов сводится к определению их установочной мощности для получения требуемой теплоотдачи, а также необходимого их числа.
Калориферы двух моделей: средней (С) и большой (Б).
Установка калориферов по отношению к проходящему через них
воздуху может быть параллельной и последовательной. В первом случае воздух встречает на своем пути сопротивление только одного калорифера при сравнительно небольшой скорости, а во втором – он преодолевает сопротивление нескольких последовательно установленных
калориферов при значительно большей скорости, чем в первом случае,
следовательно, сопротивление проходу воздуха при последовательной
установке значительно больше, чем при параллельной.
Параллельная установка калориферов по воздуху применяется тогда, когда требуется нагреть большое количество воздуха на небольшую разность температур, а последовательная установка калориферов
по воздуху необходима при большой степени нагрева воздуха, т.е. при
большой разности конечной и начальной температур.
При выборе схемы установки калориферов по воздуху массовая
скорость  движения воздуха в живом сечении калориферов должна
быть в пределах 4-12 кг/(см2).
Для регулирования теплоотдачи калорифера и изменения степени
нагрева воздуха предусматривают установку обводного клапана. Регулирование температуры приточного воздуха осуществляют путем открытия обводного клапана и пропуска через него некоторого количества
холодного воздуха, минуя калориферы.
Для парового теплоносителя установка обводного клапана обязательна, так как пар не поддается качественному регулированию, а температура его слишком высока (более 100 °С).
Количественное регулирование пара не может быть применено,
поскольку в малом количестве он быстро отдает тепло и калориферы
могут замерзнуть. При теплоносителе воде установка обводного клапана возможна, но не обязательна.
Обвязку калориферов трубопроводами осуществляют по двум
схемам: параллельной и последовательной.
Подбор воздухонагревателей производится по расходу воздушного
потока м3/ч, площади поверхности теплообмена м 2 и по производительности по теплу кВт.
Тепловая нагрузка (кВт) на воздухонагреватель (калорифер):
Qо = L ∙ (i2 – i1),
где L – масса (сухая) нагреваемого воздуха, кг/с; i1 – теплосодержание
начального параметра воздуха, кДж/кг; i2 – конечное значение теплосодержания воздуха, кДж/кг.
Площадь поверхности теплообмена Fвн, (м2):
Fвн =
QO
k расч  t ср. лог
,
где красч – расчетный коэффициент теплопередачи, Вт/(м 2 ∙ К); tср.лог –
средняя логарифмическая разность температур воздуха и теплоносителя, °C; Qо – тепловая нагрузка воздухоподогревателя, Вт.
Для приближенных расчетов коэффициент теплопередачи может
быть определен по формуле
К = 15,1 ∙
,
где  – скорость движения воздуха в живом сечении воздухонагреквателя, м/с.
6.4. Охлаждение воздуха
В комплексе процессов обработки воздуха в кондиционере особое
место занимает процесс охлаждения воздуха, который может быть решен совместно с влажностной обработкой в оросительных камерах или
пористых поверхностных теплообменных устройствах.
В процессе охлаждения воздух отдает только явное тепло в результате конвективного теплообмена с холодной сухой поверхностью. В
d-I-диаграмме этот процесс соответствует направлению сверху вниз по
линиям d = const; например, при охлаждении воздуха состояния 1 до
состояния 3 (см. рис. 16) 1 кг сухой части воздуха будет отдано ΔΙ1 кДж
теплоты.
Процесс охлаждения воздуха при теплообмене, когда отдается только
явное тепло, может протекать до точки 4 пересечения луча d1 = const с
линией  = 100 %. Эта точка соответствует температуре точки росы
воздуха. При дальнейшем охлаждении водяные пары, содержащиеся в
воздухе, будут конденсироваться и изменение тепловлажностного состояния воздуха будет проходить вниз налево по линии  = 100 %,
например, до точки 5. Охлаждение по линии ( = 100 %) связано с отдачей не только явного, но и скрытого тепла конденсации, и этот процесс относится к более сложному процессу тепло- и влагообмена воздуха.
Если охлаждение воздуха ограничивается только понижением температуры при неизменном влагосодержании, то оно называется сухим.
Сухое охлаждение достигается за счет омывания воздухом поверхности воздухоохладителей, где циркулирует холодильный агент
(рис. 19).
Процесс охлаждения водой изображен на (см. рис. 14) d-i-диаграмме пучком прямых, проведенных из точки А к линии насыщения.
Процесс охлаждения может проходить с увлажнением воздуха или
осушением.
Состояние воздуха из воздухоохладителя может быть задано
условиями обработки воздуха или определено по следующим формулам
i2 = i1 –
Qo
; d2 = d1 –
Gw
; t2 = t1 –
G
G
Qo
G  cВ  
,
где i1, i2 – начальные и конечные параметры воздуха, теплосодержание, кДж/кг; d1, d2 – начальные и конечные параметры воздуха, влагосодержание, кг/кг; t1, t2 – начальные и конечные параметры воздуха,
температура, °С; Qo – холодопроизводительность, кВт; Gw – масса влаги, отводимой от воздуха, кг/с; G – расход охлаждаемого воздуха, кг/с;
сВ – теплоемкость влажного воздуха, Дж/(кг ∙ К);  – коэффициент влаговыпадения.
Рис. 19. Воздухоохладитель типа ИВН: 1 – коллектор; 2, 3 – трубные доски;
4,6 – секции; 5 – распределитель хладона; 7 – калач
Массовый расход воздуха:
G=
Vв  
1 dн
,
где  – плотность воздуха на выходе из воздухоохладителя; Vв – расход
воздуха, м3/с;
=
i1  i 2
c в  ( t1  t 2 )
.
Для построения процесса обработки воздуха в воздухоохладителе
в диаграмме d-i определяется средняя температура поверхности воздухоохладителя tн, по которой принимается температура кипения tо (при
непосредственном охлаждении) или средняя температура хладоносителя, как 0,5 (t1хн – t2хн); t1хн и t2хн – начальная и конечная температуры
теплоносителя.
Площадь поверхности теплообмена Fво (м2):
Fво =
Qo
k расч .  t ср. лог.
,
где kрасч – расчетный коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 К); tср.лог –
средняя логарифмическая разность температур воздуха и хладагента
или рассола, С; Qо – тепловая нагрузка воздухоохладителя, Вт.
Для приближенных расчетов коэффициент теплопередачи может
быть определен по формуле
К = 15,1 ∙
,
где  – скорость движения воздуха в живом сечении воздухоохладителя, м/с.
При движении воздуха поперек труб со скоростью 3-5 м/с коэффициент теплопередачи может иметь значения:
- для гладкотрубного воздухоохладителя (хладоноситель – вода,
рассол) – 29-35 Вт/(м2 ∙ К);
- для оребренного фреонового
воздухоохладителя
–
17,5-23,3 Вт/(м2 ∙ К);
- для оребренного аммиачного
воздухоохладителя
–
11,6-17,5 Вт/(м2 ∙ К).
Средняя
логарифмическая
разность температур должна быть
определена по необходимому процессу охлаждения воздуха в диаграмме d-i (рис. 20 по формуле
Рис. 20. Процесс обработки
воздуха в поверхностном
воздухоохладителе
tср.лог =
t1  t 2
,
t t
ln 1 3
t 2  t3
где t3 – средняя температура поверхности воздухоохладителя, °С.
Тепловая нагрузка воздухоохладителя, кВт:
Qо = L ∙ (i1 – i2),
где L – масса (сухая) охлаждаемого воздуха, кг/с.
Подбирается воздухоохладитель по расчетной величине поверхности по таблицам с тем расчетом, чтобы массовая скорость () в живом сечении имела величину не более 6 кг/(м2 ∙ с) для предотвращения
уноса конденсата с поверхности воздухоохладителя охлаждаемым воздухом. Если массовая скорость превышает указанное значение, подбирается несколько воздухоохладителей и располагаются они параллельно в сечении кондиционера.
Для охлаждения воздуха в центральном кондиционере применяются поверхностные «сухие» воздухоохладители. Конструкция этих воздухоохладителей зависит от используемого хладоносителя.
Также применяют водяные теплообменники, если в качестве хладоносителя используется вода или гликолевые смеси (рис. 21, а). Такие
воздухоохладители характеризуются следующими параметрами:
а) минимальная температура рабочей среды (вода), °С;
б) максимальное давление рабочей среды, МПа;
в) гидравлическое сопротивление, кПа.
Фреоновые теплообменники прямого испарения, где в качестве
хладоносителя используется фреон (хладон) (рис. 21, б). Фреоновые
воздухоохладители характеризуются следующими параметрами:
- минимальная температура кипения фреона, °С;
- максимальное давление рабочей среды, МПа.
а
б
Рис. 21 Поверхностные воздухоохладители:
а – водяной теплообменник; б – фреоновый прямого испарения
Конструкция фреоновых теплообменников охладительных секций
центральных кондиционеров отличается наличием узлов распределения жидкого фреона по трубкам теплообменника и сборными коллекторами газовой фазы фреона для возврата в холодильную машину.
Скорость воздуха должна
находиться в диапазоне от 2,5 до
5,0 м/с. Потери давления при
этом составляют до 16 Па.
При скоростях обрабатываемого воздуха выше 2,5 м/с за секцией охлаждения в центральном
кондиционере устанавливаются,
как правило, эффективные сепараторы (каплеуловители). На рис.
22 изображена конструкция каплеуловителя, собранного из спеРис. 22. Каплеуловитель
циальных
спрофилированных
пластин, которые размещены
вертикально в кожухе из нержавеющей стали.
В качестве источников холода для центральных кондиционеров с
поверхностными воздухоохладителями используются холодильные
машины различных типов. Выбор типа холодильной машины зависит от
многих факторов.
Для центрального кондиционера с водяным теплообменником в
качестве источника холода используется холодильная машина – чиллер.
Когда нет необходимости плавного регулирования холодильной
мощности, используют в качестве холодильной машины компрессорноконденсаторный блок.
Теплообменники секций охлаждения на фреоне могут быть одно- и
двухконтурными. Последние в одном корпусе объединяют два одноконтурных теплообменника.
Процесс обработки воздуха в «сухом» поверхностном воздухоохладителе происходит за счет контакта потока воздуха с поверхностью, имеющей более низкую температуру. Допускается, что вблизи
поверхности теплообмена слой воздуха охлаждается до температуры,
близкой к температуре поверхности теплообменника. В летний период
эти температуры ниже температуры точки росы, и практически всегда
охлаждение воздуха сопровождается конденсацией из него влаги.
При определении установочной мощности секции воздухоохлаждения и холодильной машины полученное расчетное значение холодопроизводительности Qхол рекомендуется увеличить на 15-20 % на
компенсацию тепловых потерь и возможность кратковременного повышения влажности и температуры исходного воздуха.
Расчет воздухоохладителей производится исходя из величины
требуемой холодильной мощности, скорости движения воздуха, расчетной температуры и давления хладоносителя.
6.5. Осушение воздуха
Воздух может охлаждаться и осушаться с помощью контактных поверхностных (рекуперативных и регенеративных) тепломассообменных
аппаратов, в которых в качестве хладоносителей, рассол или хладагент, а также с помощью воздушных турбокомпрессорных холодильных
машин (кондиционеров), твердых и жидких поглотителей влаги.
Осушение воздуха представляет собой процесс снижения его влагосодержания d. Этот процесс нельзя отождествлять с уменьшением
относительной влажности .
При осушении воздуха одновременно могут изменяться либо все
параметры, характеризующие его состояние, либо некоторые. Параллельно уменьшению влагосодержания можно отводить ощутимую теплоту, т.е. снижать энтальпию, но с расчетом, что относительная влажность
при непрерывном понижении температуры воздуха будет оставаться
неизменной. Однако, процесс снижения влагосодержания может проходить таким образом, что энтальпия воздуха будет уменьшаться при постоянной температуре и убывающей относительной влажности воздуха.
Воздух может осушаться и при постоянной энтальпии. Такой процесс сопровождается возрастанием температуры и уменьшением относительной влажности.
Осушение воздуха охлаждением
Осушение воздуха возможно в контактных аппаратах охлаждения,
находившегося в непосредственным взаимодействии с водой. Из-за
ограниченного времени контакта с водой в аппаратах и скорости движения воды и воздуха, характер процесса и конечное состояние воздуха возможно ненасыщенным.
Если целью процесса изменения состояния воздуха является
только его осушение, понижение температуры воздуха неизбежно. Поэтому необходимо, чтобы при осушении температура понижалась как
можно меньше.
Чтобы температура воздуха в конце процесса была выше, необходимо понижать температуру поверхности, с которой воздух взаимодействует. Чем выше температура осушенного воздуха при заданном
уменьшении влагосодержания, тем ниже температура охлаждающей
поверхности. Чем меньше конечное влагосодержание воздуха, тем ниже должна быть температура охлаждающей поверхности.
Процесс взаимодействия воздуха с поверхностью рассматривается как непрерывное перемешивание его с воздухом пограничного слоя.
Процесс будет сопровождаться выпадением влаги в виде мельчайших
капель водяного или ледяного тумана. Далее практически невозможно
выделять частицы капельножидкой влаги или льда из осушенного воздуха. Конечное влагосодержание воздуха может оказаться выше расчетного.
Чаще наряду с осушением воздух охлаждают. Если процесс осушения основан на охлаждении воздуха и последующем его нагревании,
то при рациональном расположении осушителя и холодильной машины
можно для нагревания воздуха использовать тепло, отдаваемое холодильной машиной. В этом случае ходильная машина работает в качестве теплового насоса (рис. 23).
Рис. 23. Осушение и нагревание
воздуха в тепловом насосе
Осушитель состоит из двух камер: нижней Н и верхней В. В первой
– установлен змеевиковый испаритель И. Воздух поступает в нижнюю
камеру, омывая поверхность змеевика, осушается и охлаждается. Затем он входит в верхнюю камеру, где омывает поверхность конденсатора К холодильной машины и нагревается до заданного уровня.
Холодильный агент подается в испаритель через регулирующий
вентиль РВ и отсасывается компрессором М. Влага, выпадавшая на
поверхности испарителя, стекает в поддон П, из которого удаляется
наружу. Энтальпия воздуха, выходящего из осушителя выше, чем
при входе.
Осушение воздуха возможно и при использовании холодильных
машин через поверхностные теплообменники, с температурой поверхности ниже температуры точки росы. Здесь осушение осуществляется
за счет отвода теплоты и влаги воздуха охлаждением.
Осушение воздуха водными растворами
Жидкие поглотители (абсорбенты) - вещества, изменяющиеся физически или химически в процессе осушки воздуха. К ним относятся
растворы хлористого кальция CaCl2 · 6H2O и хлористого лития LiCl.
В водных растворах солей при равных температурах упругость пара в пограничном слое над поверхностью раствора ниже упругости пара
над поверхностью воды. Это свойство водных растворов используется
для осушения воздуха.
Свойства растворов обусловлены особенностями растворенного
вещества и концентрацией в молях kм – число килограмм молекул растворенного вещества (соли) в 1000 кг воды.
Концентрацию обычно выражают в процентах (%) веса растворенного вещества к весу раствора:
р 
gc
G  gc
,
где G и gc – соответственно весовое количество воды и растворенного
вещества в растворе.
Наиболее существенное свойство водных растворов удобно определять по фазовой диаграмме (рис. 24).
Рис. 24. Фазовая диаграмма
раствора поваренной соли
Если раствор, состояние которого в начальный момент времени
характеризуется точкой А, охлаждать, то до определенной температуры
tв никаких изменений не обнаруживается (прямая АВ). В точке В раствор переходит в криоскопическое состояние.
Если продолжать охлаждать раствор, то его состояния в фазовой
диаграмме будут изменяться вдоль линии ВС и будет выпадать лед.
Кривая ВС называется кривой криоскопических состояний.
Если бы исходное состояние раствора характеризовалось точкой Е, то
охлаждение его в начальной стадии изображалось бы прямой ЕД. По достижении некоторой температуры охлаждение сопровождается выпадением из раствора кристаллов растворенного вещества. Следовательно, в
точке Д раствор будет насыщенным. Дальнейшее охлаждение раствора
будет сопровождаться выпадением кристаллов вещества, а состояние
раствора будет изменяться по кривой ДС – насыщенного раствора.
В точке С раствор представляет собой смесь из кристаллов льда и
соли. Жидкая фаза отсутствует. Это состояние называется эвтектическим. Точка С – эвтектическая точка. Концентрация раствора kэ, соответствующая эвтектическому состоянию, также называется эвтектической.
Из фазовой диаграммы следует, что каждому значению концентрации соответствует определенная температура криоскопического
состояния раствора, т.е. состояния, при котором из раствора начинает
выпадать лед. Каждой концентрации соответствует определенное понижение температуры замерзания раствора против температуры замерзания воды. Это понижение температуры тем больше, чем выше
концентрация раствора.
Поглощение воды из воздуха сопровождается выделением теплоты сорбции, основной составляющей которой является скрытая теплота
конденсации. Так же сюда входит теплота гидратации, растворения и
разбавления, не превышающая 5 – 15% общей теплоты сорбции (для
некоторых растворов теплота разбавления может быть отрицательной).
Значение относительной влажности воздуха над поверхностью
раствора:

Pp
PВ
,
где Рр – упругость водяного пара над поверхностью раствора при заданной температуре раствора; Рв - упругость водяного пара над поверхностью воды при той же температуре.
В криоскопическом состоянии каждому значению концентрации
раствора соответствует определенное значение относительной влажности (φ).
При температуре раствора выше температуры соответствующей
криоскопическому состоянию, упругость водяного пара р и величина φ
(при малых концентрациях) являются функцией температуры замерзания раствора.
Диаграммы парциального давления водяного пара над водными
растворами хлористого кальция и хлористого лития приведены на рисунках 25 и 26.
Рис. 25. Зависимость парциального давления водяного пара
от концентрации водного раствора хлористого лития
Поглощение воды из воздуха сопровождается выделением теплоты гидратации, растворения, разбавления и конденсации. Процессы
тепло- и влагообмена проходят в воздухоохладителях, орошаемых раствором соли. При одинаковой температуре воздуха, рассола и воды в
воздухоохладителе воздух после орошения становится суше, чем после
орошения водой.
Рис. 26. Зависимость парциального давления водяного пара
от концентрации водного раствора хлористого кальция
Относительную влажность воздуха можно понизить с помощью
раствора LiCl до 5% при влагосодержании до 1 г/кг, а с помощью раствора CaCl2 · 6H2O до 45 – 48%.
Осушку воздуха абсорбентами можно осуществлять в форсуночных камерах орошения кондиционеров или в специальных абсорбционных аппаратах.
В таблицах 5 и 6 приведены свойства растворов CaCl2 · 6H2O и
LiCl.
Таблица 5
Свойства раствора CaCl2 · 6H2O
Концентрация,
%
Теплоемкость
при 20°С,
кДж/кг·°С
Температура
замерзания,
°С
Температура
кипения,
°С
Удельный
вес при
10°С
кгс/м3
φ=р/р
при
20°С
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
4,168
4,064
3,939
3,834
3,729
3,645
3,520
3,436
3,335
3,226
3,143
3,059
2,975
0
-0,9
-2
-3
-4,3
-5,7
-7,5
-9,4
-11,7
-14,5
-17,6
-21,5
-25,3
100
100
100
100,5
100,5
101,2
101,2
101,2
103,2
103,2
105
105
105
1051,3
1069,1
1087,2
1105,6
1124,4
1143,8
1163,2
1183,1
1203,3
1224
1
1
0,98
0.93
0,78
-
Количество раствора, которое должно циркулировать в системе,
определяется весовым расходом осушаемого воздуха Lγ, кгс/ч и допустимым отклонением концентрации от заданной ε, %. Отклонение концентрации Δε принимается от 0,1 до 0,3%. Весовой расход циркулирующего раствора, кгс/ч:
Gpγ= 0 ,001 Lγ ( d1 - d 2 )
ε -Δε
,
Δε
где d1 и d2 – соответственно начальное и конечное влагосодержаниевоздуха, г/кг;
Количество раствора Gpv, кгс, необходимого для заполнения системы, определяется её вместимостью V, м3, и удельным весом раствора γр, кгс/м3:
Gpγv = V · γр
Используя водные растворы, можно осуществлять самые разнообразные процессы изменения состояния воздуха. К веществам, водные
растворы которых пригодны для изменения состояния воздуха, относятся
NaCl, MgCl2, CaCl2, LiCl, LiBr и др. При выборе раствора необходимо учитывать не только термодинамические, но и свойства, способные вызывать коррозию, токсичность, химическую способность. Наиболее широко применяются растворы LiBr и некоторые другие соли лития.
