Системы технологического кондиционирования воздуха

Системы технологического кондиционирования воздуха предназначены для обеспечения параметров микроклимата для нормального протекания технологического процесса. Основные причины, вызывающие необходимость поддержания требуемых значений температуры и относительной влажности воздуха в помещении следующие:

1. Изменение размеров металлических деталей при колебании температуры воздуха (точное машиностроение и приборостроение, производство шарикоподшипников, калибров оптических линз, точные измерительные лаборатории).

2. Влияние относительной влажности воздуха на размеры гигроскопических тел, в частности бумаги (цветная литография, точные чертежные работы на плизе.).

3. Коррозия металлов при повышенной относительной влажности воздуха (точное машиностроение и приборостроение, производство шарикоподшипников и калибров, машинные залы автоматических телефонных станций, электроаппаратные помещения, инструментальные мастерские и кладовые, склады черного металла).

4. Электризация ряда гигроскопических материалов (пряжи, ткани, бумаги) при относительной влажности воздуха меньше 55 - 65% (текстильное, полиграфическое производство).

5. Очистка от пыли в наружном воздухе (точное машиностроение и приборостроение, производство шарикоподшипников, калибров, оптических линз, приборов электроники, полупроводников).

6. Потеря сыпучести порошкообразных веществ при повышенной относительной влажности воздуха (фармацевтическое производство, изготовление анилокрасителей и различные химические производства, мукомольные и цементные предприятия, производство и хранение сахара, соли и других гигроскопических сыпучих веществ).

7. Изменение консистенции коллоидных пленок и тел при колебаниях температуры и относительной влажности воздуха (производство кинопленки и фотоматериалов, полиграфическое, кондитерское, фармацевтическое производство).

8. Влияние на диэлектрические свойства гигроскопических изоляционных материалов повышенной относительной влажности воздуха (производство кабеля, намотка катушек и трансформатора и т.д.).

9. Изменение формы и механических свойств гигроскопических тел при колебании относительной влажности воздуха (деревообрабатывающее, спичечное производства, изготовление наждачной бумаги и абразивных кругов, музеи, архивы, библиотеки, производство и хранение изделий из кожи, мыла, табака, резины, дерева).

10. Замедление биохимических процессов и деятельности микроорганизмов при понижении температуры воздуха (производство и хранение пищевых продуктов, осушение строительных конструкций и т.д.)

11. Изменение скорости протекания различных химических реакций и процессов кристаллизации при колебаниях температуры и относительной влажности воздуха. На горячих производствах (металлургическое, литейное, кузнечное), при шахтной добыче полезных ископаемых и в горячих цехах предприятий пищевой промышленности кондиционирование воздуха необходимо для облегчения труда рабочих.

 

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Для достижения заданных параметров микроклимата в помещении в него подают приточный воздух определенного состояния и в определенном количестве. При этом наружный воздух обрабатывают в теплообменных аппаратах системы кондиционирования воздуха, чтобы он достиг состояния приточного воздуха. В теплое время года воздух необходимо охладить. Охлаждение воздуха может быть реализовано с использованием искусственных источников холода или способом адиабатного охлаждения. В зависимости от параметров внутреннего и наружного воздуха, тепло-и влагоизбытков в помещении наружный воздух для доведения его до состояния приточного необходимо осушать или увлажнять. В холодный период года воздух необходимо нагревать и увлажнять. Последовательность процессов обработки воздуха определяет технологическую схему обработки воздуха в центральном кондиционере и набор функциональных блоков – тепломассообменных аппаратов. Предельные режимы функционирования центральной системы кондиционирования воздуха выявляются при построении процессов изменения состояния воздуха на i – d диаграмме для расчетных параметров наружного климата в теплый и холодный периоды года при максимальной тепловлажностной нагрузке на СКВ. В результате расчета и построения определяются исходные данные для подбора и расчета тепломассообменных аппаратов.

Практически, несмотря на многообразие вариантов технологических схем обработки воздуха, выбор основных схем может быть осуществлен в ходе построения на i – d диаграмме процессов обработки воздуха в центральном кондиционере для предельных режимов и последующего анализа режимов функционирования этой системы в годовом цикле. При использовании графоаналитического метода необходимые расчеты проводят одновременно с построением. Определяющими факторами при этом будут расчетные параметры наружного воздуха и характер изменения этих параметров в течение года для данного района строительства, расчетные параметры внутреннего воздуха, максимальные избыточные теплопоступления и влагопоступления в помещение, способы охлаждения, увлажнения или осушения воздуха. При большом разбросе значений этих факторов для разных помещений одинакового назначения, связанных с конструктивными особенностями здания, в частности в связи с большой площадью остекления и покрытия, принятыми решениями по системе освещения и отопления помещения, схема обработки воздуха в центральном кондиционере может значительно отличаться.

При построении процессов на i – d диаграмме и выборе технологической схемы обработки воздуха необходимо стремиться к рациональному использованию энергии, обеспечивая экономное расходование холода, теплоты, электроэнергии, воды, а также экономию строительной площади, занимаемой оборудованием. С этой целью следует проанализировать возможность экономии искусственного холода путем применения прямого и косвенного испарительного охлаждения воздуха, применения схемы с регенерацией теплоты удаляемого воздуха и утилизацией теплоты вторичных источников, при необходимости - использования первой и второй рециркуляции воздуха, схемы с байпасом, а также управляемых процессов в теплообменных аппаратах.