Таблица 6
Свойства раствора LiCl
Концентрация,
%
0
7,8
15,5
20,2
25,3
29,7
33,6
37,1
40,4
43,2
45,8
48,2
50,4
52,4
Теплоемкость
при
20°С,
кДж/кг·°С
Температура
замерзания,
°С
Температура
кипения,
°С
Вязкость
при
10°С
кгс/м2
Удельный
вес
при
10°С
кгс/м3
φ=р/р
4,168
3,775
3,482
3,259
3,096
2,975
2,879
2,791
2,711
2,644
2,585
2,531
2,472
2,430
0
-8,9
-21,2
-36,8
-56
-67,8
-40
-17,2
2,6
14,5
30,3
56,1
68,9
82,2
100
102,1
105,3
109,4
114,5
120,3
128,1
131,6
135,6
141,1
145,1
149
152,8
156,1
1,3
1,68
2,16
2,75
3,67
4,82
6,55
9,74
13,8
-
1045
1085
1119
1150
1181
1203
1235
1257
1279
-
1
0,94
0,85
0,8
0,68
0,55
0,45
0,35
0,2
-
при
20°С
Осушение воздуха твердыми поглотителями влаги
Некоторые вещества, характеризующиеся капиллярной структурой
и способностью адсорбировать влагу из воздуха (силикагель SiO2 и
алюмогель Аl2О3) относятся к твердым поглотителям. Твёрдые поглотители удаляют водяной пар из воздуха вследствие того, что давление
пара в их порах ниже парциального давления пара в осушаемом воздухе.
Эффективность сорбента зависит от температуры, влажности,
скорости движения потока осушаемого воздуха и толщины слоя поглотителя. Скорость воздуха принимается в пределах 0,15-0,5 м/с. Толщина слоя поглотителя используется не менее 50 мм, а количество силикагеля в осушителе применяется 1 кг на 40 м3/ч осушаемого воздуха.
Процесс тепломассообмена при осушении воздуха адсорбентом
приблизительно представляется следующим образом: при переходе
водяных паров из воздуха в сорбент выделяется теплота адсорбции.
Эта теплота содержит теплоту скрытой конденсации и теплоту смачивания, освобождающейся при контакте жидкой и твердой поверхностей.
Общая теплота переходит в явную теплоту, нагревая сорбент, а в последствии и воздух. При этом процессе температура сорбента устанавливается на таком уровне, который соответствует балансу теплоты, т.е.
когда количество скрытой теплоты конденсации, передаваемой от воз-
духа к сорбенту, будет равно количеству явной теплоты, передаваемой
от сорбента к воздуху. Температура воздуха в процессе осушения возрастает. В зависимости от начального состояния температура воздуха
может достигать 40-50 °С и это является недостатком твердых осушителей воздуха.
Для реактивации адсорбент нагревают, чтобы давление пара адсорбированной влаги стало выше парциального давления водяного
пара в воздухе, пропускаемом через реактиватор. В охлажденном адсорбенте после реактивации давление пара в порах ниже парциального
давления пара в воздухе. Температура реактивации в пределах от 75
до 300 °С, т.е. происходит выпаривание влаги из адсорбента. При использовании силикагеля эта температура составляет около 120 °С. При
реактивации температура воздуха (по сухому термометру) выходящего
из осушителя, резко поднимается и держится, пока большая часть воды, содержащейся в материале, не испарится. Далее температура выходящего воздуха вновь резко повышается, что говорит о конце процесса реактивации.
SiO2 получается путем обработки жидкого стекла минеральной
кислотой. В готовом виде силикагель – это зернистое стекловидное
вещество. Размер зерна может колебаться в широких пределах, для
осушения воздуха желательно применять с зернами диаметром 1,0-3,0
мм. Этот поглотитель характеризуется химической и механической
стойкостью и прочностью. Силикагель рационально применять для
осушения при температуре воздуха примерно в пределах до 30-35 °С.
При достижении предельной влажности силикагель теряет способность
дальнейшего поглощения влаги из воздуха. Продолжительность периода адсорбции происходит в пределах от 10 мин. до 8 ч.
Для проведения процесса осушения необходимо определить толщину слоя геля, поверхность слоя и продолжительность процесса адсорбции. Количество влаги, кг, подлежащее адсорбции:
G = L (dн – dк) ,
где L – количество воздуха, м3/ч; dн, dк – начальное и конечное влагосодержание воздуха, кг/кг;  – длительность адсорбции, ч.
Конечная относительная влажность воздуха зависит от содержания влаги в силикагеле и определяется по графику (рис. 27а).
Объём силикагеля определяется:
V=
G
,
a  c
где G – количество поглощаемой влаги, кг/с; а - коэффициент; γс насыпной вес силикагеля, кг/м3.
По принятой скорости движения осушаемого воздуха и объёму силикагеля определяют необходимую толщину слоя.
Общий вид простейшего силикагелевого осушителя изображен на
рисунке 27б.
а
б
Рис. 27.
а – зависимость конечной влажности осушаемого
воздуха от содержания влаги в силикагеле;
б - осушитель конструкции В.И. Сыщикова
1 - слой силикагеля, 2 - рамка, 3 - сетка, 4 - гайка, 5 - штырь,
6 – корпус, 7 – крышка,8 – планка, 9 – болт, 10 – патрубок.
Алюмогель Аl2О3, активированный алюминий, можно применять
для осушения воздуха температурой не выше 25 °С. Адсорбционные
возможности ниже, чем у силикагеля. Подобно силикагелю, алюмогель –
материал зернистый и применяется такими же размерами зерна.
6.6. Увлажнение воздуха
Увлажнение воздуха – процесс увеличения его влагосодержания.
Для увлажнения воздуха применяют следующие методы: подмешивание водяного пара; испарение воды в увлажняемый воздух, омывающий поверхность испарения.
Чаще применяют второй способ, хоть он сложнее.
Увлажнение воздуха испарением воды
Увлажнение воздуха испарением воды происходит под влиянием
разности парциальных давлений: пара над поверхностью воды и пара в
увлажняемом воздухе.
В процессе увлажнения температура воды может быть:
- выше температуры воздуха по сухому термометру, тогда температура и энтальпия воздуха будут возрастать;
- выше предела охлаждения, но ниже температуры воздуха – температура будет понижаться, а энтальпия увеличиваться;
- выше точки росы, но ниже предела охлаждения воздуха – температура и энтальпия воздуха будут понижаться;
- равна пределу охлаждения воздуха – температура воздуха при
практически неизменной энтальпии будет понижаться.
Теория испарения показывает, что количество воды, испаряющейся в единицу времени, пропорционально разности парциальных давлений и поверхности зеркала испарения.
Количество испаряющейся воды (кг/ч):
gв = F ∙ b (pн – рп),
где pн – парциальное давление насыщенного пара; рп – парциальное
давление водяного пара; F – поверхность зеркала испарения; b –
коэффициент испарения.
Разность парциальных давлений ограничена, поэтому для увлажнения значительных количеств воздуха в небольших аппаратах необходимо стремиться к увеличению поверхности зеркала испарения. Поэтому воду разбрызгивают в потоке увлажняемого воздуха.
Брызги имеют правильную сферическую форму. Если, например,
раздробить 1 м3 воды на отдельные капли диаметром 0,5 мм, то суммарная поверхность всех капель составит 12000 м 2. Расчетная поверхность испарения образуется суммарной поверхностью того количества
капель, которое в каждый момент времени находится в увлажнительном аппарате. Если длительность пребывания капли в увлажнительном
аппарате равна 1 с, то расчетная поверхность испарения, создаваемая
путем раздробления в 1 час 1 м3 воды на капли диаметром 0,5 мм, составит 12 000 : 3600 = 3,33 м2.
Вода разбрызгивается специальными форсунками (рис. 28), в которых приобретает вращательное движение. По выходе из форсунки
струя воды раздробляется. Несмотря на сравнительное разнообразие
конструкций, наиболее широко применяют форсунки с направляющим
вкладышем и с тангенциальным вводом воды.
Форсунки монтируют на трубах, по которым протекает вода, подаваемая насосом.
а
б
Рис. 28. Форсунки для механического разбрызгивания воды:
а – Кэрьера; б – Торгоборудования
В увлажняемом воздухе, чем выше степень дисперсности факела,
создаваемого форсункой, тем больше разность парциальных давлений
над пограничным слоем и интенсивнее протекают процессы испарения
воды и увлажнения воздуха.
Увлажнение воздуха путем разбрызгивания воды осуществляется
в увлажнительных камерах (рис. 29). Форсунки располагают в одном
поперечном сечении камеры в ряд таким образом, чтобы они выбрасывали брызги воды либо по направлению движения воздуха, либо против
него. В увлажнительной камере могут быть один, два и больше рядов
форсунок.
Чтобы предотвратить возможность выноса капель воды, в конце
увлажнительной камеры устанавливают каплеотделитель – слой из
колец Рашига толщиной 60-100 мм или инерционного типа (рис. 30). В
результате резких изменений направления движения воздуха в каплеотделителе брызги воды попадают на поверхность его лопастей и стекают в поддон.
Рис. 29. Двухрядная горизонтальная камера орошения:
1 – входные направляющие пластины; 2 – трубчатые вертикальные стояки
с отверстиями; 3 – форсунки; 4 – горизонтальные водораспределительные
коллекторы; 5 – пластины каплеуловителей; 6 – присоединительная камера;
7 – поплавковый клапан подпитки от водопровода; 8 – водяной фильтр;
9 – переливное устройство; 10 – поддон; 11 – патрубок присоединения к сливу
Рис. 30. Каплеуловители: 1 – корпус; 2 – кассета; 3 – поддон
Перед входом воздуха в камеру устанавливают еще один каплеотделитель, состоящий не менее чем из двух рядов лопастей. Этот каплеотделитель защищает пространство перед камерой от попадания в
него капель воды. Кроме того, он выполняет роль экрана, защищающего от теплового облучения со стороны калориферов, а также обеспечивает выравнивание скорости воздуха по сечению камеры.
Почти вся вода, выбрасываемая форсунками в увлажнительное
пространство, падает в поддон в виде дождя, часть воды попадает на
стенки камеры и стекает в поддон.
Не всегда отработавшая вода выбрасывается из системы кондиционирования и заменяется свежей. Обычно она нагревается или
охлаждается и возвращается насосом в увлажнительное пространство.
Поэтому в установке предусматривают аппараты для охлаждения или
нагревания воды. Однако более часто применяют способ увлажнения
воздуха, основанный на адиабатическом насыщении.
Система увлажнения должна пополняться водой по мере ее испарения. С этой целью поддон присоединяют к системе водоснабжения
при помощи шарового клапана.
Вместе с воздухом в систему увлажнения проникает пыль, которая
смачивается водой и по мере накопления загрязняет ее. Это может
привести к засорению форсунок. По этой причине в системе должен
быть предусмотрен фильтр. График подбора форсунок на рис. 31.
Рис. 31. График для выбора водораспылительных форсунок
Независимо от установки фильтров для очистки воды не рекомендуется применять форсунки с выходным отверстием диаметром
до 1-1,5 мм. Они легко засоряются случайно попадающими в поддон
твердыми частицами.
Расчет увлажнительной камеры
Расчет увлажнительной камеры ограничивается подбором типовой
камеры и ее основных элементов.
При выборе форсуночной камеры определяют тип камеры с указанием ее индекса; площадь поперечного сечения; плотность размещения форсунок; число рядов форсунок и их количество, диаметр отверстия форсунок; давление воды перед форсунками; количество воды,
разбрызгиваемой одной форсункой.
Коэффициент орошения В представляет отношение количества
воды, разбрызгиваемой в камере в единицу времени, к количеству
увлажняемого воздуха:
В=
Gв
,
L
где Gв – общее количество воды, разбрызгиваемой в камере, кг/ч; L –
количество воздуха, проходящего через камеру, кг/ч.
Скорость движения воздуха в камере рекомендуется 2,5 м/с. Процесс в камере должен продолжаться около 1 с.
Количество воды, разбрызгиваемой в камере:
Gв = n ∙ g,
где n – число форсунок; g – производительность одной форсунки, кг/ч.
В зависимости от количества разбрызгиваемой воды кг/ч, подбирается насос.
Температурный перепад орошающей воды:
Δt =
Q хол
,
Gв
где Qхол – количество тепла отводимого в камере орошения, Вт;
Gв – количество воды, разбрызгиваемой в камере, кг/ч.
Начальная и конечная температуры воды в камере:
tвн =
t мк  t мн (1  Е )  t
E
;
tвк = tвн + Δt,
где tвн – начальная температура воды, подаваемой к форсункам, °С;
tвк – конечная температура воды (температура воды в поддоне камеры), °С;
tмн и tмк – начальная и конечные температуры воздуха по мокрому термометру, °С; Е – коэффициент эффективности; Δt – температурный
перепад орошающей воды, °С.
Коэффициент эффективности оросительной (форсуночной) камеры:
Е=1–
tк  t м2
,
t н  t м1
где tн, tк – начальная и конечная температуры воздуха при входе и выходе из оросительной камеры; tм1, tм2 – начальная и конечная температуры мокрого термометра при входе и выходе из оросительной камеры.
Значение коэффициента эффективности Е в зависимости от числа
рядов форсунок и направления выхода факела приведены в табл. 7.
Таблица 7
Значение коэффициента эффективности Е
Число рядов в камерах
Один, установленный по ходу воздуха
Один, установленный против хода воздуха
Два – один по ходу, другой против хода воздуха
Два – по ходу воздуха
Два – против хода воздуха
Три – один по ходу и два против хода воздуха
Е
0,6-0,7
0,65-0,75
0,9-0,95
0,85-0,9
0,9-0,95
1,0
Влажность воздуха, выходящего из камеры, зависит от начальной
влажности н воздуха.
Сопротивление каплеуловителя:
Н = m ∙
2
 ,
2g
где m – число пластин, образующих каплеуловитель;  – коэффициент
сопротивления одной пластины;  – скорость движения воздуха, м/с;  –
удельный вес воды, кг/м3; g – количество воды, кг/ч.
Увлажнение воздуха подмешиванием пара
Увлажнение воздуха может осуществляться путем подмешивания
к нему водяного пара. На d-i-диаграмме этот процесс изображается
(рис. 32) лучом процесса 1-2.
Увлажнение воздуха подмешиванием насыщенного пара умеренного давления сопровождается незначительным повышением температуры воздуха.
Сам процесс увлажнения проходит в увлажнительной камере, где
устанавливают отрезок трубы с отверстиями, через которые пар поступает в поток воздуха и быстро перемешивается с ним, образуя однородную смесь.
Рис. 32. Процессы увлажнения воздуха паром (1-2)
и тонко распыленной водой (1-2') – в камере
На судах для увлажнения обрабатываемого воздуха применяют
специальные устройства. Паровые увлажнительные устройства имеют
небольшие габариты. Их устанавливают между воздухонагревателями
первичного и вторичного подогрева. Недостаток пароувлажнителей:
шум, вызываемый дросселированием и истечением пара; воздух может
приобретать запах энергетических установок.
Применяют два типа конструкций паровых увлажнителей: с тепловой защитой паровой трубки и без нее (рис. 33). В основном, используются в системах кондиционирования воздуха без тепловой защиты.
Рис. 33. Паровой увлажнитель без тепловой защиты: 1 – гайка; 2 – диафрагма;
3 – фланец; 4 – трубка; 5 – фланец крепления к корпусу кондиционера;
6 – шумоглушитель; L – длина рабочей трубки
Рис. 34. Пароувлажнитель
Форсуночные пароувлажнители Hygromatik (рис. 34). Основные характеристики увлажняющих камер: длина участка увлажнения, объем обрабатываемого
воздуха, скорость движения потока воздуха, давление, создаваемое насосом.
6.7. Воздухонагреватели и воздухоохладители судовых
систем кондиционирования воздуха
Воздухонагреватели
В судовых установках кондиционирования воздуха применяют
нагреватели воздуха трех типов: паровые водяные и электрические.
Паровые и водяные воздухонагреватели обычно используют в неавтономных центральных, групповых и местных кондиционерах, а также
в каютных доводочных воздухораспределителях (водяные).
Электрические воздухонагреватели обычно набираются из прямых
или петлеобразных трубчатых электронагревательных элементов
(ТЭН). Они используются в основном в судовых автономных кондиционерах, а также в местных, групповых и в каютных доводочных воздухораспределителях.
На морских транспортных, пассажирских и других судах наиболее
экономичны и целесообразны водяные или паровые воздухонагреватели, вторые – вдвое компактнее первых. Применение электрических
воздухонагревателей связано с большим расходом электроэнергии.
В судовых системах кондиционирования воздуха большое распространение получили паровые петлевые воздухонагреватели типа НВП с
трубками, имеющими спирально-навивное оребрение, а также охладители – нагреватели воздуха с трубными досками типа ОНВ. В качестве
воздухонагревателей используют также петлевые охладители воздуха
типа ОВП.
На рис. 35 показано устройство и габаритные размеры паровых
воздухонагревателей типа ВНП, встраиваемых в центральные кондиционеры типа «Бриз» и «Пассат»
Эти паровые воздухонагреватели имеют от 9 до 20 трубок в ряду и
два ряда по ходу воздуха. Их поверхность теплообмена Fн соответственно 3,63-14,8 м2. Расчетная температура воздуха перед ВН1 – 25
°С, а перед ВН2 18 °С. Аэродинамическое сопротивление этих воздухонагревателей в номинальном режиме работы 5-18 кг/м2.
Устройство водяных воздухонагревателей типа ВНВ с поверхностью теплообмена из унифицированных секций для кондиционеров типа «Муссон». Если в паровых воздухонагревателях достаточно двух
рядов труб по ходу воздуха, то в водяных – их должно быть четыре.
Рис. 35. Устройство парового воздухонагревателя типа ВНП:
1, 2 – коллекторы; 3 – фланец; 4 – стенка боковая; 5 – переходник;
6, 7 – коллекторы; 8, 13 – трубные доски; 9 – штуцер;
10, 11 – десяти- и шеститрубная секции; 12 – калач
На рис. 36 показано устройство электрического воздухонагревателя для судовых местных кондиционеров. Такие нагреватели компонуют
из U-образных или прямолинейных трубчатых электронагревательных
элементов ТЭНов. Они работают на переменном или постоянном токе.
В судовых воздухонагревателях используют гладкотрубные и оребренные ТЭНы, обычно с наружным диаметром трубки 10 или 12,5 мм.
Рис. 36. Устройство электронагревателя воздуха местного кондиционера:
1 – корпус; 2 – сальники; 3 – перемычка; 4 – нагревательный элемент;
5 – прокладка; 6 – панель
Воздухоохладители
Охлаждение и осушение воздуха в летний период осуществляется
в воздухоохладителях. Они делятся на две группы: контактные, в которых воздух охлаждается и осушается при непосредственном контакте с
хладоносителем (водой, рассолом) и поверхностные воздухоохладители в которых воздух и хладоноситель отделены один от другого поверхностью.
Третья группа – это детандеры, в которых осушение и охлаждение
воздуха происходит за счет его расширения. Они входят в состав воздушных турбокомпрессорных кондиционеров. Принципиальные схемы
устройства основных типов воздухоохладителей изображены на рис. 37.
Первые а, б, в, г – контактные воздухоохладители, д – поверхностный.
Вода охлаждается за счет кипящего хладагента в змеевике. Оросительные воздухоохладители применялись в прошлом. Они больших
габаритов и большого аэродинамического сопротивления.
Пенный тип, работает за счет встречи воздушного потока и воды
на решетке, где создается при определенных скоростях сред пенный
режим. Высота слоя пены над решеткой может составлять 30-700 мм.
Циклонные аппараты. Здесь воздух подается через улитку, где закручивается. Вода подается сверху разбрызгивателем. Создается пенный эффект.
Рис. 37. Основные типы воздухоохладителей: а – форсуночный;
б – оросительный; в – пенный; г – циклонно-пенный;
д – поверхностный; В1 и В2 – воздух на входе и выходе из аппарата;
w1 и w2 – хладоноситель (вода) на входе и выходе из аппарата.
1 – корпус; 2 – форсунки; 3 – каплеуловитель; 4 – поддон; 5 – насос;
6 – смесительный клапан; 7 – фарфоровые кольца Рашига; 8 – змеевик;
9 – решетка; 10 – слив пульпы; 11 – улитка; 12 – разбрызгиватель;
13 – устройство; 14 – поверхностный теплообменник; 15 – слив
Поверхностные воздухоохладители. Воздух в них охлаждается и
осушается при обеспечении температуры поверхности теплообмена
ниже точки росы поступающего в воздухоохладитель воздуха. Это достигается подачей в трубки достаточно холодного хладоносителя.
Поверхностные воздухоохладители значительно компактнее контактных. Поэтому они очень широко применяются в СКВ. Поверхностные воздухоохладители непосредственного охлаждения приведены на
рис. 38.
Рис. 38. Устройство воздухоохладителя непосредственного испарения
центральных кондиционеров типа «Экватор» и «Бриз»
1, 10 – передние и задние трубные доски; 2-распределитель «паук»;
3 – калачи; 4 – фланцы; 5 – коллектор; 6 – боковой лист; 7 – ручки;
8 – шеститрубные секции; 9 – десятитрубные секции
6.8. Фильтрация воздуха в системах кондиционирования
Очистку приточного воздуха производят различными способами.
Отделить пыль от воздуха можно воздействием на пылевые частицы
различного рода сил, например, сил трения, тяжести или электростатических.
Применение того или иного способа улавливания пыли зависит от
концентрации ее в воздухе, от рода и степени крупности частиц.
Приточный воздух очищают при помощи устройств, пропускающих
воздух, но задерживающих пыль. Такие устройства называют фильтрами. Для задержания частиц пыли воздух пропускают через слой фильтрующего материала.
Использование воздушных фильтров необходимо для поддержания
заданной в соответствии с технологическими требованиями чистоты воздуха в помещениях. Кроме того важно здоровье людей, находящихся в
помещениях. При прохождении воздуха через систему вентиляции происходит концентрация пыли в воздуховодах, что при некачественной очистке
или несвоевременной замене воздушных фильтров приводит к понижению
работоспособности людей и возникновению различных заболеваний.
Существуют причины использования фильтров в приточных камерах: для предотвращения попадания загрязнений из внешнего воздуха
в здание, а также для защиты частей установки от загрязнения. Поэтому фильтры устанавливают и в системах вентиляции и в системах кондиционирования воздуха.
Фильтры отличаются формами и типом фильтрующего материала.
Воздушные фильтры подразделяются по материалам: тканевые, бумажные, электростатические тканевые. Ячейковые сетчатые, ячейковые: плоские, гофрированные и карманные, складчатые, карманные и кассетные.
Отношение количества пыли, задержанной фильтром, к количеству
пыли перед фильтрацией называется коэффициентом очистки:
=
Sн  Sк
 100, %,
Sн
где Sн – начальное содержание пыли в воздухе, мг/м 3, Sк – конечное
содержание пыли в воздухе, мг/м3.
Тканевые фильтры. Коэффициент очистки возрастает с увеличением степени ворсистости ткани. Тканевые фильтры обеспечивают достаточно хорошую очистку воздуха от пыли лишь при сравнительно
небольших скоростях его движения, т.е. требуется большая поверхность фильтра. Ткань обычно натягивают зигзагообразно для придания
компактных размеров фильтра.
Бумажные фильтры. Фильтрующим материалом является специальный сорт пористой и морщинистой бумаги – алигнин. Эта петлеобразно сложенная бумажная лента закрепляется в кассетах, устанавливаемых в несколько рядов в ящике-ячейке. Когда бумажный фильтр
загрязняется, заменяют новым.
Электростатические тканевые фильтры. Для улавливания пыли можно использовать и электростатические силы. С развитием производства пластмасс выяснилось, что целый ряд их обладает свойством заряжаться от трения и притягивать к себе пылинки. В тканевых
фильтрах происходит интенсивное трение запыленного воздуха о
ткань, и она становится гладкой. Изготовляют специальные ноздреватые ткани, состоящие частично или полностью из пластмассовых нитей.
Пропуск воздуха через эти ткани резко увеличивает коэффициент пылеулавливания и дает возможность улавливать мельчайшие фракции
пыли, которые нельзя уловить обычными тканевыми фильтрами.
Частички сажи, дым, металлическая пыль, пыльца, вирусы и бактерии имеют различную величину менее 1 мкм. Считается, что эти загрязнители являются одним из основных факторов, вызывающим многие астматические и аллергические заболевания.
Поскольку 99,99 % всех частиц, находящихся в воздухе, имеют
размер менее 1 мкм, в системах вентиляции и кондиционирования воздуха необходимо использовать достаточно тонкие фильтры. Фильтры
часто условно подразделяются на три класса в зависимости от этой
способности: грубые, тонкие и абсолютные.
Степень очистки фильтрующих материалов регламентируется требованиями ГОСТ Р 51251-99 и европейским стандартом ЕUROVENT
4/9, DIN 185.
К фильтрам грубой очистки относят фильтры классов ЕU1-ЕU4, к
фильтрам тонкой очистки – ЕU5-ЕU9. Фильтрами абсолютного класса
считаются фильтры ЕU10-EU14.
Фильтры из стекловолокна лучше сохраняют свои свойства, чем фильтры
из синтетических волокон. Очень важно защищать фильтр от влаги, так как она
может изменить характеристики волокон фильтра и оказать воздействие на степень очистки. Фильтры из стекловолокна более подвержены воздействию влаги,
чем фильтры из синтетических волокон.
В настоящее время используются фильтры отечественного и импортного производства. Из отечественных фильтров наибольшей популярностью пользуются фильтры ячейковые плоские (ФяРБ, ФяВБ, ФяУБ)
и гофрированные (ФяГ); ячейковые карманные (ФяК) и складчатые
(ФяС). Из импортных – фильтры карманного типа (FRP и FRU) и фильтры кассетного типа (FRC).
Фильтры ячейковые плоские типа ФяРБ, ФяВБ, ФяУБ по степени
очистки – III класса. Они обеспечивают очистку атмосферного воздуха
от пылевых частиц крупнее 10 мкм.
Фильтры Фя состоят из ячейки и установочной рамы. В корпусе
ячейки уложен фильтрующий слой (материал) (рис. 39).
Рис. 39. Фильтры типа ФяРБ
Ячейки фильтров ФяВБ, ФяРБ промывают теплой водой. Для
улучшения промывки в воду можно добавлять поверхностно-активные
вещества, например, 10 % каустической соды. Фильтрующий материал
фильтров ФяУБ заменяется новым.
Для поглощения газов, запахов и паров токсичных веществ используются угольные фильтры с использованием картриджей с засыпным углем или материала с угольным наполнением.
Основные типы фильтров систем кондиционирования:
1. Механические фильтры или фильтры грубой очисти. Действуют
наподобие сита – удаляют большие твердые частицы: крупные частицы
пыли, тополиный пух, волокна, шерсть животных и т.п.
2. Адсорбирующие, угольные (карбоновые) фильтры. Эффективно
адсорбируют, поглощают запахи сигарет, животных, пищи и т.п. Угольные фильтры требуют замены каждые 2,5-4 месяца.
3. Антибактериальные фильтры. Фильтры, обработанные специальными веществами, обладают свойствами убивать или обезвреживать различные микроорганизмы (бактерии, вирусы, грибки). Они не
только очищают воздух, но и препятствуют размножению этих микроорганизмов на самих фильтрах.
Цеолитный (фотокаталитический) фильтр. В состав цеолитного
фильтра помимо активированного угля входит лампа ультрафиолетового излучения, «расщепляющая органику». Цеолит (искусственный или
естественный) - это чаще всего сухая природная гранулированная глина. Цеолит применяется, как добавка к активированному углю. Эти
фильтры обеспечивают высокую эффективность работы в течение 3-5
лет. А угольные фильтры должны заменяться каждые 6 месяцев.
Катехиновый фильтр. Обезвреживает бактерии и вирусы, а также
расщепляет на безвредные соединения и дезодорирует молекулы, с
которыми связаны запахи пота, сигаретного дыма. Катехин, природный
антисептик, извлекается из зеленого чая.
Фильтр «Васаби», работает, как катехин, основан на бактерицидных свойствах японского хрена.
Плазменный ионизатор. С помощью высокого напряжения (почти
5 тыс. вольт) он выжигает все микроорганизмы: бактерии, вирусы, грибки. Пластина очистки: отрицательно заряженные ионы притягивают положительно заряженные частицы в воздухе. Электрически активная
область: абсорбирует и расщепляет частицы, ионизирующий узел придает загрязняющим частицам положительный электрический заряд.
Срок службы воздушных фильтров индивидуален и зависит от месторасположения объекта, времени года, розы ветров и многих других
факторов. Загрязненность контролируют, наблюдая за перепадом давления (сопротивление фильтра воздушному потоку) на воздушном
фильтре. Рекомендуемое конечное сопротивление для фильтров грубой очистки составляет 250 Па, для фильтров тонкой очистки – 450 Па,
для фильтров абсолютной очистки – 600 Па. Грубая очистка: панельные и кассетные фильтры – 1 раз в месяц летом, 1 раз в 2-3 месяца
зимой, карманные фильтры – 3-4 раза в год. Тонкая очистка: карманные
фильтры – 2-3 раза в год, компактные фильтры – 2 раза в год.
Судовые фильтры
Судовые СКВ снабжены фильтрами, очищающими воздух от пыли,
газовых примесей и запахов.
В зависимости от агрегатного состояния примеси, содержащиеся в
воздухе, подразделяются на три группы:
а) твердые частицы (пыль и дым);
б) жидкие частицы (туман);
в) газообразные частицы (пары и газы).
В морском воздухе и воздухе судовых помещений всегда содержится то или иное количество примесей.
Количество пыли, находящейся в наружном воздухе, зависит от
расстояния судна от берега.
Большая запыленность воздуха наблюдается на судах, перевозящих сыпучие, пылящие грузы.
На судах отечественной постройки в СКВ используют в основном
сетчатые масляные фильтры (для покрытия сеток или другого заполнителя фильтра служат висциновое, веретенное и любое другое, достаточно липкое, не имеющее запаха масло). На некоторых судах применяют марлевые фильтры, которые могут улавливать только крупнодисперсную пыль, наименее вредную для человека, так как она не попадает во внутренние дыхательные органы. Марлевые фильтры предотвращают засорение ребристой поверхности теплообменников, оборудования кондиционирования воздуха.
Степень очистки воздуха в масляных фильтрах до 95-98 %, но они
имеют недостатки: малая пылеемкость, а следовательно, и частые
очистки, которые весьма трудоемки, возможность загрязнения воздуха
акролеином (при высоких температурах), необходимость периодической промывки сеток от загрязненного масла и покрытия их чистым. Для
СКВ на судах применяются электростатические фильтры из синтетических волокнистых материалов, типа «Плиотрон». Они обладают хорошими характеристиками по очистке воздуха от пыли. К электризующим
синтетическим материалам, работающим не только поверхностным
слоем, но и всем объемом, относятся лавсан, хлорин, ацетохлорин. Эти
материалы укладывают в фильтр слоями.
Фильтрующий слой хлорина толщиной 15 мм задерживает частицы
размером до 5 мкм и очищает воздух от пыли на 99 %.
Вследствие невысокой пылеемкости фильтрующего материала эти
фильтры целесообразно устанавливать при малой запыленности воздуха или после масляных фильтров.
В отечественных фильтрах в качестве фильтрующего материала
наиболее часто применяют перхлорвинил (фильтры ФПП). Этот материал, кроме того, очищает приточный воздух от токсичных и радиоактивных веществ.
На судах, перевозящих пылящие грузы, вследствие большой запыленности наружного воздуха все вышерассмотренные фильтры бу-
дут быстро засоряться. В этом случае могут быть использованы циклонно-пенные аппараты. Наряду с эффективной очисткой воздуха в них
осуществляется его охлаждение и осушение.
Эти фильтры меньших габаритов, просты в регенерации. Также
используется фильтрующий материал из синтетических волокон полипропилена. Материал устойчив к действию минеральных кислот,
щелочей, не горит и не выделяет токсических веществ в условиях
эксплуатации на судах. Очищают электростатический фильтр путем
простукивания, продувки воздухом с чистой стороны, промывкой
теплой чистой струей воды (~40 °С). Если пыль содержит замасленные частицы, фильтр необходимо прополоскать в специальном моющем растворе.
Борьба с неприятными запахами в судовых условиях затруднена, в
связи с их быстрым распространением по всему судну. К методам
борьбы с запахами относятся адсорбция, промывка воздуха, конденсация пахучих веществ, маскировка запахов и вентиляция помещений.
При большой загазованности помещений парами необходима
установка адсорбционных фильтров активированного угля у источников
газовыделений и в системе вентиляции или кондиционирования воздуха. Очистка воздуха от пахучих водорастворимых газов и паров (аммиака, аминов и т.д.) осуществляется в кондиционере в процессе охлаждения воздуха и выделения влаги, которая поглощает эти вещества.
Наиболее стойкий и распространенный запах в жилых помещениях – от табачного дыма. Практикой установлено, что количество свежего воздуха, достаточное для борьбы с табачным дымом, обеспечивает и устранение запаха человеческого тела.
Количество подаваемого свежего воздуха, регламентированное
санитарными правилами, определяется, исходя из предельно допустимых концентраций углекислого газа в судовых помещениях, и оказывается ниже приведенных значений.
При выборе метода очистки воздуха необходимо исходить из количественного и качественного состава примесей, находящихся в воздухе, а также требуемой степени его очистки. Кроме того, следует учитывать сопротивление фильтра воздушному потоку и способность фильтрующих поверхностей накапливать примеси и восстанавливать свою
фильтрующую способность.
Очистка воздуха от твердых частиц может осуществляться путем:
- соприкосновения частиц с липкой поверхностью;
- фильтрации воздуха через волокнистые материалы;
- прохождения воздуха через электростатическое поле.
В связи с тем, что размеры частичек механических примесей, содержащихся в воздухе, 0,01-100 мкм, они не могут быть удалены с помощью какого-либо одного типа фильтра при высокой эффективности
его работы. Наиболее грубые частички удаляются в масляных фильтрах, а мелкие и мельчайшие – в волокнистых и электрофильтрах.
В соответствии с санитарными правилами при обычных методах
очистки воздуха для рециркуляции может быть использовано не более 30 % воздуха помещений. При эффективной очистке от микроорганизмов и газов процент рециркуляционного воздуха может быть повышен путем применения кассетных или других фильтров с активированным углем.
Воздушные фильтры устанавливаются, как правило, в приемных
отверстиях приточных воздуховодов перед поверхностными теплообменными аппаратами кондиционеров; иногда – отдельно в рециркуляционных приточных воздуховодах.
Подбор и установка фильтров зависит от степени очистки воздушного потока и от расхода воздуха V м3/ч, обрабатываемого фильтрами.
Контрольные вопросы
1. Понятие коэффициента орошения?
2. Как изменяются основные параметры воздуха при его нагревании?
3. Что влияет на тепловую нагрузку воздухонагревателя?
4. Какие теплоносители применяются для нагревания воздуха?
5. Понятие «мокрого» и «сухого» охлаждения воздуха?
6. Назначение каплеуловителей.
7. Методы осушения воздуха.
8. Способы и методы увлажнения воздуха.
9. Понятие адиабатного увлажнения.
10. Что учитывает коэффициент эффективности оросительной камеры?
11. Типы судовых воздухоохладителей.
12. Какие существуют степени очистки воздуха?
13. Какая характеристика воздушного потока влияет на подбор фильтра
систем кондиционирования воздуха?
14. Типы фильтров и материал, применяемый для очистки воздуха?
7. СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
7.1. Классификация систем кондиционирования воздуха
Современные системы кондиционирования воздуха классифицируются по следующим признакам:
1. По сезонности работы: летнего и зимнего сезона, круглогодичные.
В процессе обработки воздух летнего сезона в кондиционерах охлаждается и осушается, зимнего режима – воздух нагревается и увлажняется.
2. По основному назначению: комфортные и технологические.
Системы комфортного кондиционирования предназначены для создания и автоматического поддержания температуры, относительной
влажности, чистоты и скорости движения воздуха, отвечающих оптимальным санитарно-гигиеническим требованиям для помещений, где
находятся люди.
Технологическое кондиционирование обеспечивает климатические
условия, необходимые для технологических надобностей, хранения
грузов, технологического процесса и т.д.
3. По принципу расположения по отношению к обслуживаемому
помещению: центральные и местные.
Центральные кондиционеры расположены вне обслуживаемых помещений и кондиционируют одно большое помещение или много отдельных. Они могут обрабатывать воздух до 120000 м 3/ч.
Центральные СКВ оборудуются центральными неавтономными
кондиционерами, которые изготавливаются по базовым (типовым) схемам компоновки оборудования и их модификациям.
Местные кондиционеры рассматриваются на базе автономных и
неавтономных кондиционеров, устанавливаются непосредственно в
обслуживаемых помещениях.
4. По наличию источника тепла и холода: автономные и неавтономные. Автономные СКВ снабжаются извне только электрической энергией (сплит-системы, шкафные и т.д.). Эти кондиционеры имеют встроенные компрессионные холодильные машины, работающие на фреоне
R-22. Автономные кондиционеры воздуха бывают с воздушным, водяным или испарительным охлаждением конденсатора. Также могут работать по циклу теплового насоса.
Неавтономные системы кондиционирования воздуха – подается
отдельно тепло и холод (системы чиллеров-фанкойлов, центральные
кондиционеры с местными доводчиками и т.п.).
Неавтономные СКВ подразделяются на:
- воздушные – подается только воздух при их использовании в обслуживаемом помещении (миницентральные, центральные кондиционеры);
- водовоздушные – подводится воздух и вода, несущие тепло или
холод, либо то и другое вместе (системы чиллеров-фанкойлов, центральные кондиционеры с местными доводчиками и т.п.).
Снабжаются извне холодом (холодной водой или хладагентом),
теплом (горячей водой, паром или электричеством) и электрической
энергией для привода электродвигателей вентиляторов, насосов и пр.
5. По принципу действия: прямоточные, рециркуляционные и комбинированные.
Прямоточные системы кондиционирования воздуха полностью работают на наружном воздухе, после обработки воздух подается в помещение.
Рециркуляционные СКВ обрабатывают воздух, забранный из самого помещения, после обработки в кондиционере опять подается в помещение. Применение таких систем обусловлено определенными требованиями, в зависимости от назначения помещений.
Комбинированные системы обрабатывают воздух, поступающий из
помещения, затем он с частичной подачей (около 40 %) наружного воздуха подается в помещение. Идет смешение наружного потока воздуха
и внутреннего забранного из помещения.
6. По способу регулирования выходных параметров кондиционированного воздуха: качественное и количественное.
Качественное регулирование называют одноканальные системы, в
которых обработанный воздух при заданных параметрах подается из
кондиционера по одному каналу.
Количественное регулирование систем кондиционирования воздуха заключается в подаче холодного и теплого воздуха в помещения по
двум параллельным каналам. Далее температура в каждом помещении
регулируется комнатным терморегулятором, воздействующим на местные смесители (воздушные клапаны), которые изменяют соотношение
расходов холодного и подогретого воздуха в подаваемой смеси.
7. По степени обеспечения метеорологических условий в помещении: первого, второго и третьего класса.
Согласно СНиП 2.04.05-91 по степени обеспечения метеорологических условий:
- первый класс в соответствии с нормативными требованиями
обеспечивает требуемые для технологического процесса параметры;
- второй класс – санитарно-гигиенические нормы или требуемые
технологические нормы;
- третий класс – обеспечивает допустимые нормы, если они не могут быть обеспечены вентиляцией в теплый период года без применения искусственного охлаждения воздуха.
8. По количеству обслуживаемых помещений: однозональные и
многозональные. Однозональные центральные СКВ обслуживают
большие помещения с равномерным распределением тепла и влагопоступлений. Эти СКВ обычно комплектуются устройствами для утилизации тепла (теплоутилизаторами) или смесительными камерами.
Многозональные центральные системы кондиционирования воздуха применяются для обслуживания больших помещений или группы
небольших помещений. Они экономичны, в сравнении с отдельными
СКВ.
9. По давлению, создаваемому вентилятором установки:
- низконапорные, создается давление потока воздуха до 1000 Па;
- средненапорные – от 1000 до 3000 Па;
- высоконапорные – выше 3000 Па.
10. По числу магистральных воздуховодов СКВ:
- одноканальные – обработанный воздух после СКВ поступает в
помещения по одному каналу с требуемыми параметрами;
- двухканальные – два канала с разными параметрами воздуха и
после идет регулируемое смешение;
- бесканальные – обработанный воздух, поступает сразу от СКВ
установленного внутри обслуживаемого помещения.
11. По скорости движения потока воздуха в магистралях системы:
- низкоскоростные (в магистралях – 15-17 м/с, на участках – 6-8 м/с);
- среднескоростные (17-22 м/с, 8-12м/с);
- высокоскоростные (22-30 м/с, 12-20 м/с).
12. По роду применяемого агента: с рассольным охлаждением и с
непосредственным охлаждением.
С рассольным охлаждением – хладоноситель – вода или водные
растворы солей (рассол).
С непосредственным охлаждением – специальная жидкость (хладагент), которая испаряется непосредственно в воздухоохладителях.
13. По типу холодильных машин различают СКВ с машинами:
- парокомпрессорными (парокомпрессионными – машины потребляют механическую и тепловую энергию);
- воздушными;
- пароэжекторными;
- абсорбционными;
- термоэлектрическими.
Последние три типа потребляют тепловую энергию.
13. По конструктивному исполнению кондиционеры можно разделить на два больших класса: моноблочные – состоящие из одного блока (оконные, мобильные и т.п.) и сплит-системы – состоящие из двух и
более блоков (настенные, канальные, кассетные, VRF-системы и т.п.
14. Бытовые и промышленные кондиционеры. К бытовым обычно
относят кондиционеры малой и средней мощности (до 7 кВт), применяемые для охлаждения небольших помещений площадью 15-80 м2.
Промышленные и полупромышленные кондиционеры большей мощности используются для охлаждения больших площадей (от 100 м2 и выше) и для централизованного охлаждения целых зданий.
Промежуточное положение между бытовыми и промышленными
системами имеют полупромышленные кондиционеры. При мощности от
7 до 25 кВт они могут использоваться как в бытовых условиях, так и на
предприятиях и т.п.
Промышленные – мощностью более 25 кВт.
К классу моноблочных бытовых кондиционеров относятся все
оконные, мобильные кондиционеры, а также сплит-системы настенного
и напольно-потолочного типа и т.д.
7.2. Краткая характеристика кондиционеров воздуха
Центральный кондиционер.
Центральные кондиционеры предназначены для термовлажностной обработки воздуха и подачи его в помещения. Современные центральные кондиционеры выпускаются в секционном исполнении. Процессы обработки воздуха осуществляются в отдельных секциях предназначенных для фильтрации, нагревания, охлаждения, увлажнения
или осушения воздуха. Кондиционеры могут выполнять, как простые
функции обработки воздуха, так и более сложные – теплоутилизация и
увлажнение.