Рециркуляция применяется в помещениях со значительными теплоизбытками, когда расход приточного воздуха, определенный на удаление избыточной теплоты, больше, чем необходимый расход наружного воздуха. В теплый период года рециркуляция позволяет сократить затраты холода по сравнению с прямоточной схемой той же производительности, если энтальпия наружного воздуха выше, чем энтальпия удаляемого воздуха, а также отказаться от второго подогрева. В холодный период – существенно сократить затраты теплоты на нагревание наружного воздуха. При использовании испарительного охлаждения, когда энтальпия наружного воздуха ниже, чем внутреннего и удаляемого, рециркуляция не целесообразна. Перемещение рециркуляционного воздуха по сети воздуховодов всегда связано с дополнительными затратами электроэнергии, требует строительный объем для размещения рециркуляционных воздуховодов. Рециркуляция будет целесообразна, если затраты на ее устройство и функционирование будут меньше, чем получаемая экономия теплоты и холода. Поэтому при определении расхода приточного воздуха всегда следует стремиться приблизить его к минимально необходимому значению наружного воздуха, принимая соответствующую схему воздухораспределения в помещении и тип воздухораспределителя и, соответственно прямоточную схему. Рециркуляция также не совместима с регенерацией теплоты удаляемого воздуха. С целью сокращения расхода теплоты на нагревание наружного воздуха в холодный период года следует проанализировать возможность использования вторичной теплоты от низкопотенциальных источников, а именно: теплоты удаляемого воздуха, отходящих газов теплогенераторов и технологического оборудования, теплоты конденсации холодильных машин, теплоты осветительной арматуры, теплоты сточных вод и т.д. Теплообменники регенерации теплоты удаляемого воздуха позволяют также несколько снизить расход холода в теплое время года в районах с жарким климатом.

Чтобы сделать правильный выбор, необходимо знать возможные схемы обработки воздуха и их особенности. Рассмотрим наиболее простые процессы изменения состояния воздуха и их последовательность в центральных кондиционерах, обслуживающих одно помещение большого объема.

Обычно определяющим режимом для выбора технологической схемы обработки определения производительности системы кондиционирования воздуха является теплый период года. В холодный период года стремятся сохранить расход приточного воздуха, определенный для теплого периода года, и схему обработки воздуха.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, СВЯЗАННЫЕ С РАБОТОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ

Охлаждение в кондиционерах производится за счет поглощения тепла при кипении жидкости.

Когда мы говорим о кипящей жидкости, мы, естественно, думаем, что она горячая. Однако это не совсем верно.

Во-первых, температура кипения жидкости зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура кипения и, наоборот, чем ниже давление, тем ниже температура кипения.

Во-вторых, при одинаковых условиях разные жидкости имеют различные температуры кипения.

Например, фреон R-22, широко используемый в холодильной технике, при нормальном атмосферном давлении имеет температуру кипения минус 40,8 ºС.

Если жидкий фреон находится в открытом сосуде, т.е. при атмосферном давлении и температуре окружающей среды, то он немедленно вскипает, поглощая при этом большое количество тепла из окружающей среды или любого материала, с которым находится в контакте. В холодильной машине фреон кипит не в открытом сосуде, а в специальном теплообменнике, называемом испарителем. При этом кипящий в трубках испарителя фреон активно поглощает тепло от воздушного потока, омывающего наружную, как правило, оребренную поверхность трубок.

Теперь рассмотрим процесс конденсации паров жидкости на примере того же фреона R-22. Температура конденсации паров фреона, так же, как и температура кипения, зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура конденсации. Так, например, конденсация паров фреона R-22 при давлении 23 атм. начинается уже при температуре 55ºС. Процесс конденсации фреоновых паров, как и любой другой жидкости, сопровождается выделением большого количества тепла в окружающую среду или применительно к холодильной машине передачей этого тепла потоку воздуха или жидкости в специальном теплообменнике, называемом конденсатором.

Естественно, чтобы процесс кипения фреона в испарителе и соответствующего охлаждения воздуха, а также процесс конденсации и соответствующий отвод тепла в конденсаторе был непрерывным, необходимо постоянно «подливать» в испаритель жидкий фреон, а в конденсатор постоянно подавать пары фреона. Такой непрерывный процесс (цикл) осуществляется в холодильной машине.

Наиболее обширный класс холодильных машин базируется на компрессионном цикле охлаждения, основными конструктивными элементами которого являются – компрессор, испаритель, конденсатор и регулятор потока (капиллярная трубка), соединенные трубопроводами и представляющие собой замкнутую систему, в которой циркуляцию хладагента (фреона) осуществляет компрессор. Кроме обеспечения циркуляции, компрессор поддерживает в конденсаторе (на линии нагнетания) и высокое давление, порядка 20-23 атм.

Теперь, когда рассмотрены основные понятия, связанные с работой холодильной машины, перейдем к более подробному рассмотрению схемы компрессионного цикла охлаждения, конструктивному исполнению и функциональному назначению отдельных узлов и элементов.