Рис. 40. Общий вид центрального кондиционера КТЦ:
1 - воздухоприемный клапан; 2 - люк обслуживания; 3 - подставка,
4 - калориферы первого подогрева; 5,7 – смесительная секция; 6 – камера орошения;
8 – секция фильтрации; 9 – калорифер второго подогрева;
10 – переходная секция к вентилятору; 11 – вентилятор; 12 – электродвигатель;
13 – виброамортизаторы; 14 – гибкая вставка; 15 – воздуховодприточного воздуха;
16 – рециркуляционный воздуховод; 17 – воздуховод первой рециркуляции;
18 – проходной клапан.
Центральные кондиционеры, работающие с рециркуляцией (рис.
40), комплектуются смесительной камерой, позволяющей подавать переменные объемы наружного (свежего) и рециркуляционного воздуха.
Использование в центральном кондиционере рециркуляции и тепло-
утилизации позволяет существенно сократить затраты тепловой энергии, связанные с обогревом воздуха в холодное время года. Если рециркуляция воздуха недопустима в связи с технологическими особенностями обслуживаемого помещения, то применяют центральную прямоточную схему кондиционера.
Центральные кондиционеры широко используются в комфортном и
технологическом кондиционировании, обслуживая одно большое помещение или группу помещений. Кондиционеры этого типа разбиваются на три группы: прямоточные, с рециркуляцией и с теплоутилизацией.
Центральные кондиционеры с теплоутилизацией обеспечивают энергосбережение работы установки при подаче тепла от вытяжного воздуха к
наружному в рекуператоре. Особенно эффективно использование теплоутилизации в зимнее и ночное время.
Основные секции, используемые при компоновке
центральных кондиционеров.
Секции могут быть скомпонованы (рис. 41) в двухъярусном исполнении или с учетом рельефов помещений, в которых устанавливается
кондиционер. Размеры секций унифицированы и зависят, как правило,
от расхода и скорости обрабатываемого в кондиционере воздуха.
Рис. 41. Схема компоновки центрального кондиционера POWERNED:
1,3 - центробежный вентилятор, 2 – воздухонагреватель,
3 – воздухоохладитель, 4, 5 - шумоглушитель, 6 – рекуператор роторный,
7 – каплеуловитель, 8, 9 – утепленный клапан, 10,11 - фильтр
Секция охлаждения представляет собой водяной или фреоновый
теплообменник, изготовленный из медных трубок с алюминиевыми ребрами. В качестве хладагента (рабочей среды) может быть охлажденная вода, смесь воды и гликоля, фреон. Секция охлаждения снабжается поддоном для сбора конденсата.
В секции нагревания используются водяные, паровые, электрические и газовые нагреватели. Конструктивно воздухонагреватели выгля-
дят, так же как и воздухоохладители – из медных трубок с оребрением.
Нагрев воздуха регулируется изменением температуры и расхода горячей воды или электричества. Паровые теплообменники снабжаются
линией для слива конденсата.
Секция увлажнения представляет собой камеру орошения, форсуночную камеру или секцию парового увлажнения. Камера орошения
состоит из корпуса, в котором установлены гребенки, поддон и насос.
При увлажнении воздуха применяются специальные секции: поверхностный увлажнитель, паровой увлажнитель, оросительная (форсуночная) камера, атомайзер (блоки с воздушно-водяным распылением)
Секция фильтрации. Фильтры размещаются в тех частях кондиционера, через который проходит весь обрабатываемый воздух и так,
чтобы защитить от пыли как можно большее количество секций. Кондиционер оснащается фильтрами различного класса в зависимости от
требований предъявляемых к чистоте воздуха помещений.
Секция шумоглушения предназначена для снижения уровня шума,
создаваемого центральным кондиционером. Внутри секции шумоглушения закреплены звукопоглощающие пластины.
Шумоглушители существуют нескольких типоразмеров и разным
количеством звукопоглощающих пластин.
Вентиляторная секция предназначена для подачи обрабатываемого воздуха в помещение, а также вытяжки воздуха из помещения. Как
правило, в центральных кондиционерах применяются радиальные
(центробежные) вентиляторы одностороннего и двустороннего всасывания. Вентиляторы с прямым приводом от электродвигателя применяются на небольших кондиционерах.
Производительность вентиляторной секции зависит от производительности центрального кондиционера.
Обычно вентиляторная секция состоит из одного вентилятора и
одного элетродвигателя. Встречаются секции, где устанавливаются
дополнительный шкив и резервный двигатель, для подключения в случае отказа основного двигателя.
Секция рекуперации тепла (теплоутилизаторы) применяется для
использования тепла воздуха, удаляемого из помещений. Теплоутилизаторы повышают эффективность работы центральных кондиционеров
и возможность использовать их при недопустимости применения рециркуляционного воздуха.
Примеры нескольких типов компоновки центральных кондиционеров приведены на рис. 42.
Рис. 42. Конфигурация компоновки секций
Для работы центральные кондиционеры обязательно должны комплектоваться системой управления, куда входят датчики температуры и
влажности, термостаты, датчики давления или реле перепада давления, приводы воздушных и водяных клапанов, запорные клапаны.
Автоматика центральных кондиционеров должна обеспечивать:
- включение вентиляторов (ступенчатое, плавное или дискретное);
- управление электронагревателями (плавное или ступенчатое);
- включение компрессорно-конденсаторного блока при наличии
фреонового охладителя;
- управление работой увлажнителей;
- управление работой секции рекуперации;
- поддержание оптимальной температуры и влажности заданной в
помещении;
- контроль параметров кондиционера и сигнализация об отказах;
- индикацию параметров и состояния кондиционера.
Кондиционеры сплит – систем.
В жилых и общественных (офисных) помещениях устанавливаются
сплит-системы.
Сплит системы состоят из двух блоков – внутреннего, расположенного в помещении и наружного блока вынесенного на улицу, где располагается компрессор. Наружный блок (рис.43) устанавливается на
стене здания, на крыше, чердаке или в других возможных местах. Внутренние блоки (рис. 44) устанавливаются непосредственно в кондиционированном помещении, и выполняет функции: охлаждение, осушение,
нагрев, фильтрацию и вентиляцию обрабатываемого воздуха. Внутренние блоки сплит-систем обеспечивают эффективную поддержку заданных параметров воздуха и работают почти бесшумно.
Кондиционеры сплит-систем подразделяются по типам внутренних
блоков: настенные (рис. 45а), напольно-потолочные, колонные и кассетные.
Рис. 43. Состав наружного блока KING:
1-компрессор, 2-четырёхходовой клапан,
3-теплообменник – конденсатор, 4 – звукоизоляция,
5 – вентилятор, 6 – кожух, 7 – выходная решётка,
11 – сливной патрубок.
Недостатком таких систем считается невозможность использования свежего воздуха в помещении. Сплит-системы таких моделей, как
канального, кассетного и отдельных моделей напольно-потолочного
типа позволяют организовать подачу свежего воздуха от 10 до 20%.
Блоки соединены между собой двумя медными трубками в теплоизоляции, кабелями электропитания и управления.
Внутренние блоки настенного типа применяются в помещениях
площадью от 15 до 160 м2. Мощность их ограничена: 2-7 кВт.
Сплит-системы напольно-потолочного типа используются там,
где нет подшивного потолка, в помещениях с большой площадью
остекления. Распределение воздуха равномерное, сразу по четырем
направлениям. Мощность: от 3 до 13 кВт (рис. 45в).
Рис. 44. Состав внутреннего блока KING:
12 – теплообменник-испаритель, 13 – вентилятор тангенциального типа,
14 - решётка, 15 – входной фильтр, 16 – направляющие жалюзи,
17 – створки, 18 – лицевая панель, 19 – светодиоды, 20 – датчики
температуры, 21 – плата управления, 22 – монтажная плата, 23 – пульт
дистанционного управления
Сплит–системы кассетного типа устанавливаются при наличии подвесного потолка, где встраивается внутренний блок. Мощность: 5-12 кВт (рис. 45б).
Кассетный кондиционер устанавливается в подвесном потолке.
Распределяет охлажденный воздух через нижнюю часть блока, которая
закрывается декоративной решеткой с распределительными жалюзи.
Достоинство: незаметность, равномерное распределение воздушного
потока по четырем направлениям.
Сплит–системы колонного типа (рис. 46а) используют в помещениях большого объема в местах, где нельзя располагать блоки на
стенах или на потолке. Имеют холодопроизводительность от 6 до 18
кВт.
Колонные (шкафные) кондиционеры требуют сравнительно большой площади для своего размещения, поскольку создают сильный поток охлажденного воздуха и не позволяют находиться в непосредственной близости от кондиционера.
а
б
в
Рис. 45
Сплит-системы канального типа устанавливаются при наличии
фальш-потолка. Имеют мощность от 12-25 кВт, применяются для кондиционирования большого количества помещений или помещений
большого объема (разные помещения и помещения с технологическим
оборудованием) (рис. 46б).
Мобильные кондиционеры.
Во-первых, так называют мобильные моноблоки, связанные с улицей гибким гофрированным шлангом (диаметром около 15 сантиметров
и длиной 1-2 м, его обычно выводят в приоткрытую дверь, форточку
или окно); во-вторых, мобильные сплит-системы.
Мобильный кондиционер на рис. 47в.
а
б
Рис. 46
в
Управление работой кондиционеров производится с инфракрасного дистанционного пульта. Управление для различных моделей кондиционеров могут отличаться друг от друга. Система управления позволяет:
- задать определенный режим работы кондиционера, нагрев,
охлаждение, осушение, вентиляцию, ночной режим;
- выбрать режим работы вентилятора;
- определить фактическую температуру в помещении, задать температуру для поддержания в помещении;
- автоматически регулировать направление потока воздуха;
- настроить таймер на включение или выключение работы кондиционера в заданное время.
Мультисплит – система.
Кондиционеры с несколькими внутренними блоками и одним
наружным называются мультисплит-системой. Мультисплит-система
может применяться для кондиционирования нескольких автономных
помещений. Мультисплит-системы настенного типа – внутренние блоки
могут быть мощностью от 2-5 кВт.
Максимальная длина трассы мультисплит-системы составляет не
более 25 м. Внутренних блоков может быть от 4 до 7.
Все современные сплит-системы снабжены пультом дистанционного управления (ДУ) с жидкокристаллическим дисплеем. С его помощью можно задавать температуру в помещении с точностью до 1-2 градусов, устанавливать таймер для автоматического включения и выключения кондиционера в заданное время, регулировать направление воздушного потока и многое другое. Внутренние блоки имеют фильтры
тонкой и грубой очистки для фильтрации воздуха от пыли, табачного
дыма, пыльцы растений и т.п.
Полупромышленный наружный блок представлен на рис. 47.
Рис. 47.
Если количество внутренних блоков становится больше шести, а
максимальные расстояния между блоками достигают 100 м, такие системы называются мультизональными (зональномодульными) или
VRV-системами. Мультисплит-системы разумно использовать, когда
необходимо кондиционировать несколько соседних помещений, а если
нужно создать комфорт в целом здании или на всем этаже, разумно
использовать VRF-системы (рис. 48).
Рис. 48. VRF-система кондиционирования воздуха
Мультизональные системы кондиционирования.
Мультизональные системы кондиционирования применительны к
зданиям с большим количеством автономных помещений и раздельным
регулированием температуры.
Мультизональные сплит-системы VRV устанавливаются в помещениях более 600 м2 (рис. 49). Состоят из одного или нескольких
наружных блоков и нескольких внутренних. Внутренние блоки могут
быть скомпонованы любого типа, также любой мощности. Обычно это
кондиционеры большой мощности, обслуживающие целые здания и
комплексы, холодопроизводительностью до 1500 кВт.
Особенностью мультизональной системы является изменение
расхода хладагента, поступающего от наружного блока в межблочный
трубопровод к внутренним блокам. Расход хладагента определяет производительность установки. Разные фирмы производители выпускают
аналогичные системы под разными названиями.
Например, у Mitsubishi Heavy – KX, у SAMSUNG – DVM, у
MITSUBISHI - СИТИ-МУЛЬТИ и т.д.
Мультизональные системы подразделяются по способу регулирования холодопроизводительности компрессора:
- инверторного типа:
- на базе компрессора Digital Scroil с импульсивным регулированием производительности.
Рис. 49. Мультизональная сплит-система
По режиму работы:
- с утилизацией тепла, одновременная работа внутренних блоков в
режиме охлаждения и обогрева;
- приоритетный режим работы внутренних блоков одновременно на
нагрев или охлаждение.
По возможности увеличения производительности:
- системы с модульной компоновкой наружных блоков;
- системы с фиксированной производительностью.
По типу межблочного трубопровода:
- двухтрубные;
- трёхтрубные.
По типу охлаждения теплообменника наружного блока
- с воздушным охлаждением;
- с водяным охлаждением.
В отличие от мультисплит-системы, где от наружного блока к каждому внутреннему блоку подводится отдельная фреоновая трасса, то в
многозональной системе все внутренние блоки подключаются к единой
системе трубопроводов.
Максимальная длина трубопроводов между наружным и внутренним блоками – до 130м. Максимальный перепад высот между внутренним и внешним блоком 50м. Максимальный перепад высот между внутренними блоками – 15м.
Общая длина трубопроводов может достигать до 250м.
Управление внутренних блоков мультизональных систем кондиционирования производится с помощью индивидуальных проводных или
инфракрасных пультов. Централизованное управление тоже возможно
с помощью персонального компьютера или центрального специального
пульта.
Принцип работы этих систем позволяет значительно снизить энергозатраты. Наружный блок не работает на полную мощность, если не
все внутренние блоки включены, что является особенностью этих систем – возможность работы в режиме переменной производительности.
Системы кондиционирования на базе
компрессорно-конденсаторных блоков.
Системы на базе компрессорно-конденсаторных блоков называются ещё системами с прямым испарением. В компрессорноконденсаторном блоке (рис. 50) устанавливаются элементы, работающие под высоким давлением: компрессор, теплообменник, ресивер,
отделитель жидкости и элементы системы управления, предохранительные устройства. В этих системах жидкий фреон, подготовленный
компрессорно-конденсаторным блоком, по медным трубопроводам подаётся к испарителю внутреннего блока или центрального кондиционера.
Рис. 50. Воздушно-конденсаторный блок:
1 - блок управления, 2, 3 - компрессор, 4 - четырехходовой клапан,
5 - датчик высокого давления, 6 - аккумулятор, 7 - ресивер,
8 - датчик низкого давления, 9 - внешний теплообменник,
10 - осевой вентилятор.
Компрессорно-конденсаторные блоки классифицируются по охлаждению конденсатора:
- с воздушным охлаждением;
- с водяным охлаждением.
Блоки с воздушным охлаждением конденсатора могут быть снабжены осевыми вентиляторами или центробежными. Компрессорноконденсаторные блоки с осевыми вентиляторами предназначены для
установки вне зданий, т.к. осевые вентиляторы создают малый напор. А
компрессорно-конденсаторные блоки с центробежными вентиляторами
предназначены для установки внутри здания.
Компрессорно-конденсаторные блоки с водяным охлаждением
конденсатора более просты по конструкции и более компактны. Такие
блоки работают с жидкостью водой или незамерзающей жидкостью.
Охлаждение воздуха, подаваемого в помещения, проходящего через испаритель внутреннего блока или центрального кондиционера,
происходит за счёт непосредственного кипения хладагента. При комфортном кондиционировании температура кипения при нормальной
работе составляет 3 – 8 °С.
Системы кондиционирования воздуха на базе компрессорноконденсаторных блоков могут работать как в режиме охлаждения мощностью 5,4 – 177 кВт, так и в режиме теплового насоса, например
блоки с воздушным охлаждением фирмы KLIVET, мощностью 5,7 - 77,8
кВт.
Управления компрессорно-конденсаторными блоками осуществляется за счет снабжения встроенных микропроцессоров.
Внутренние блоки (испарительные) специально разработаны для
упрощенной стыковки с конденсаторными блоками. В них входят: испаритель, терморегулирующий вентиль или капиллярная трубка, вентилятор и плата управления.
К внутренним блокам относятся канальные, которые устанавливаются за подшивным потолком. В таких системах кондиционирования
воздух забирается и раздается воздуховодами по помещениям, через
разные типы решеток.
Первый тип канального блока – без подачи свежего воздуха, вытяжной воздух обрабатывается и подается обратно в помещение холодопроизводительностью 17 – 20 кВт. Второй тип, канальных кондиционеров – подача свежего воздуха круглогодично и мощностью нагревателей свежего воздуха 12 – 24 кВт. Выпускаются внутренние блоки с
приточной вентиляцией примерно мощностью 90 кВт.
Так же применяются канальные внутренние блоки горизонтального, вертикального и шкафного типа.
Управление таких систем производится единой системой автоматики, управляющей работой внешнего и внутреннего блока и обеспечивающей плавное регулирование мощности нагревателей в зависимости
от температурного режима в помещении. В одном из помещений устанавливается единый пульт управления всей системой.
Компрессорно-конденсаторные блоки применяются и как источники
жидкого хладагента для теплообменников центральных кондиционеров.
Системы кондиционирования с чиллерами и фанкойлами.
Система «Чиллер-фанкойл» имеет значительные преимущества
при кондиционировании объектов с большим количеством помещений,
так как к одному чиллеру можно присоединить большое количество
фанкойлов. При этом можно задать не только общий тепловой режим
всей системы, но и регулировать режим работы каждого фанкойла с
пульта, смонтированного на нем, поддерживая при этом в каждом помещении необходимую температуру.
На рис. 51. показана комплектация оборудования чиллера.
Рис. 51. Чиллер с воздушным охлаждением EUWAC-FA
1 – компрессор, 2 – теплообменник конденсатора, 3– вентилятор конденсатора, 4 - осушитель-фильтр, 5 - терморегулирующий вентиль,
6 – реле превышения тока, 7 – реле высокого давления, 8 - реле низкого
давления, 9 – испаритель, 10 – термостат, 11 – подача воды, 12 – отвод воды,
13 – манометр высокого давления, 14 – манометр низкого давления,
15 - корпус блока переключения
Чиллер охлаждает или подогревает теплоноситель (тосол, вода) и
подает его по системе трубопроводов в фанкойлы или другие теплообменники.
Агрегатированные чиллеры с воздушным охлаждением конденсатора серии EUWAC-FA имеют три градации размеров и мощность от 11,5 до 23,0 кВт. Установка каждого из размеров может иметь
питание двух типов: трехфазное, 220 в, 50 Гц или трехфазное,
380/415 В (+ N), 50 Гц. В качестве дополнительного оборуд ования
чиллеры могут быть снабжены устройст вом управления давлением напора.
Общие виды разных типов чиллеров показаны на рис 52.
а
в
б
г
Рис. 52. Типы чиллеров: а, г – чиллер с воздушным охлаждением конденсатора;
б – бесконденсаторный чиллер; в – реверсивный чиллер с водяным
охлаждением конденсатора
Фанкойлы – это теплообменники с вентиляторами. Они забирают
тепло или холод от теплоносителя и нагревают или охлаждают помещение.
Устройство фанкойла представлено на рисунке 53.
Типы фанкойлов: настенные, кассетные, канальные, потолочные,
шкафные. Они оснащаются вентиляторами тангенциальными или центробежными. Фанкойлы с одним теплообменником называют двухтрубными, а если еще с обогревом от горячего водоснабжения, с дополнительным теплообменником – четырехтрубными.
Рис. 53 Устройство фанкойла:
1 – теплообменник,
2 – электронагреватель,
3 – вентилятор,
4 – теплозвукоизоляция,
5 – выходная решетка,
6 – встроенная панель управления,
7 – электродвигатель,
8 – соединительная муфта,
9 – легкосъемный фильтр,
10 – входная решетка,
11 – поддон для дренажа
Фанкойлы выпускаются разных типов и мощностей. Типы фанкойлов представлены на рис. 54.
Рис. 54. Фанкойлы: канальный, настенный, кассетный, напольно-потолочный
Система чиллер-фанкойл (рис. 55) имеет следующие преимущества:
- возможность подключения любого количества потребителей к одному чиллеру, регулирование работы которых может быть независимо
друг от друга;
- система может постепенно увеличивать количество потребителей;
- предельное расстояние между потребителями и чиллером зависит от возможностей циркуляционных насосов, максимальный перепад
высот зависит от предельного давления, которое могут выдерживать
теплообменники чиллера или потребителей.
Рис. 55. Система «Чиллер-Фанкойл»
Незамерзающая жидкость, помимо низкой температуры замерзания, должна обладать стабильностью характеристик по времени, низкой коррозийной активностью, иметь антипенные и антиокислительные
свойства, а также предотвращать образование накипи при работе системы. К таким жидкостям (хладоносители) относятся: водный раствор
этиленгликоля с ингибиторами, водный раствор пропиленгликоля с ингибиторами и водный раствор солей калия с ингибиторами. Массовая
доля ингибиторов в растворе составляет 2-4%. Этиленгликолевые и
пропиленгликолевые растворы используют при рабочих температурах
от 0 до минус 20 °С, формиатные – при рабочих температурах от минус 20 °С до минус 50 °С, ацетатные – от минус 60 °С.
Для циркуляции жидкости применяются насосные группы, предусмотренные непосредственно на чиллере или насосные станции.
Насосная станция включает в себя: циркуляционный насос, расширительный бак, аккумулирующий бак, регулирующие клапаны и необходимую автоматику. Насосная станция может управляться самостоятельно или непосредственно чиллером.
Чиллеры классифицируются на парокомпрессионные и абсорбционные.
Парокомпрессионные чиллеры двух типов: с воздушным и с водяным охлаждением конденсатора. С воздушным охлаждением конденсатора компонуются вентиляторами: осевыми, центробежными или с выносным конденсатором.
Более сложные системы с использованием центрального кондиционера, позволяют обеспечить не только кондиционирование воздуха, но
и вентиляцию помещений (рис. 56).
Рис. 56. Схема установки чиллера с центральным кондиционером
Крышные кондиционеры.
Крышные кондиционеры – моноблоки (рис. 57), включающие в себя секции подготовки и секции подачи воздуха, состоящих из вентиляторов, фильтров, теплообменников и заслонок, а так же компрессорно
конденсаторной секции с холодильным контуром для охлаждения, а
если необходимо, то и для обогрева воздуха - кондиционер с тепловым
насосом. Устанавливаются крышные кондиционеры на плоских крышах.
Крышные кондиционеры характеризуются широким диапазонном
мощностей по теплу и по холоду от 8 - 310 кВт, расходом воздуха от
1500 до 52000 м3/ч.
Для увеличения эффективности работы крышного кондиционера
используется система термодинамической рекуперации, подогрев воздуха в специальном теплообменнике горячими парами фреона на выходе из компрессора и режим «свободного охлаждения», что позволяет
значительно экономить энергетические затраты в любое время года.
Рис. 57. Типовая схема крышного кондиционера
Рециркуляционный воздух из помещения подается в смесительную камеру, где смешивается со свежим наружным воздухом. Регулирование соотношения свежего и рециркуляционного воздуха осуществляется заслонками.
Схема крышного кондиционера с применением рекуператора
представлена на рис.58.
Рис. 58. Схема движения потока воздуха крышного
кондиционера
По назначению автономные крышные кондиционеры подразделяются на общие и специализированные.
Общего назначения:
- малой мощности: охлаждение и с тепловым насосом до 20 кВт;
- средней мощности: охлаждение и с тепловым насосом до 148
кВт;
- большой мощности: охлаждение до 309 кВт и с тепловым насосом до 148 кВт.
Специализированные крышные кондиционеры с тепловым насосом до 134 кВт и энергоэффективные: охлаждение до 107 кВт и с тепловым насосом до 107 кВт.
Крышные кондиционеры имеют встроенную микропроцессорную
систему управления и электрическое оборудование, расположенное в
защищенном от атмосферных воздействий энергоотсеке. Системы
управления кондиционеров позволяют включить их в общую систему
диспетчеризации здания и дистанционного управления.
Шкафные кондиционеры.
Шкафные блоки представляют собой законченные моноблоки с
прямым испарением. Они предназначены для круглосуточного регулирования температуры и поддержания чистоты воздуха в помещениях,
где не нормируется влажность.
Шкафные кондиционеры делятся на блоки с воздушным и с водяным охлаждением конденсатора, а также других систем.
Для работы кондиционера с водяным охлаждением конденсатора
необходим источник воды с температурой до 45 °С, охладитель жидкости, градирня.
Блоки с воздушным охлаждением соответственно – моноблочные
и с выносным конденсатором.
Основное преимущество шкафных кондиционеров - их простота.
Кондиционер имеет встроенную автоматику.
Прецизионные кондиционеры.
Прецизионные кондиционеры – кондиционеры точного контроля
параметров воздуха и окружающей среды. Они являются разновидностью колонных (шкафных) кондиционеров, используются в компьютерных залах, АТС, музеях, картинных галереях, других местах.
Прецизионные кондиционеры обеспечивают:
контроль температуры ± 0,5 °С;
контроль влажности ± 0,3%;
круглогодичная работа;
возможность резервирования блоков, объединения их в единую
систему и систему диспетчеризации.
Прецизионный кондиционер состоит из двух элементов. Один –
внутренний, где расположены элементы холодильного контура, дополнительный электрообогреватель и теплообменник, фильтр, вентилятор
и автоматика. Второй элемент – выносной конденсатор, охладитель
жидкости (или чиллер).
На рис. 59 изображены прецизионный кондиционер и схема прецизионного кондиционера непосредственного испарения с водяным охлаждением конденсатора.
Прецизионные кондиционеры делятся на:
- блоки непосредственного испарения;
- блоки с двойной системой охлаждения;
- блоки, работающие на холодной воде (от чиллера);
- блоки с энергосберегающим режимом.
По способу забора и подачи воздуха кондиционеры выполняют с
нижней или верхней подачей подготовленного воздуха.
Рис. 59. Прецизионный кондиционер и схема кондиционера :
1 – испаритель, 2 – компрессор, 3 – выносной конденсатор с вентилятором,
4 – фильтр, 5 – вентилятор, 6 – конденсатор водяного охлаждения, 7 – ТРВ.
В зависимости от блока прецизионного кондиционера, возможно
применение различных систем управления. Управление состоит из
совмещенных в одном корпусе контроллера и пользовательского интерфейса. Применяется и централизованное управление, также возможно объединение с общей системой управления зданием.
Оконный кондиционер.
Оконный кондиционер – мощность в интервале 1,5-6 кВт.
Внутренний отсек кондиционера (рис. 60), устанавливается в оконном проеме, находится внутри помещения, а наружный располагается
вне его.
Вентиляторы имеют две скорости вращения вала, что делает возможным регулирование производительность вентиляторов и скорости
движения воздуха через испаритель и конденсатор.
Компрессор, конденсатор, осушитель и отделитель жидкости расположены в наружном отсеке, а испаритель - во внутреннем. Компрессор ротационного типа.
Охлажденный воздух поступает в помещение через поворотную
решетку.
Осевой вентилятор, расположенный в наружном отсеке, предназначен для охлаждения конденсатора наружным воздухом, засасываемым через жалюзи в боковых стенках кожуха.
Центробежный вентилятор, установленный во внутреннем отсеке,
кондиционера, служит для засасывания воздуха из помещения через
решетчатую часть декоративной панели и нагнетания охлажденного и
очищенного от пыли воздуха в помещение через поворотную решетку.
Рис. 60. Бытовой кондиционер:
А, В – внутренний и внешний отсеки;
1 – осевой вентилятор, 2 – электродвигатель вентилятора,
3 – заслонка подачи наружного вентиляционного воздуха,
4 – центробежный вентилятор, 5 – испаритель, 6 – воздушный
фильтр, 7 – теплоизолированная перегородка, 8 – пульт управления,
9 - капиллярная трубка, 10 – фильтр-осушитель холодильного агента,
11 – отделитель жидкости, 12 – компрессор, 13 – конденсатор.
Электродвигатель вентиляторов включается в работу при пуске
компрессора, однако он может быть также включен в работу в режиме
вентиляции и при отключенной холодильной машине.
7.3. Принцип работы кондиционера
В основе работы любого кондиционера лежит свойство жидкостей
поглощать тепло при испарении и выделять – при конденсации. Для
того чтобы понять, каким образом происходит данный процесс, рассмотрим схему кондиционера на примере сплит-системы (рис.61).
Основными узлами кондиционера являются:
1. Компрессор – сжимает фреон и поддерживает его движение по
холодильному контору.
2. Конденсатор – теплообменник, расположенный во внешнем блоке. В конденсаторе фреон переходит из газообразной фазы в жидкую
(конденсация).
3. Испаритель – теплообменник, расположенный во внутреннем
блоке. В испарителе фреон переходит из жидкой фазы в газообразную
(испарение).
4. ТРВ (терморегулирующий вентиль) – понижает давление фреона перед испарителем.
5. Вентиляторы – создают необходимый поток воздуха через теплообменники (испаритель и конденсатор).
Рис. 61. Схема работы кондиционера
Компрессор, конденсатор, ТРВ и испаритель соединены медными трубопроводами и образуют холодильный контур, внутри которого циркулирует
смесь фреона и небольшого количества компрессорного масла. Процесс
работы кондиционера можно описать следующим образом: на компрессор из
испарителя (внутреннего блока) поступает газообразный фреон под низким
давлением в 3-5 атмосфер и температурой 10-20 °C. Компрессор сжимает
фреон до давления 15-25 атмосфер, в результате чего фреон нагревается
до 70-90 °C, после этого поступает в конденсатор.
Благодаря интенсивному обдуву конденсатора, фреон в теплообменнике остывает и переходит из газообразной фазы в жидкую (конденсируется) с выделением тепла. Соответственно, воздух, проходящий через конденсатор, нагревается. На выходе конденсатора фреон
находится в жидком состоянии, под высоким давлением и с температурой на 10-20 °C выше температуры атмосферного воздуха. Из конденсатора теплый фреон поступает в терморегулирующий вентиль (ТРВ),
который в простейшем случае представляет собой капилляр (длинную
тонкую медную трубку, свитую в спираль). На выходе ТРВ давление и
температура фреона существенно понижаются.
После ТРВ жидкий фреон с низким давлением поступает в теплообменник внутреннего блока (испаритель). В испарителе фреон переходит из жидкой фазы в газообразную. Данный процесс происходит с
поглощением тепла, соответственно, воздух, проходящий через испаритель, охлаждается. Далее газообразный фреон с низким давлением
поступает на вход компрессора и весь цикл повторяется.
Этот процесс лежит в основе работы любого кондиционера и не
зависит от его типа, модели и производителя.
Режим работы кондиционера может меняться в зависимости от
поддержания комфортных условий в кондиционированном помещении,
в зависимости от сезонности (рис. 62). Поступающий воздух в помещении как охлаждается, так и нагревается.
а
б
Рис. 62. Работа кондиционера:
а - в режиме охлаждения;
б – в режиме нагревания
7.4. Хладагенты.
На сегодняшний день в России большее применение получили
хладагенты: R - 22, R - 134А, R - 407С и R - 410А.
Основные требования, предъявляемые к хладагентам:
- отсутствие токсичности, воспламеняемости и негативного воздействия на внешнюю среду;
- невысокое рабочее давление, приближенное к атмосферному;
- совместимость с материалами, используемых в холодильных
контурах и со смазочными маслами;
- высокие удельные тепловые показатели перехода в газообразную фазу;
- невысокий удельный объем в газообразной фазе, что позволяет
сократить объем и массу компрессора;
- низкие показатели удельной теплоемкости в жидкой фазе с тем,
чтобы сократить до минимума количество образуемого пара при прохождении через расширительный терморегулирующий клапан;
- умеренные температуры в конце сжатия в компрессоре, чтобы
избежать сгорания смазки;
- низкая себестоимость и достаточный объем производства.
В настоящее время фреон R - 134А, применяемый в системах кондиционирования воздуха стал заменителем для R - 12. Фреон R - 134А
не содержит хлора в своей молекуле, а только атомы фтора и водорода
и относится к группе HFC. Атомы фтора и водорода R - 134А не наносят
вреда озоновому слою с показателем ODP (Ozon Depletion Potential)
равным 0.
Хладагент R - 134А имеет меньшую теплоту парообразования по
сравнению с R - 22. Холодопроизводительность его ниже примерно на
20%, чем у R - 22.
Хладагент R - 407С это смесь R - 125 (25%), R - 143А (52%) и R - 32
(23%). Не воздействует на озоновый слой, но влияет на парниковый
эффект, как и R - 22. Коэффициент теплопередачи у R - 407С ниже на
25 – 30%, чем у R - 22.
Хладагент R - 410А – смесь двух хладагентов R - 32 (50%) и R - 125
(50%). Высокая теплота парообразования, позволяет использовать холодильные машины с меньшими габаритами.
Физические свойства хладагентов приведены в таблице 8.
Таблица 8
Физические свойства хладагентов
Свойство
Химическая формула
Молекулярная масса, г/моль
Температура кипения при 1,01325 бар, °С
Температура замерзания, °С
Критическая температура, °С
Критическое давление, бар
Критическая плотность, кг/м
Плотность жидкости при 25 °С, кг/м
Теплота испарения при температуре кипения, кДж/кг
Плотность насыщенного пара при -25°С,
кг/м
Давление пара при 25°С, бар
Температура самовоспламенения, °С
R - 22
СНСl F
86,47
-40,75
-160
96
49,77
525
1194
R-134А
CH FCF
102
-26,1
-101,0
101,1
40,6
515,3
1206
R-407С
233,5
217,1
246,1
12,88
10,4
635
8,288
6,66
743
11,14
11,85
733
смесь
86,2
-43,6
86,7
46
506,8
1136
По решению конференции в Копенгагене 1992 года производство и
использование некоторых фреонов, включая и R22, должно будет сокращено к 2015г. и полностью прекращено его производство к 2030г.
Это объясняется тем, что при утечке некоторых хладагентов, а также и
R22, они вредно влияют на озоновый слой, который защищает землю
от ультрафиолетовых лучей.
Российская Федерация пока не ратифицировала Копенгагенскую
программу, ограничивающую производство и использование R22, мотивируя это рядом экономических и технических решений.
Зависимость давлений насыщения от температуры для фреонов
приведена в таблице 9.
Таблица 9
Абсолютное давление насыщения (БАР) фреонов
Темпратура,
о
С
R - 22
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
3,54
4,21
4,98
5,84
6,81
7,89
9,1
10,4
11,9
13,5
15,3
17,3
19,4
21,7
24,3
R – 407С
жидкость
пар
3,93
4,67
5,52
6,48
7,56
8,77
10,1
11,6
13,3
15,2
17,2
19,5
21,9
23,5
26,5
3,15
3,8
4,55
5,39
6,36
7,44
8,66
10
11,5
13,2
15,1
17,2
19,5
22,1
25
R – 134А
R – 410А
2
2,43
2,93
3.5
4,15
4,88
5,71
6,65
7,7
8,87
10,2
11,6
13,2
14,9
16,8
5,76
6,8
7,99
9,32
10,8
12,5
14,35
16,4
18,7
21,2
24
27
30,3
34
37,9
Хладагент, отвечающий всем требованиям: экологичности, хорошими термодинамическими свойствами, эксплуатационным требованиям и экономичности трудно подобрать, поэтому в каждом отдельном
случае применяется хладагент с учетом конкретных условий работы
холодильной машины.
7.5. Судовые системы кондиционирования
Применяемые на судах кондиционеры воздуха отличаются технологической схемой обработки и параметрами воздуха, составом входящих в них элементов и их компоновкой, конструктивным выполнением,
которое зависит от назначения кондиционеров, типа судна и рода, обслуживаемых ими помещений, источника холода и тепла, системы распределения по судну хладо- и теплоносителя.
Автономные и неавтономные кондиционеры применяются в зависимости от расположения тепловлажностной обработки воздуха и холодильной машины. Автономный кондиционер обязательно снабжается
холодильной машиной. Эти кондиционеры обслуживают одно или группу помещений (имеют специальные патрубки, к которым присоединяются воздуховоды для раздачи обработанного воздуха). В последнее
время кондиционеры называются групповыми автономными.
Неавтономные кондиционеры разделяются на центральные, групповые и местные.
Центральный неавтономный кондиционер (КЦ) должен обслуживать все судно, но, так как многие помещения отличаются тепловой
нагрузкой, устанавливают два центральных кондиционера левого и
правого борта.
Местные неавтономные кондиционеры обычно обслуживают одно
помещение.
Нередко на судах применяют несколько типов кондиционеров.
Центральные и групповые кондиционеры
По конструкции центральные и групповые кондиционеры практически не различаются. На рис. 63 показана конструктивная схема центрального прямоточного двухканального высоконапорного кондиционера. На судах устанавливаются два кондиционера - левого и правого
борта.
Рис. 63. Конструктивная схема центрального прямоточного двухканального
высоконапорного кондиционера, применяемого на судах типа «Муром»
Предусмотрена двухступенчатая обработка наружного воздуха в
летних и зимних режимах. Производительность по воздуху: 4380 м3/ч.
Холодопроизводительность воздухоохладителей при температуре кипения tо = 7 °С, 44 – кВт.
На рис. 64 изображено устройство центрального моноблочного
кондиционера типа «Экватор». В корпусе предусмотрен патрубок для
аварийной перемычки между кондиционерами. В кондиционере установлен электровентилятор 56КЦС-34, обеспечивающий подачу воздуха
5600 м3/ч при полном давлении 3,2 кПа.
Рис. 64. Устройство центрального двухканального кондиционера «Экватор»:
1 – корпус; 2 – теплозвукоизоляция; 3 – вентилятор;
4 – первичный паровой воздухонагреватель; 5 – резиновый патрубок;
6 – масляный фильтр; 7 – направляющий аппарат; 8 – впускной патрубок;
9 – шумоглушитель лабиринтный; 10 – камера; 11 – шумоглушитель камерный;
12 – воздухонагреватель вторичного подогрева; 13 – паровой увлажнитель;
14 – воздухоохладитель с непосредственным испарением;
15 – специальное крепление; 16 – крепление двигателя
Основные технические характеристики ЦК «Экватор»:
- подача воздуха – 5600 м3/ч;
- напором – 1,9 кПа;
- холодопроизводительность при температуре кипения хладагента
tо = 5 °С, Q = 136 кВт;
- теплопроизводительность – 154 кВт;
- давление пара – 0,5 МПа.
Кондиционер рассчитан на обработку наружного воздуха с параметрами: летом tн = 34 °С, н = 80 %; зимой tн = -25 °С, н = 85 %. В летний режим работы кондиционера следующие параметры воздуха на
выходе: после первой ступени t1 = 40 °С, 1 = 55 %; после второй ступени t2 = 11 °С, 2 = 95 %. В зимнее время температура после первой ступени поддерживается постоянной и равной 18 °С, а после второй ступени регулируется в пределах от 23 до 43 °С, в зависимости от температуры наружного воздуха.
Неавтономные местные кондиционеры
Неавтономные местные кондиционеры устанавливаются непосредственно в судовых помещениях. Они обрабатывают воздух этого
помещения и выпускают через специальные решетки. Устройство кондиционера изображено на рис. 65. Летом, при температуре наружного
воздуха 45 °С, в помещениях поддерживается температура 30 °С, а
зимой при tн = -35 °С обеспечивается tп = 17 °С. В теплообменник поступает вода с температурой 6 °С летом и 50 °С зимой. Индивидуальное регулирование температурного режима в помещении осуществляется изменением количества циркулирующей через теплообменник
кондиционера воды и числа оборотов вентилятора.
Рис. 65. Неавтономный местный (каютный) кондиционер, применяемый на судах
типа «Тропик»: 1 – решетка; 2 – съемная крышка; 3 – электровентилятор;
4 – теплообменник; 5 – поддон
Местные автономные кондиционеры
Судовой местный автономный кондиционер изображен на рис. 66.
Он состоит из трех отсеков: машинный, воздухообрабатывающий и
вентиляторный. Расчетные характеристики кондиционера: рабочая холодопроизводительность – 4,7 кВт; параметры наружного воздуха: летом tн = 32 °С, н = 80 %; зимой tн = -25 °С, н = 85 %. Параметры воздуха в помещении: летом tп = 27 °С, п = 60 %; зимой tп = 21 °С, п = 50 %,
температура забортной воды 30 °С.
Работа кондиционера полностью автоматизирована. Он может
поддерживать заданную температуру в помещении в пределах 20-30 °С,
влажность воздуха – 40-60 %.
Производительность по воздуху 1500 м3/ч, в том числе и свежего
воздуха 300 м3/ч.
а
б
Рис. 66. Схема компоновки (а) и общий вид (б) судового местного
автономного кондиционера «Климат-4»: 1 – конденсатор; 2 – компрессор;
3 – патрубок; 4 – воздухоохладитель; 5 – воздухонагреватель;
6 – электровентилятор; 7 – увлажнительное устройство;
8, 10 – решетка; 9 – фильтр; 11 – заслонка; 12 – пульт управления
Групповые автономные кондиционеры
Устройство групповых автономных кондиционеров мало отличается от устройств местных автономных кондиционеров. Они могут иметь
иную компоновку (рис.67). У групповых кондиционеров процент наружного воздуха больше – до 30 %, к тому же они имеют увлажнительные
устройства, паровые или водяные. К этой группе кондиционеров относится «Нептун-125», для круглогодичной тепло-влажностной обработки
воздуха на судах с неограниченным районом плавания. Он предназначен для работы с добавкой 10 % наружного воздуха в режимах вентиляции, охлаждения и нагрева. Нагрев может осуществляться как по
циклу теплового насоса, так и электрическим нагревателем.
Рис. 67. Схема групповых кондиционеров: НВ – наружный воздух;
РВ – рециркуляционный воздух; Ф – фильтр; И – испаритель; ЭВ – электровентилятор;
ЭН – электронагреватель; У – увлажнитель; К – компрессор; Кн – конденсатор
Производительность по воздуху 2500 м3/ч; по рециркуляционному
воздуху – 2250 м3/ч; по наружному воздуху – 250 м3/ч; холодопроизводительность – 14,5 кВт; теплопроизводительность по циклу теплового насоса
– 11,6 кВт; электронагревателем – 8 кВт; холодильный агент – R 22.
Режимы работы кондиционера со следующими параметрами: в режиме охлаждения tп = 28 °С, п = 50 %, tн = 35 °С, н = 65 %, tзаб.в = 30 °С;
в режиме нагрева по циклу теплового насоса tп = 20 °С, п = 40-50 %,
tн = -25 °С, н = 85 %, tзаб.в = 5  1 °С.
Кондиционер «Нептун-125» шкафного типа. Схема холодильной
машины отличается от других. Испаритель служит воздухоохладителем
в режиме охлаждения и воздухонагревателем в режиме теплового
насоса, т.е. является теплообменником. Конденсатор, служит испарителем в режиме теплового насоса.
Контрольные вопросы
1. Классификация СКВ.
2. Назначение фанкойлов, типы.
3. Назначение чиллеров, их разновидности.
4. Назначение прецизионного кондиционера, к какому типу он относится?
5. Основные узлы и их назначение в работе кондиционера, работающего на холодильном агенте?
6. Классификация судовых систем кондиционирования.
7. Типы кондиционеров, дать краткую характеристику.
8. Применяемые хладагенты в системах кондиционирования воздуха?
9. Принцип работы кондиционера и в чем особенность изменения
процесса обработки воздуха?
10. Секции компоновки центрального кондиционера, их назначение?
11. Требования, предъявляемые к судовым кондиционерам?
8. ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМ
8.1. Определение потерь давления в системах
Аэродинамический расчет сопротивления в системах кондиционирования воздуха производят после расчета и подбора всех элементов и
составления точного эскиза конструкции.
При комплектации кондиционеров оборудованием его сопротивления определяют по данным заводов-изготовителей. При расчете новых
конструкций воздухоохладителей и воздухонагревателей сопротивление при поперечном обтекании воздухом аппаратов определяют расчетным путем.
Скорость воздуха на участках магистральных воздуховодов и ответвлений принимается в соответствии с принятой системой СКВ.
Необходимый диаметр воздуховода определяется по формуле:
d=
4  Lв
 
,
где LВ – расход воздуха на рассчитываемом участке воздуховода, м 3/с;
 – скорость движения воздуха, м/с.
Принимая воздуховоды прямоугольного сечения в формулы расчета сопротивлений, подставляется эквивалентный диаметр, определяемый по формуле:
dэкв =
2А  В
АВ
,
где А и В – размеры сторон прямоугольного сечения воздуховода, м.
Для каждого участка воздуховода определяются расход воздуха Lв,
диаметр (эквивалентный) dэкв, скорость воздуха  и длина ℓ.
Общее аэродинамическое сопротивление магистрального воздуховода, состоящего из нескольких участков, также включая соответствующие местные сопротивления:
 = тр + м + обор.
где тр – потери давления в прямых участках, Па; м – потери давления в местных сопротивлениях, Па; обор – потери давления в обрабатываемом оборудовании, Па.
Потери давления на трение в прямом участке определяется по
формуле:
тр = λ
ρ ω2
,
2
l
d
где  – коэффициент сопротивления трения; ℓ – длина участка, м; d –
диаметр воздуховода, м;  – плотность воздуха, кг/м3;  – скорость воздуха, м/с.
Коэффициент сопротивления трения определяется по формуле
=
0,316
Re0,25
при Rе  100 000;
 = 0,032 
0,221
,
Re0,237
где Rе  100 000; Rе – критерий Рейнольдса.
Re =
ω d
ν
,
где  – коэффициент кинематической вязкости воздуха, м 2/с.
Потери давления в местных сопротивлениях определяется по
формуле
м =  
  2
,
2
где  – коэффициент местного сопротивления.
Коэффициенты местного сопротивления  для некоторых местных
сопротивлений имеют следующие значения:
- плавный поворот на 90° – 0,5
- прямое колено под 90° – 1,1
- тройник приточный под 90° – 1,6
- тройник приточный под 45° – 0,5
- шибер (открытое и закрытое состояние) – 0 и 35
- дроссель-клапан: в открытом состоянии – 0,04-0,15; закрытом – 5000-8000
- свободный выход из канала – 1,0
- внезапное расширение канала – 0,8-1,0
- плавное сужение канала – 0,4
В результате расчета определяются общие потери давления в системе кондиционирования и подбирается вентилятор.
8.2. Вентиляторы
Вентиляторы – воздуходувные машины, предназначенные для перемещения воздуха. Основной рабочий элемент - свободно вращающееся колесо с лопатками.
Классификация вентиляторов по давлению: низконапорные до
1000 Па; средненапорные от 1000 до 3000 Па; высоконапорные свыше
3000 Па.
По направлению вращения рабочего колеса (рис. 68): правого исполнения и левого.
Рис. 68
По типу крыльчатки: загнутые назад, прямые радиальные, загнутые вперед (рис. 69).
а
б
в
Рис. 69. По типу крыльчатки: а – загнутые назад;
б – прямые радиальные; в – загнутые вперед
По направлению выхода потока воздуха: нормального положения и
под углами: 45°, 90°, 110°; 135°, 180°, 270° и 315°.
По степени защиты электродвигателя: коррозионностойкие, пылевые, брызгозащитные, взрывозащитные, термостойкие.
По типу привода: непосредственное соединение колеса с валом
электродвигателя; с клиноременной передачей с постоянным передаточным отношением и с регулируемой бесступенчатой передачей.
По конструктивному исполнению: осевые и радиальные или центробежные (рис. 70).
а
б
в
Рис. 70. Вентиляторы: а – осевой;
б, в – радиальные: двух- и одностороннего всасывания
Осевые вентиляторы. Простейший тип осевых вентиляторов –
пропеллерные. Свободно вращающиеся осевые вентиляторы этого
типа имеют очень низкую эффективность, поэтому большинство из них
встраивается в цилиндрический корпус.
В зависимости от профиля лопаток колеса вентиляторы называют
нереверсивными и реверсивными.
Размеры и другие параметры осевых вентиляторов регламентированы ГОСТом 11442-90 «Вентиляторы осевые общего назначения. Общие технические условия».
Преимущество осевых вентиляторов в том, что они реверсивны,
т.е. при изменении направления вращения рабочего колеса изменяется
направление потока, что невозможно в радиальных вентиляторах.
Радиальные вентиляторы используются
там, где необходимо очень высокое общее давление. Особые характеристики радиальных
вентиляторов определяются формой рабочего
колеса и лопаток. Радиальные вентиляторы
бывают одностороннего и двухстороннего всасывания (рис. 71). Конструктивное исполнение вентиляторов регламентируется ГОСТом 5976-90
Рис. 71
«Вентиляторы радиальные общего назначения.
Общие технические условия». Гост регламентирует диаметр входящих
отверстий и другие диаметры: колеса, корпуса, патрубка.
Диагональные вентиляторы. Радиальная крыльчатка вызывает
увеличение статического давления в связи с центробежной силой, действующей в радиальном направлении.
У осевой крыльчатки не возникает эквивалентного давления, поскольку воздушный поток является нормально осевым. Диагональные
вентиляторы являются смешением радиальных и осевых вентиляторов.
Воздух движется в осевом направлении, а затем в лопастном колесе он
отклоняется на 45°. Радиальная составляющая скорости, которая увеличивается таким отклонением, вызывает некоторое увеличение давления посредством центробежной силы.
Диаметральные вентиляторы. В диаметральных вентиляторах
воздух проходит напрямую вдоль рабочего колеса, и как входящий, так
и исходящий потоки располагаются по периметру рабочего колеса. Несмотря на небольшой диаметр, рабочее колесо может подавать большие объемы воздуха.
Вентиляторные блоки ВБКП, предназначенные для использования в системах, хорошо компонуются с дополнительными элементами
для очистки, подогрева или охлаждения воздуха, подаваемого в помещение, с элементами шумоглушения. Это позволяет легко приспособить блоки к системам приточно-вытяжной вентиляции с утилизацией
тепла вентвыбросов с использованием промежуточного теплоносителя.
ВБКП оснащены вентиляторами двухстороннего всасывания с
диаметрами рабочих колес от 140 до 1400 мм.
Подбор и технические характеристики вентиляторов производятся
по двум основным параметрам: производительности по воздуху и полному давлению.
Также важной характеристикой вентиляторов является уровень шума.
Типы вентиляторов изображены на рис.72.
а
б
г
в
д
е
Рис. 72. Типы вентиляторов: а – шумозащищенный; б, е – осевой;
в, д – радиальный; г – центробежный с ременным приводом
В системах вентиляции, кондиционирования воздуха применяются такие
вентиляторы, как радиальные ВР-80-75, ВЦ-14-46, ВР-12-26 и ВР-125-28.
К примеру, вентиляторы радиальные низкого давления ВР-80-75, изготавливаются по 1-й (с непосредственным соединением с двигателем) и
по 5-й (с ременным приводом) конструктивным схемам исполнения. Производительность 1000-100000 м3/ч, полное давление 100-1800 Па. Вентиляторы применяют в системах, где требуется высокий КПД, низкий
уровень шума и в системах с параллельной работой нескольких вентиляторов.
Вентиляторы радиальные среднего давления ВЦ-14-46 изготавливаются по 1-й и 5-й схемам исполнения. Производительность 600-120000 м3/ч,
полное давление 250-2800 Па.
Вентиляторы радиальные высокого давления ВР-12-26 изготавливаются в общепромышленном исполнении. ВР-12-26 изготавливаются
по 1-й схеме исполнения.
Вентиляторы радиальные высокого давления ВР-125-28 изготавливают по 1-й и 5-й схемам исполнения. Производительность
3000-25000 м3/ч, полное давление 2000-8000 Па.
Для каждого вентилятора в справочной литературе представлены
аэродинамические характеристики в виде диаграмм (рис. 73); технические характеристики по марке и номеру вентилятора: производительность по воздуху, тыс. м3/ч и полного давлении, Па; марка электродвигателя мощностью кВт и частотой вращения, мин-1.
Рис. 73. Аэродинамическая характеристика вентилятора ВЦ 14-46-3,15
Вентиляторы пылевые высокого давления ВЦП-7-40 предназначены для перемещения взрывобезопасных, неабразивных пылегазовоздушных смесей, агрессивность которых по отношению к углеродистым сталям обыкновенного качества не выше агрессивности воздуха,
имеющих температуру не выше 80 °С, не содержащих липких веществ.
Пылевые вентиляторы применяются в основном в системах пылеочистных установок и т.п.
Судовые электровентиляторы кондиционеров
Судовой вентилятор, встраиваемый в кондиционер должен иметь большую
площадь выходного патрубка, чтоб более полно и равномерно обдувалась поверхность теплообменника, перед которым он устанавливается.
В центральных кондиционерах типа «Экватор», КЦВД, «Бриз» и
других устанавливают центробежный вентилятор марки 56ЦС-34 производительностью 5600 м3/ч, при полном давлении воздуха 3,4 кПа.
Прямоточный центробежный электровентилятор производительностью 5600 м3/ч и напором 3,6 кПа устанавливается в групповых и центральных прямоточных кондиционерах.
Центробежный вентилятор двухстороннего всасывания с клиноременным приводом от электродвигателя производительностью 750 м 3/ч
и напором 4,3 кПа, встраиваемый в центральные высоконапорные кондиционеры типа КЦВ имеет небольшие габариты. Последнее время
исключают клиноременную передачу, заменяют более надежными центробежными прямоточными электровентиляторами.
В местных кондиционерах устанавливаются электровентиляторы
производительностью 1000 м3/ч и напором 0,28 кПа.
Нередко для равномерного обдувания теплообменных батарей
применяют осевые электровентиляторы производительностью 600 м3/ч
и напором 0,2 кПа, применяемые в автономных кондиционерах.
В каждом конкретном случае при подборе электровентилятора
необходимо учитывать параметры вентилятора: воздухопроизводительность, давление и конструктивное оформление.
Воздухопроизводительность вентилятора определяется из расчета
и построения процессов кондиционирования для выбранной СКВ. Давление определяется из расчета сопротивления воздуха и необходимого
избыточного давления, которое используется в системе воздуховодов и
распределения воздуха.
Потребляемая мощность электродвигателя, кВт:
N=
Lв ха P
,
1000 ηВ
где Lв-ха – количество воздуха, м3/ч; Р – расчетное сопротивление, Па;
В – КПД вентилятора.
Установочная мощность электродвигателя, кВт
N = kз ∙ N,
где kз – коэффициент запаса мощности.
На рис. 74 приведена конструкция виброизолирующего основания
для центробежного вентилятора, т.к. при работе вентилятора появляются побочные эффекты: шум, вибрации.
Рис. 74. Виброоснования для центробежного вентилятора:
1 – центробежный вентилятор; 2 – рама; 3 – виброизолятор
В связи с расширением области применения вентиляторов существенно повышаются требования к их шуму и вибрациям. При работе
вентилятора шум может иметь механическую или аэродинамическую
природу. Механический – создается в результате наличия вибрации в
источнике (вентиляторе, электродвигателе) из-за неуравновешенности
вращающихся масс (рабочее колесо, шкив или приводная муфта), а
также из-за возмущений ударного характера в шарикоподшипниках,
приводах и др.
Аэродинамический шум возникает вследствие образования вихрей
и пульсации давления. Основные способы борьбы с механическим шумом: тщательная балансировка рабочего колеса вентилятора; правильная установка шарикоподшипников; замена подшипников качения подшипниками скольжения; замена плоскоременных передач клиноременными; обеспечение соосности валов вентилятора и электродвигателя
при их соединении с помощью эластичной муфты; устранение биения в
муфтах; использование звукоизолирующих прокладок из резины; войлока, прессованной пробки и др. под основание вентилятора (электродвигателя); применение виброизолирующих оснований; применение
гибких вставок из прорезиненной ткани между вентилятором и присоединенными к нему воздуховодами; устройство звукоизолирующего
съемного кожуха, одеваемого на вентилятор и т.д.
Основные способы борьбы с аэродинамическим шумом в радиальных
вентиляторных установках: снизить количество оборотов вентилятора в пределах, обеспечивающих его необходимую производительность.
В вентиляторной установке при осевом вентиляторе – у входного
отверстия вентилятора установить плавный коллектор; уменьшить угол
установки лопастей крыльчатки вентилятора в пределах допустимого
снижения его производительности; придать обтекаемую форму стойкам
подшипников и другим средствам крепления вентилятора, омываемым
воздушным потоком; или обеспечить режим работы вентилятора в пределах рабочей части его характеристики.
8.3. Воздухораспределители
Все воздухораспределители классифицируются по форме воздуховыпускного отверстия, образуя тип образующейся струи.
По геометрической форме струи могут быть:
- компактные – образуются при выпуске воздуха из цилиндрических труб, круглых и прямоугольных отверстий;
- плоские – формируются при истечении воздуха из щелевых каналов воздушных завес, воздуховодов активной раздачи, прямоугольных
вытянутых отверстий;
- веерные – образуются при раздаче воздуха через насадки с плоским диском, установленные поперек потока;
- неполные веерные – формируются при выпуске воздуха через
решетки с расходящимися под некоторым углом лопатками. Такая
струя постепенно трансформируется в компактную;
- конические (разновидность веерных) создаются при выпуске воздуха через насадки с конусом или плафоны в виде диффузоров с плоским отражательным диском.
Большое значение имеет конструкция воздухораспределительных
устройств и место их установки. Воздухораспределитель – это устройство, через которое воздух попадает из приточного воздуховода в помещение. Эти устройства в системах оформляют в соответствии с эстетическими требованиями, предъявляемыми к помещениям. По конструктивному исполнению воздухораспределители подразделяются на:
воздухораспределительные решетки, плафоны (диффузоры), перфорированные панели, щелевые воздухораспределительные устройства,
сопловые (рис. 75).
Решетки могут быть как приточными, так и вытяжными. Те и
другие бывают регулируемыми и нерегулируемыми; круглой, квадратной, прямоугольной формы; металлические (чаще стальные или
алюминиевые) или пластмассовые; с декоративным оформлением
или без него; различных расцветок и размеров; с направлением потока приточного (или с забором удаляемого) воздуха в одну, две, три
или четыре стороны.
а
б
д
в
е
г
ж
Рис. 75. Воздухораспределители: а, ж – сопловые; б, в, – диффузор;
г – решетка; д – перфорированные; е – щелевые
Решетки устанавливаются в приточных и вытяжных устройствах чаще на
стенах выше обслуживаемой зоны. В то же время они могут быть специально
предназначенными для установки в потолке (для вытяжки, притока или универсальные), либо для напольной раздачи или удаления воздуха.
Типы решеток: РВ1, РВ2, АМН, АМР, АРС, РСН и др.
Диффузоры предназначены для применения в приточных и вытяжных системах вентиляции и кондиционирования. Они представляют
собой потолочные воздухораспределительные элементы с плавным
регулированием расхода воздуха, которое осуществляется с помощью
вращения центрального диска.
Плафонами (диффузорами) называют воздухораспределители,
предназначенные для размещения на потолке и создающие веерные
или конические струи.
По конструкции плафоны могут быть дисковыми и многодиффузорными. Дисковые плафоны имеют плоский диск, оставляющий между
собой и корпусом воздухораспределителя кольцевую щель, через которую идет коническая струя воздуха. Многодиффузорные плафоны состоят из ряда конусов с увеличивающимися диаметрами.
Плафоны бывают приточными, вытяжными и универсальными, регулируемыми и нерегулируемыми; круглой, квадратной или прямоугольной формы; металлическими или пластмассовыми
Дисковые и многодиффузорные плафоны могут иметь регуляторы
расхода воздуха и характеристик.
Типы: АПН, АПР, 2АПН, 2АПРУ, ДПУ-М, ДПУ-К и др.
Перфорированные воздухораспределители представляют собой
панель с перфорацией или воздуховод круглого или прямоугольного
сечения с небольшими отверстиями (перфорацией) в стенках, расположенными в несколько рядов.
При раздаче воздуха через перфорированные панели удаление
его из помещения возможно как из рабочей зоны, так и из верхней зоны
помещения. Типы: ПРН, ПРР.
Щелевые воздухораспределительные устройства создают плоские струи. По сравнению с решетками, при одинаковой площади выпуска воздуха щелевые воздухораспределители формируют струю с
большей дальнобойностью.
Щелевые воздухораспределители бывают приточные и втяжные;
нерегулируемые и с регулированием расхода и направления воздуха;
стальные, алюминиевые и иногда пластмассовые.
Щелевые воздухораспределители предназначаются для настенной, потолочной и напольной установки. Типы: АРС, АЛС.
Сопловые воздухораспределители необходимы для раздачи воздуха с высокими скоростями истечения (до 30-40 м/с). Воздух подается
основными и направляющими струями. Основные компактные струи
создаются небольшим числом обычных воздухораспределительных
решеток, через которые 70-90 % всего подаваемого воздуха выпускается с маленькой начальной скоростью (до 4 м/с). Дополнительные горизонтальные и вертикальные сопла, расположенные вдоль оси основной
струи, создают дополнительные направляющие струи, имеющие большую начальную скорость.
Подбор воздухораспределителей происходит по необходимому потоку воздуха, м3/ч и скорости движения выпускаемой струи воздуха, м/с.
Судовые воздухораспределители
Поддержание в судовых помещениях комфортных условий обеспечивается не только способностью СКВ вносить в них необходимое количество свежего воздуха, холода или тепла, отводить избытки влаги, но и
качеством воздухораспределения. Ввиду малых размеров судовых помещений, загромождения их оборудованием, большой кратности воздухообмена, небольших допустимых габаритов и веса воздухораспределительных устройств, правильное распределение кондиционированного
воздуха в судовых помещениях не только очень важно, но и трудно.
Нужно стремиться к тому, чтобы приточный воздух не создавал
ощущения сквозняка, которое комплексно оценивается подвижностью
воздуха в зоне обитаемости и разностью температур приточного воздуха, обдувающего непосредственно некоторые части тела человека, и
воздуха в помещении.
Для правильного и эффективного воздухораспределения в кондиционируемом помещении имеет значение конструкция воздухораспределительного устройства и место его установки.
Воздухораспределительное устройство, выполненное в виде единого аппарата, обычно называют воздухораспределителем. Требования к
воздухораспределителям обусловлены типом СКВ, для которой они
предназначены. Однако к воздухораспределителям любого типа предъявляются следующие основные требования:
1) хорошая тепло- влагоассимиляция путем эффективного перемешивания приточного воздуха с воздухом помещения вне зоны обитаемости, для этого воздухораспределитель должен иметь достаточную
эжекционную способность;
2) минимальные габариты и вес;
3) хорошие акустические характеристики, т.е. малошумность в работе;
4) эстетически согласующийся с интерьером помещения внешний вид;
5) минимальное аэродинамическое сопротивление;
6) надежная работа в условиях качки, крена, дифферента, вибрации и ударных нагрузок.
Применяются СКВ с доводочными воздухораспределителями в
помещениях и двухканальные высоконапорные системы со смесительными эжекционными и неэжекционными воздухораспределителями.
Применяемые в судовых СКВ воздухораспределители очень разнообразны по конструкции (рис. 76), однако, их можно разделить на две
основные различные группы: доводочные, имеющие теплообменник
для дополнительной обработки приточного или рециркуляционного
воздуха, и выпускные, не имеющие теплообменника.
Рис. 76. Конструктивные схемы судовых воздухораспределителей
Доводочные воздухораспределители могут быть также разделены на два
основных типа: с тепловой обработкой внутрикаютного рециркуляционного
воздуха и с тепловой обработкой приточного воздуха. Первые имеют специальное сопловое устройство, обеспечивающее подсос и прохождение необходимого количества рециркуляционного воздуха через теплообменник, – эжекционные доводочные воздухораспределители. Эжекционные воздухораспределители применяют в высоконапорных СКВ, в них используется энергия выходящего воздушного потока. Доводочные воздухораспределители с тепловой
обработкой приточного воздуха, называемые также прямоточными, могут быть использованы в любой СКВ.
На рис. 77 показана конструктивная схема доводочного воздухораспределителя.
Воздухораспределители регулируются как ручным, так и автоматическим
управлением.
На основе расчетных систем кондиционирования воздуха и опыта их эксплуатации расход приточного воздуха принимается 40 м3 на одного человека.
Созданы некоторые типоразмеры
доводочных воздухораспределителей
по расходу приточного воздуха:
1. Воздухораспределители доводочные эжекционные с тепловой обработкой (охлаждением или нагревом)
внутрикаютного
рециркуляционного
Рис. 77. Схема доводочного
воздуха номинальной производительвоздухораспределителя:
ностью 80 и 160 м3/ч.
1 – корпус воздухораспределителя;
2. Воздухораспределители дово2 – установочная заслонка;
дочные прямоточные с тепловой обра3 – теплообменник;
боткой (обычно нагревом) приточного
4 – регулирующий орган
воздуха – 80, 160 и 320 м3/ч.
При расчетах воздухораспределителей приняты следующие параметры
воздуха в судовых помещениях: летом tп = 24 ÷ 27 °С, п = 40 ÷ 60 %; зимой
tп = 20 ÷ 23 °С, п = 40 ÷ 60 %; температура приточного воздуха 15 °С; температура воды на входе в теплообменник 60-70 °С зимой и 7,5 °С летом.
Принцип действия доводочного эжекционного воздухораспределителя
следующий. Приточный воздух, обработанный в центральном кондиционере, через входной патрубок по каналу, в котором установлена регулирующая заслонка, подводится к сопловым отверстиям. При истечении приточного воздуха через сопла в камеру смешения подсасывается (эжектируется) воздух помещения (рециркуляционный), который, проходя через теплообменник воздухораспределителя, подогревается или охлаждается, затем
смешивается с приточным воздухом. Смесь приточного и рециркуляционного воздуха через выходную решетку поступает в помещение.
а
б
Рис. 78. Воздухораспределители выпускные с направленным выпуском типа
ВНV (а) и с радиальным выпуском типа ВРV (б) для одноканальных СКВ:
1 – корпус; 2 – выпускное устройство; 3 – входной патрубок; 4 – изоляция
Воздухораспределители выпускные с направленным выпуском типа ВНV представлены на рис. 78.
Воздухораспределители типа ВСНVР и ВСРVР (смесительные)
предназначены для двухканальных СКВ (рис. 79). Корпус их имеет две
приемные камеры с индивидуальными входными патрубками для подвода воздуха от соответствующего канала системы кондиционирования.
Рис. 79. Воздухораспределители выпускные типа ВСНVР и ВСРVР
для двухканальных СКВ: 1 – корпус; 2 – выпускное устройство; 3 – патрубок
выходной; 4 – клапан; 5 – патрубок входной; 6 – ручка; 7 – изоляция
Воздухораспределители судовых систем кондиционирования воздуха имеют следующие обозначения: ВДВЭ – воздухораспределитель
доводочный с водяным теплообменником, эжекционный; ВДЭЭ – с
электронагревателем; ВДВП – воздухораспределитель доводочный с
водяным теплообменником, прямоточный; цифры 80, 160, 320 означают
номинальный расход приточного воздуха, м3/ч.
8.4. Шумоглушители
Низкий уровень шума является одним из основных критериев комфорта. Основным источником шума в системах вентиляции и кондиционирования является шум, сопровождающий работу вентилятора.
Шум вентиляторов и других элементов систем кондиционирования
и вентиляции распространяется в основном по воздуховодам. Для снижения аэродинамического шума в воздушном потоке применяют шумоглушители. Установка шумоглушителей является одной из эффективных мер по снижению аэродинамического шума в воздушном потоке.
Шумоглушитель - элемент систем вентиляции и кондиционирования
воздуха, имеющий большую площадь поверхности и покрытый звукопоглощающим материалом. Главная особенность всех шумоглушителей наличие развитых поверхностей, облицованных звукопоглощаемым
материалом.
Шумоглушители соединяют с воздуховодом и между собой при помощи фланцев. Шумоглушитель может быть элементом как приточных,
так и вытяжных систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Чаще всего их устанавливают между вентилятором и магистральным воздуховодом. Конструктивно глушители шума делятся на пластинчатые и
трубчатые.
Пластинчатый шумоглушитель представляет собой коробку из тонкого металлического листа, проходное сечение которой разделено пластинами или ячейками, облицованными звукопоглощающим материалом различной толщины и имеющих противоабразивную обработку для
снижения потерь из-за трения или имеют покрытие из синтетического
очень лёгкого материала, например пластика. Звукопоглащающий материал: минеральная вата, войлок из органических волокон, стекловолокно, супертонкое базальтовое волокно и т.п.
К примеру, трубчатый шумоглушитель выполнен в виде двух круглых или прямоугольных труб, вставленных одна в другую. Пространство между наружной (гладкой) и внутренней (перфорированной) трубой заполняется звукопоглощающим материалом.
Применяемый звукопоглащающий материал стекловолокно покрытое тонким слоем пластика. Размеры внутренней трубы совпадают с
размерами воздуховода, где устанавливается шумоглушитель. Трубчатые шумоглушители (рис. 80) устанавливаются на воздуховодах диаметром до 500 мм.
Рис. 80
При равных показателях скорости воздуха величина понижения
шума в шумоглушителе зависит в основном от толщины и местоположения звукопоглощающих слоев, а также его длины. Стандартная длина шумоглушителей 600, 900 и 1200 мм.
Шумоглушители эффективны в основном для погашения шума в
диапазоне частот от 500 до 4000 Гц. При более низких частотах эффективность шумоглушителей намного ниже.
Поперечное сечение шумоглушителя определяется:
F=
L
ω
,
где F – площадь поперечного сечения шумоглушителя, м; L – расход
воздуха через глушитель, м3/с; ω – допустимая скорость воздуха в глушителе, м/с.
8.5 Теплоутилизационные установки
Теплоутилизационные установки делятся на два вида: теплоутилизаторы-теплообменники непосредственного действия и тепловые насосы, обеспечивающие увеличение потенциала утилизируемого тепла. В
регенеративных и рекуперативных утилизаторах рабочим веществом
являются сами теплообменивающиеся среды.
Процесс проходит в рекуперационном теплообменнике таким образом, что выбрасываемый и свежий воздух абсолютно отдельны друг
от друга, чтобы не произошло их смешение.
Возможно использование рекуперационных теплообменников и
для охлаждения помещений, то есть обратным способом – рекуперация
холода, подводимому воздуху передаётся холод от отводимого воздуха.
Задача рекуперации тепловой энергии в общем виде может быть
изображена как видно из рисунка 81.
Основной характеристикой рекуператоров является η - коэффициент эффективности рекуперации. Это отношение между максимально
возможным полученным теплом и теплом, полученным в действитель-
ности. Коэффициент зависит от типа рекуператора, меняется в пределах от 30 до 90%.
Рис.81.
Существует несколько средств рекуперации тепловой энергии:
- пластинчатые перекресноточные теплообменники (рекуператоры),
- роторные рекуператоры;
- рекуператоры с промежуточным теплоносителем;
- рекуператоры с тепловыми трубами;
- рекуператоры «тепловая камера»;
- рекуператоры «тепловой насос».
Большинство же теплообменников, таких как пластинчатые теплообменники типа «воздух-воздух», водяные контуры, а также тепловые
насосы, непосредственным образом осуществляют перенос только явного тепла. Коэффициент по явному теплу:

t12  t11
,
t21  t11
где t12, t11 – приточный воздух на выходе и входе рекуператора, 0С;
t21 – вытяжной воздух на входе в рекуператор, 0С.
Некоторые рекуператоры, например, роторные теплообменники типа «воздух - воздух», осуществляют перенос как явного, так и скрытого
тепла, сосредоточенного в парах воздуха, переносимого между вытяжкой и притоком. Общая эффективность рекуператора принимается по
явному и скрытому теплу:
i - i11
  12
,
i21 - i11
где i12, i11 – удельная энтальпия приточного воздуха на выходе и входе
рекуператора, кДж/кг; i21 – удельная энтальпия вытяжного воздуха на
входе в рекуператор, кДж/кг.
На показатели эффективности так же оказывает влияние и наличие конденсации влаги при рекуперации. Поэтому учитывают отдельно
эффективность рекуператоров без учета конденсации и эффективность
с учётом конденсации. Показатель эффективности зависит от соотношения весовых расходов воздуха на притоке и вытяжке. Эффективность рекуперации по явному теплу при этом выражается формулой:

Gп  ( t11  t12 )
G ( t  t )
 в 22 21 ,
Gmin  ( t11  t21 ) Gmin  ( t11  t21 )
где Gп, Gв – весовой расход воздуха на притоке и соответственно на
вытяжке, кг/с; Gmin – минимальное значение из Gп и Gв, кг/с; t21 – вытяжной воздух на выходе из рекуператора, 0С.
Пластинчатые рекуператоры это рекуператоры со стыкующимися плоскостями (рис. 82а), набор специально спрофилированных
алюминиевых пластин толщиной 0,2 мм. Тепловыделяющий и теплопоглощающий воздушные потоки проходят вдоль разделяющих их плоскостей, обладающих высокой теплопроводностью, через которые происходит процесс теплопередачи. Удаляемый из помещений воздух используется, как вторичный энергоресурс с целью экономии тепла или
холода. Это создаёт систему двух раздельных каналов для протекания
приточного и вытяжного потоков воздуха.
а
б
Рис. 82. Рекуператоры:
а - пластинчатый перекресно-точный; б - роторный
Перекрестно-точные рекуператоры горизонтального типа
обычно используются в помещениях с ограничениями по высоте. Принцип работы ничем не отличается от принципа работы перекрестноточного рекуператора вертикального типа, здесь секции теплообменника расположены под небольшим углом к горизонтальной поверхности,
что обеспечивает нормальный сток конденсата. За теплообменником
устанавливается каплеуловитель, поддон для сбора конденсата и сифон.
В приточной части рекуператора, во избежание обледенения в
зимний период, устанавливается клапан с обводной линией – байпас.
В зависимости от конструктивного исполнения пластинчатые рекуператоры имеют эффективность η = 40  70% и потерю напора по притоку и вытяжке Р = 50  250 Па.
Типовая схема рекуперативной установки на базе пластинчатого
теплообменника приведена на рис. 83.
При использовании рекуператора с температурами ниже -20°С
следует использовать предварительный нагрев воздуха перед рекуператором.
Рис. 83. Схема рекуперативной установки на примере
Plate Heat Exchangers (PHE)
Роторные рекуператоры классифицируются как рекуператоры с
вращающимся аккумулятором тепла (рис. 82б). Ротор с насадкой, обладает высокой теплоемкостью, которая при использовании противоточной схемы попеременно нагревается и охлаждается тепловыделяющим и теплопоглощающим воздушными потоками.
В зависимости от параметров воздуха и свойств используемой
насадки процесс теплопереноса может сопровождаться переносом влаги. Существуют роторные рекуператоры конденсационного типа, которые осуществляют преимущественно перенос тепла и только той влаги,
которая конденсируется на поверхности насадки в местах, имеющих
температуру ниже точки росы. У простого алюминиевого ротора теплоутилизирующая насадка выполнена из гладкого необработанного алюминия и перенос влаги осуществляется только при ее конденсации из
теплого воздуха на стенках каналов. Часть влаги уносится потоком холодного воздуха. Конденсация вызывает увеличение падения давления
и возникает только при наличии избыточного влагосодержания в воздушном потоке. В зимний период при большой разности температур
эффективность переноса влаги может достигать 60 %. Простые алюминиевые роторы пригодны для рекуперации тепла и переноса влаги в
системах вентиляции без механического охлаждения, т.е. в системах,
предназначенных для работы в зимний период.
Типовая схема рекуперативной установки на базе роторного теплообменника изображена на рис. 84.
Алюминиевый ротор со слоем силикагеля позволяет осуществлять
перенос влаги за счет процесса сорбции без конденсации. С падением
разности температур эффективность переноса влаги снижается незначительно. Этот тип рекуператоров пригоден для эксплуатации в летний
период, когда необходимо механическое охлаждение свежего потока
воздуха.
Рис. 84. Схема рекуперативной установки на примере
Rotary Heat Exchangers (RHE)
Алюминиевые роторы с протравленным поверхностным слоем. Здесь теплоутилизирующая насадка изготавливается из металла с
капиллярной структурой поверхности, которая образуется в результате
химической обработки металла методом травления. Поэтому влага переносится за счет процесса сорбции совместно с ее конденсацией. При
этом перенос влаги в основном осуществляется за счет конденсации.
Процесс сорбции имеет гораздо меньшую интенсивность, следовательно, перенос влаги в летний период невелик. В результате роторы этого
типа используются крайне редко, поскольку не отличаются высокой
влагопоглощающей способностью.
В зависимости от конструктивного исполнения роторные рекуператоры имеют η = 60  85% и Р = 75  500 Па.
Рекуператоры с промежуточным теплоносителем имеют циркуляционный контур, в котором перемещается рабочее вещество,
обеспечивающее передачу тепловой энергии от теплоприемника к теплопередатчику.
Используются в системах, где недопустимо смешение потоков воздуха, а также в случаях большого расстояния между приточной и вытяжной установками.
В качестве рекуператора служат теплообменники, соединенные
единой системой трубопроводов, заполненных промежуточным теплоносителем. Теплоноситель получает тепло удаляемого воздуха с помощью теплообменника, установленного в вытяжной части и передает
его подаваемому воздуху с помощью теплообменника, установленного
в приточной части установки, который выполняет функцию начального
нагревателя.
Теплообменник, расположенный в потоке удаляемого воздуха с
каплеуловителем, поддоном для сбора конденсата, сливным патрубком
и сифоном. В качестве промежуточного теплоносителя используется
незамерзающая жидкость, применительно в условиях российского климата чаще всего, 40%-ный раствор этиленгликоля в дистиллированной
воде. В качестве жидкостей, обеспечивающих работу теплоутилизаторов в области влажного пара, используют хладоны, водяной пар.
Водяные циркуляционные системы включают два оребренных теплообменника типа «вода-воздух», объединенных между собой гидравлическим контуром, в котором осуществляется прокачка воды или водогликолевой смеси. Типовая схема водяной циркуляционной системы на
примере Runaround Coils изображена на рис. 85.
Тепло, поглощаемое из одного воздушного потока, промежуточным
теплоносителем переносится во второй теплообменник, через который
передается другому воздушному потоку. В зависимости от конструкции
водовоздушных
теплообменников
и
используемой
запорнорегулирующей арматуры водяные циркуляционные системы обеспечивают η =т 50  65% и Р = 200  900 Па.
Рис. 85. Схема водяной циркуляционной системы
1 - теплообменник при вытяжке воздуха; 2 - теплообменник для приточного
воздуха; 3 - циркуляционный насос; 4 - предохранительный клапан;
5 - расширительный бак; 6 - индикаторы температуры и давления;
7,8 - температурный датчик; 9 - ограничительный
датчик; 10 - воздушный клапан; 11 - изолирующий клапан;
12 - управляющий клапан; 13 - контроллер.
Рекуператоры «тепловая труба» вертикального типа представляют собой фреоновый контур, в котором циклическим образом осуществляются фазовые переходы теплоносителя из жидкого в газообразное состояние и обратно. Типовая схема на примере тепловой трубы Heat Pipes представлена на рис. 86.
Эффективность тепловых труб η = 45  65% и может регулироваться за счет изменения наклона по отношению к вертикальному положению. Перетекание загрязненного воздуха из вытяжки в приток полностью исключено, т.к. они изолированы между собой через промежуточный теплоноситель. Рекуператоры тепловые трубы отличаются
наибольшей компактностью, используются при условии параллельного
расположения приточного и вытяжного воздуховодов, непосредственно
примыкающих друг к другу.
В качестве рекуператора обычно используются медноалюминиевые, медно-никелевые или из нержавеющей стали теплообменники, соединенные единой системой трубопроводов, частично заполненных фреоном. Рекуперация происходит за счет физических
свойств фреона.
Рис. 86.
В теплообменнике (испарителе) происходит испарение фреона за
счет тепла, отдаваемого вытяжным воздухом. Фреон поступает в теплообменник (конденсатор), находящийся в приточной (верхней) части
установки и, отдавая тепло воздуху, забираемому с улицы, конденсируется. Теплообменник, расположенный в потоке удаляемого воздуха
(испаритель) снабжён каплеуловителем - поддоном для сбора конденсата и сифоном.
Рекуператоры «тепловая трубка» горизонтального типа обычно используются в помещениях с ограничениями по высоте.
В секции теплообменник расположен под углом 10° к горизонтальной поверхности, что обеспечивает более эффективную естественную
циркуляцию фреона.
Рекуператор «тепловая камера» представляет собой емкость,
разделенную на две части, которые с помощью системы клапанов попеременно заполняются приточным и вытяжным воздухом. За счет
большой теплоемкости камеры, осуществляется передача тепла между
воздушными потоками. Эффективность данной системы может быть
достаточно велика, но она отличается значительными капитальными
затратами. И она практически неприемлема при наличии существенного загрязнения воздуха на вытяжке.
Рекуператор «тепловой насос» представляют собой холодильный контур с компрессором, расширительным клапаном, испарителем и
конденсатором, расположенными отдельно в приточном и вытяжном
воздуховодах. 4-ходовой перепускной клапан, обеспечивает реверсирование движения теплоносителя и позволяет в зависимости от сезона
осуществлять перенос тепла с вытяжки на приток и наоборот.
Приточный и вытяжной воздуховоды могут быть разнесены между
собой в пределах допустимой длины холодильного контура. Перетекание загрязненного воздуха из вытяжки в приток полностью исключено,
поскольку они изолированы между собой через промежуточный теплоноситель.
Производительность теплого насоса зависит от расхода воздуха и
температуры его на входе в испаритель и конденсатор.
Чем выше расход воздуха и температура его на входе в испаритель, тем выше производительность теплового насоса.
Снижение температуры воздуха на входе в конденсатор приводит
также к увеличению производительности при пониженном энергопотреблении. Достижимые значения коэффициента эффективноти составляют порядка 4,5–5,2, т.е. на единицу затрачиваемой электрической энергии осуществляется транспортировка 4 – 5 единиц тепловой
энергии. При вытяжке большого количества скрытого тепла с применением теплового насоса достигается наибольшая экономия энергии.
Данные методы и средства рекуперации тепловой энергии в системах вентиляции и кондиционирования воздуха способствуют решению некоторых задач по существенному сокращению энергопотребления, а также снижению нагрузки на окружающую среду. В настоящее
время рекуперация получила широкое распространение и применение
для систем кондиционирования и вентиляции воздуха.
Основой интереса к системам рекуперации тепла является рост
цен на все виды энергоносителей. Использование рекуперации позволяет снизить затраты энергии на работу такой системы по сравнению с
обычными системами.
Наибольший интерес представляют пластинчатые и роторные теплообменники. Другие типы рекуператоров отличаются не очень высокой
эффективностью.
Контрольные вопросы
1. Из каких потерь давления в системе складываются общие потери?
2. От чего завит коэффициент потерь давления на трение?
3. Классификация вентиляторов.
4. Основные характеристики необходимые для подбора вентилятора?
5. В чем заключается борьба с вибрацией и шумом при работе
вентиляторов?
6. Классификация воздухораспределителей по форме выпускаемого отверстия.
7. Классификация воздухораспределителей по конструктивному
исполнению.
8. Воздухораспределительные устройства для судовых СКВ.
9. Требования, предъявляемые к судовым воздухораспределителям.
10. Назначение и типы теплоутилизационных установок?
11 Основные характеристики рекуператоров?
12. Наиболее эффективные рекуператоры применяемые в системах
кондиционирования воздуха.
13. Назначение шумоглушителей их характеристики.
14. Типы шумоглушителей.
15. Типы теплоутилизационных устройств. Рекуператоры.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ананьев В.А., Балуева Л.Н., Гальперин А.Д. и др. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика М.: Евроклимат,
2001. 416 с.
2. Афанасьева Р.Ф., Константинов Е.И. и др. Вентиляция. Оборудование и технологии. М.: Стройинформ, 2007. 424 с.
3. Баркалов Б.В., Карпис Е.Е. Кондиционирование воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях. М.: Стройиздат, 1982.
311 с.
4. Богословский В.Н. Отопление и вентиляция. Часть 2. М.: Стройиздат, 1976. 440 с.
5. Богословский В.Н. и др. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение. М.: Стройиздат, 1985. 367 с.
6. Буренин В.В. Новые конструкции воздушных фильтров для систем кондиционирования // Холодильная техника. № 2. 2007. С. 12-14.
7. Вишневский Е.П. Рекуперация тепловой энергии в системах вентиляции и кондиционирования воздуха.// С.О.К. №11,2004.
8. Воронец Д, Козич Д. Влажный воздух. Термодинамические свойства и применения. М.: Энергоатомиздат, 1984. 135 с.
9. Захаров Ю.В., Андреев Л.М. Оборудование судовых систем кондиционирования воздуха. Л.: Судостроение, 1971. 319 с.
10. Каталог продукции 2005 г. Systemair. 566 с.
11. Каталог компании LG, 2007, 99 с. www.lg-aircon.ru.
12. Каталог. Оборудование для систем вентиляции воздуха. М.:
Арктика, 2003. 379 с. www.ARKTIKA.ru.
13. Кокорин О.Я. Современные системы кондиционирования воздуха. М.: Физматлит, 2003. 350 с.
14. Кокорин О.Я., Комиссаров В.В. Выбор теплообменника в приточном агрегате для сезонного выполнения функций нагрева или охлаждения и осушения приточного наружного воздуха // Холодильная техника. № 1. 2007. С. 76-80.
15. Кокорин О.Я., Левин И.Е. Энергосберегающие системы кондиционирования воздуха в современных зданиях // Холодильная техника.
№ 6. 2006. С. 40-42.
16. Коляда В.В. Кондиционеры. Принцип работы. Монтаж, установка, эксплуатация. Рекомендации по ремонту. М.: СОЛОН-Пресс, 2002.
110 с.
17. Краснов Ю.С., Борисоглебская А.П. и др. Системы вентиляции
и кондиционирования. Рекомендации по проектированию, испытаниям и
наладке. М.: Термокул, 2004. 250 с.
18. Лалаев Г.Г., Киповский И.Н. Судовые холодильные установки.
Устройство и эксплуатация. М.: Транспорт, 1973. 247 с.
19. Ладин Н.В. и др. Судовые рефрижераторные установки. М.:
Транспорт, 1993. 245 с.
20. Лэнгли Б. Руководство по устранению неисправностей в оборудовании для кондиционирования воздуха и в холодильных установках.
М.: Евроклимат, 2002. 217 с.
21. Малова Н.Д. Системы вентиляции и кондиционирования. Рекомендации по проектированию для предприятий пищевой промышленности. М.: Термокул. 2005. 400 с.
22. Маке В., Эккерт Г.Ю., Жан-Луи Кошпен. Учебник по холодильной технике. М.: Московский университет, 1998. 1142 с.
23. Мундангер А.А., Мокрецов В.П. и др. Судовые системы технического кондиционирования. Л.: Судостроение, 1977. 207 с.
24. Петров Ю.С. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Л.: Судостроение, 1984. 159 с.
25. Полушкин В.И., Русак О.Н. и др. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Часть 1. Теоретические основы создания
микроклимата в помещении. Спб.: Профессия, 2002.158 с.
26. Староверов И.Г. Справочник проектировщика. Часть 2. Вентиляция и кондиционирование воздуха. М.: Стройиздат, 1978. 509 с.
27. Селиверстов В.М. Расчет судовых систем кондиционирования
воздуха. Л.: Судовождение, 1971. 262 с.
28. СНиП 2.04.05-91* Отопление, вентиляция, кондиционирование.
М.: Госстрой России, 2003. 64 с.
29. http://klimat.ru
30. www.promholod.com
Приложение 1
Нормы, допустимые метеорологические условия в рабочей зоне
Характеристика помещения
1
1. Производственное со
значительными избытками явного
тепла
Категория
работы
2
Легкая
Средней
тяжести
Тяжелая
Холодный период года
Теплый период года (tнаружго воздуха 10 °С и выше)
На постоянных
Темпера- На постоянных рабочих местах в рабочей
Температура
рабочих местах
тура воззоне производственных помещений
воздуха в продуха вне
изводственных
ТемпеОтносиТемпература
Относительная
постоянпомещениях в
ратура
тельная
воздуха в °С
влажность в %
°С
воздуха влажность ных рабо°С
воздуха в % чих зон
3
4
5
6
7
8
17-22
75
15-22
Не более чем на
Не более 55
Не более чем на
3 °С выше расчетной при t = 28 °С
3 °С выше растемпературы наруж- Не более 60
четной темпераного воздуха, но не
при t = 27 °С
туры наружного
более 28 °С
Не более 65
воздуха
при t = 26 °С
Не более 70
при t = 25 °С
Не более 75
при t = 24 °С
И ниже
15-20
75
13-20
То же
То же
То же
13-18
75
12-18
То же, но не более
26 °С
Не более 65
при t = 26 °С
Не более 70
при t = 25 °С
Не более 75
при t = 24 °С
И ниже
//-//
Окончание приложения 1
1
2. Производственное со
избытками
явного тепла
2
Легкая
3
17-24
4
75
5
15-26
6
Не более чем на 5
°С выше расчетной
температуры наружного воздуха , но не
более 280 С
7
Не более 55
при t = 280С
Не более 60
при t = 27 °С
Не более 65
при t = 26 °С
Не более 70
при t = 25 °С
Не более 75
при t = 24 °С
И ниже
8
Не более чем на
3 °С выше расчетной температуры наружного
воздуха
Средней
тяжести
Тяжелая
16-22
75
15-24
То же
То же
То же
13-17
75
12-19
//-//
Не более 65
при t = 26 °С
Не более 70
при t = 25 °С
Не более 75
при t = 24 °С
И ниже
То же
Приложение 2
Установки кондиционирования воздуха Характеристики неисправностей
Неисправность
1
Установка
не работает
Компрессорноконденсаторный
агрегат не
работает
Возможная причина
Способ устранения
2
1. Перегорел предохранитель.
2. Не замыкаются контуры реле температуры.
3. Перегорел предохранитель трансформатора.
4. Перегорел трансформатор.
5. Неисправна электропроводка.
3
1. Заменить предохранитель.
2. Настроить реле на заданную температуру.
3. Заменить предохранитель.
4. Заменить трансформатор.
5. Устранить неисправность электропроводки
или затянуть клеммы соединений.
1. Перегорел предохранитель агрегата.
2. Высокая установка реле температуры.
3. Перегорела катушка пускателя.
4. Подгорели контакты пускателя.
5. Разомкнуты контакты защитного реле компрессора.
6. Реле высокого давления отключает агрегат.
1. Заменить предохранитель.
2. Отрегулировать реле температуры.
3. Заменить катушку.
4. Заменить контакты.
5. Определить причину и устранить перегрузку.
6. См. неисправность «Высокое давление
нагнетания».
7. См. неисправность: «Низкое давление всасывания».
8. Устранить неисправность электропроводки
или затянуть клеммы соединений.
7. Реле низкого давления отключает агрегат.
8. Неисправна электропроводка или не затянуты
клеммы соединений.
Продолжение приложения 2
1
Компрессор не
включается
Элетродвигатель
вентилятора конденсатора не
включается
Компрессор гудит,
но не работает
2
1. Неисправны контакты пускателя.
2. Разомкнуты контакты защитного реле компрессора.
3. Сгорел пусковой конденсатор.
4. Неисправно пусковое реле.
5. Сгорел рабочий конденсатор.
6. Перегорел электродвигатель компрессора.
7. Компрессор заклинен.
3
1. Заменить контакты.
2. Определить причину и устранить перегрузку.
3. Заменить пусковой конденсатор.
4. Заменить пусковое реле.
5. Заменить рабочий конденсатор.
6. Отремонтировать электродвигатель или
заменить компрессор.
7. Заменить компрессор.
1. Неисправна электропроводка или не затянуты
клеммы соединений.
2. Перегорел электродвигатель вентилятора.
3. Изношены подшипники электродвигателя вентилятора.
1. Устранить неисправность электропроводки
или затянуть клеммы соединений.
2. Заменить электродвигатель вентилятора.
3. Заменить подшипники или электродвигатель.
1. Сгорел пусковой конденсатор.
2. Неисправно пусковое реле.
3. Перегорел электродвигатель компрессора.
1. Заменить пусковой конденсатор.
2. Заменить пусковое реле.
3. Отремонтировать или заменить компрессор.
4. Заменить компрессор.
5. Заменить контакты.
6. Определить причину и устранить неисправность.
4. Компрессор заклинен.
5. неисправны контакты пускателя.
6. Низкое напряжение в электросети.
Продолжение приложения 2
1
Компрессор работает циклично, но с
перегрузкой
2
1. Неисправен пусковой конденсатор.
2. Неисправно пусковое реле.
3. Неисправен рабочий конденсатор.
4. Недостаточная мощность защитного реле.
5. Неисправны контакты пускателя.
6. Низкое напряжение в электросети.
7. Перегорел электродвигатель компрессора.
8. Избыток хладагента в системе.
9. Недостаточное количество хладагента в системе.
10. Высокое давление всасывания.
Реле высокого давления отключает
компрессором
1. Избыток хладагента в системе.
2. Загрязнен конденсат.
3. Проскальзывает ремень вентилятора конденсатора.
4. не работает электродвигатель вентилятора
конденсатора.
5. Воздух или неконденсирующиеся газы в системе.
3
1. Заменить пусковой конденсатор.
2. Заменить пусковое реле.
3. Заменить рабочий конденсатор.
4. Заменить защитное реле.
5. Заменить контакты.
6. Определить причину и устранить неисправность.
7. Отремонтировать или заменить компрессор.
8. Выпустить избыточное количество хладагента.
9. Устранить утечку хладагента и дозарядить
систему.
10. Снизить тепловую нагрузку на испаритель
или отремонтировать компрессор.
1. Выпустить избыточное количество хладагента.
2. Очистить конденсатор.
3. Заменить или натянуть ремень вентилятора.
4. См. неисправность «Электродвигатель вентилятора конденсатора не включается».
5. Выпустить воздух или неконденсирующиеся
газы.
Продолжение приложения 2
1
Компрессор работает циклично, его
отключение происходит от
реле низкого давления
2
1. Недостаточное количество хладагента в системе.
2. Загрязнен или неисправен ТРВ.
3. Неисправна термосистема ТРВ.
4. Загрязнен фильтр.
5. Загрязнен испаритель.
6. Проскальзывает ремень вентилятора испарителя.
7. Не работает вентилятор испарителя.
8. Местное сопротивление в схеме циркуляции
хладагента.
Шум в
компрессоре
1. Ослаблены стопорные болты.
2. Недостаточное количество масла в компрессоре.
3. Неисправны клапаны компрессора.
4. Неправильная установка перегрева ТРВ.
5. Заклинен ТРВ.
6. Плохой контакт термобаллона ТРВ и всасывающего трубопровода.
7. Избыток хладагента в системе (установка с капиллярной трубкой).
3
1. Устранить утечку хладагента и дозарядить
систему.
2. Очистить или заменить ТРВ.
3. Заменить ТРВ.
4. Очистить или заменить фильтр.
5. Очистить испаритель.
6. Заменить или натянуть ремень вентилятора.
7. См. неисправность: «Вентилятор испарителя не работает».
8. Определить причину и устранить местное
сопротивление.
1. Затянуть болты.
2. См. неисправность: «Унос масла из компрессора».
3. Заменить клапаны или клапанную доску.
4. Отрегулировать ТРВ.
5. Заменить ТРВ.
6. Обеспечить плотный контакт.
7. Выпустить избыточное количество хладагента.
Продолжение приложения 2
1
Унос масла из компрессора
2
1. Недостаточное количество хладагента в системе.
2. Низкое давление всасывания.
3. Заклинен ТРВ в открытом положении.
4. Местное сопротивление в системе.
Нет охлаждения,
компрессор работает неправильно
1. Недостаточно количество хладагента в системе.
2. Неисправны клапаны компрессора.
3. Высокое давление всасывания.
4. Воздух или неконденсирующиеся газы в системе.
5. Неправильная установка перегрева ТРВ.
6. Загрязнен или неисправен ТРВ.
7. Загрязнен испаритель.
8. Загрязнен воздушный фильтр.
9. Проскальзывает ремень вентилятора испарителя.
10. Местное сопротивление в линии циркуляции
хладагента.
11. Загрязнен конденсатор.
3
1. Устранить утечку и дозарядить в систему
хладагент и масло.
2. См. неисправность: «Низкое давление всасывания».
3. Заменить ТРВ.
4. Определить причину и устранить местное
сопротивление.
1. Устранить утечку хладагента и и дозарядить систему.
2. Заменить клапаны, клапанную доску или
компрессор.
3. См. неисправность: «Высокое давление
всасывания».
4. Выпустить воздух или неконденсирующиеся
газы.
5. Отрегулировать ТРВ.
6. Заменить ТРВ.
7. Очистить испаритель.
8. очистить или заменить фильтр.
9. Заменить или натянуть ремень вентилятора.
10. Определить причину и устранить местное
сопротивление.
11. Очистить конденсатор.
Продолжение приложения 2
1
Установка
вырабатывает слишком много
холода;
компрессор работает
непрерывно
В компрессор поступает жидкий хладагент (установка с
капиллярной трубкой)
2
1. Низкая установка реле температуры.
2. Реле температуры размещено неправильно.
3. Неисправна электропроводка.
3
1. Отрегулировать реле температуры.
2. Перемонтировать реле температуры.
3. Устранить неисправность электропроводки.
1. Избыток хладагента в системе.
1. Выпустить избыточное количество хладагента.
2. См. неисправность: «Высокое давление
нагнетания».
3. Загрязнен испаритель.
4. Заменить или натянуть ремень.
В компрессор поступает жидкий хладогент (установка с
1. Неправильная установка перегрева ТРВ.
2. Заклинен ТРВ в открытом положении.
3. Плохой контакт между термобаллоном ТРВ и
всасывающим трубопроводом.
4. Избыток хладагента в системе.
5. Низкая температура воздуха в помещении.
2. Высокое давление нагнетания.
3. Загрязнен испаритель.
4. Проскальзывает ремень вентилятора испарителя.
5. Загрязнен воздушный фильтр.
6. Не работает вентилятор испарителя.
5. Очистить или заменить фильтр.
6. См. неисправность: «Вентилятор испарителя не работает»
1. Отрегулировать ТРВ.
2. Заменить ТРВ.
3. Обеспечить плотный контакт.
4. Выпустить избыточное количество хладагента.
ТРВ)
Продолжение приложения 2
1
Высокое
давление
нагнетания
2
1. Избыток хладагента в системе.
2. Высокая температура окружающей среды.
3. Воздух или неконденсирующиеся газы в системе.
4. Повышена тепловая нагрузка на испаритель.
5. Загрязнен конденсатор.
6. Не работает электродвигатель вентилятора
конденсатора.
7. Проскальзывает ремень вентилятора конденсатора.
Низкое
давление
нагнетания
1. Недостаточное количество хладагента в системе.
2. Неисправны клапаны компрессора.
3. Низкое давление всасывания.
4. Конденсатор обдувается холодным воздухом.
3
1. Выпустить избыточное количество хладагента.
2. Обеспечить подачу более холодного воздуха к конденсатору.
3. Выпустить воздух или неконденсирующиеся
газы.
4. Снизить нагрузку.
5. Очистить конденсатор.
6. См. неисправность: «Электродвигатель
вентилятора конденсатора не сключается».
7. Заменить или натянуть ремень вентилятора.
1. Устранить утечку хладагента и дозаправить
систему.
2. Заменить клапаны, клапанную доску или
компрессор.
3. См. неисправность: «Низкое давление всасывания».
4. Обеспечить подачу более теплого воздуха.
Продолжение приложения 2
1
Высокое
давление
всасывания
2
1. Неисправны клапаны компрессора.
2. Избыток хладагента в системе.
3. Высокое давление нагнетания.
4. Высокая температура рециркуляционного воздуха.
5. Повышена тепловая нагрузка.
6. Заклинен ТРВ в открытом положении.
Низкое
давление
всасывания
1. Недостаточное количество хладагента в системе.
2. Низкая температура рециркуляционного воздуха.
3. Неправильная установка перегрева ТРВ.
4. Загрязнен или неисправен ТРВ.
5. Неисправна система ТРВ.
6. Проскальзывает ремень вентилятора испарителя.
7. Не работает вентилятор испарителя.
8. Местное сопротивление в линии циркуляции
хладагента.
9. Загрязнен воздушный фильтр.
3
1. Заменить клапаны, клапанную доску или
компрессор.
2. Выпустить избыточное количество хладагента.
3. См. неисправность: «Высокое давление
нагнетания».
4. Снизить температуру рециркуляционного
воздуха.
5. Снизить нагрузку.
6. Очистить или заменить ТРВ.
1. Устранить утечку хладагента и до заправить систему.
2. Повысить установку реле температуры.
3. Отрегулировать ТРВ.
4. Очистить или заменить ТРВ.
5. Заменить ТРВ.
6. Заменить или натянуть ремень.
7. См. исправность: «Вентилятор испарителя
не работает»
8. Определить причину и устранить местное
сопротивление.
9. Очистить или заменить фильтр.
10. Загрязнен испаритель.
11. Обмерзание испарителя.
12. Засорена капиллярная трубка.
Вентилятор испарителя не
работает
Испаритель обмерзает
10. Очистить испаритель.
11. См. неисправность: «Испаритель обмерзает»
12. Заменить капиллярную трубку.
1. Перегорел предохранитель.
2. Неисправно реле вентилятора испарителя.
3. Перегорел электродвигатель вентилятора испарителя.
4. Поврежден ремень вентилятора.
5. Неисправна электропроводка или не затянуты
клеммы соединений.
1. Заменить предохранитель.
2. Заменить реле вентилятора.
3. Заменить электродвигатель вентилятора.
1. Недостаточное количество хладагента в системе.
2. Низкое давление всасывания.
1. Устранить утечку хладагента и зарядить
систему.
2. См. неисправность: «Низкое давление всасывания».
3. Повысить установку реле температуры.
3. Низкая температура рециркуляционного воздуха.
4. Вентилятор испарителя не работает.
5. Проскальзывает ремень вентилятора испарителя.
6. Местное сопротивление в линии циркуляции
хладагента.
7. Загрязнен воздушный фильтр.
8. Загрязнен испаритель.
9. Загрязнен или неисправен ТРВ.
4. Заменить ремень.
5. Устранить неисправность электропроводки
или затянуть клеммы соединений.
4. См. неисправность: «Вентилятор испарителя не работает».
5. Заменить или натянуть ремень.
6. Определить причину и устранить местное
сопротивление.
7. Очистить или заменить фильтр.
8. Очистить испаритель.
9. Очистить или заменить ТРВ.
Окончание приложения 2
1
Высокие
эксплуатационные
расходы
2
1. Неисправны клапаны компрессора.
2. Недостаточно хладагента в системе.
3. Избыток хладагента в системе.
4. Загрязнен конденсатор.
5. Загрязнен испаритель.
6. Загрязнен воздушный фильтр.
7. Высокое давление нагнетания.
8. Проскальзывает ремень вентилятора испарителя или конденсатора.
3
1. Заменить клапаны, клапанную доску или
компрессор.
2. Устранить утечку хладагента и дозаправить
систему.
3. Выпустить избыточное количество хладагента.
4. Очистить конденсатор.
5. Очистить испаритель.
6. Очистить или заменить фильтр.
7. См. неисправность: «Высокое давление
нагнетания».
8. Заменить или натянуть ремень.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .......................................................................................................3
1. Краткая история создания систем кондиционирования воздуха ..........4
2. Задачи кондиционирования воздуха и нормы климата .........................8
3. Термодинамические свойства влажного воздуха ................................10
3.1. Основные параметры и характеристики сухого
и влажного воздуха…………………………………………………...10
3.2. d-I-диаграмма влажного воздуха ................................................13
4. Санитарно-гигиенические основы кондиционирования воздуха ........20
4.1. Методы определения относительной влажности .....................20
4.2. Современные приборы измерения параметров воздуха .........25
4.3. Оптимальные параметры окружающего воздуха
для различных видов нагрузки....................................................27
5. Тепло-, массо- и воздухообмен в СКВ .................................................34
5.1. Расчет теплового и влажностного балансов в
помещении.....................................................................................34
5.2. Определение теплопритоков в помещении
при различных наружных и внутренних условиях .....................34
5.3. Выделение тепла, влажности и газов в производственном
помещении ...................................................................................36
5.3.1. Определение теплопритоков .............................................36
5.3.2. Влагопоступление в помещении ........................................37
5.3.3. Расчет газопоступлений в помещении ..............................38
6. Методы обработки воздуха ...................................................................40
6.1. Тепло- и влагообмен между воздухом и водой .........................40
6.2. Построение процессов изменения состояния
влажного воздуха на d-I-диаграмме ...........................................42
6.3. Нагревание воздуха ....................................................................44
6.4. Охлаждение воздуха ...................................................................48
6.5. Осушение воздуха .......................................................................53
6.6. Увлажнение воздуха....................................................................63
6.7. Воздухонагреватели и воздухоохладители судовых
систем кондиционирования воздуха ..........................................70
6.8. Фильтрация воздуха в системах кондиционирования………...74
7. Системы кондиционирования воздуха ..................................................81
7.1. Классификация систем кондиционирования воздуха ...............81
7.2. Краткая характеристика кондиционеров воздуха………………84
7.3. Принцип работы кондиционера ................................................103
7.4. Хладагенты…………………………………………………………..105
7.5. Судовые системы кондиционирования ....................................107
8. Газодинамический расчет систем .......................................................115
8.1. Определение потерь давления в системах .............................114
8.2. Вентиляторы ..............................................................................116
8.3. Воздухораспределители ...........................................................122
8.4. Шумоглушители……………………………………………………..129
8.5. Теплоутилизационные установки………………………………..130
Библиографический список .....................................................................139
Приложения:
Приложение 1. Нормы, допустимые метеорологиские условия в
рабочей зоне …………………………………………..141
Приложение 2. Установки кондиционирования воздуха.
Характеристики неисправностей. …………………..143