Экологичность систем вентиляции, отопления и кондиционирования воздуха.

В настоящее время важным аспектом является уменьшение вредного воздействия систем вентиляции, отопления и кондиционирования воздуха (систем ВОК) на окружающую среду на всех стадиях их полного жизненного цикла, включающего добычу сырья, получение материалов для изготовления комплектующих, производство систем ВОК, их эксплуатацию (функционирование) и утилизацию (рекуперацию).

Функционирование систем ВОК обусловливает отрицательное воздействие в первую очередь на внешнюю воздушную среду. Поэтому, как указывалось выше, такие системы должны быть снабжены устройствами для очистки атмосферных выбросов от вредных пылевых и газообразных веществ, содержащихся в удаляемом из помещения воздухе. Этот вопрос достаточно исследован и меры по обеспечению защиты окружающей среды в этом плане неизвестны и широко применяются на практике.

Вместе с тем, на обеспечение функционирования систем ВОК тратится тепловая и электрическая энергия, которая изначально предопределяет затраты топлива, например, на ТЭЦ. Естественно, что этот источник снабжения систем ВОК энергией является одновременно причиной загрязнения окружающей среды, и чем больше энергозатраты системы, тем значительнее будет воздействие на экологию. Следовательно, одним из важных показателей экологичности систем ВОК является их уровень энергопотребления, который должен быть минимизирован при условии сохранения возможности обеспечения этими системами требуемых параметров микроклимата в помещениях. Отсюда возникает такое важное с экологической точки зрения понятие, как энергосбережение в системах ВОК, которое может обеспечиваться различными путями.

Первое направление учитывает то, что при установленных наружных условиях производительность системы зависит от принятой расчётной температуры воздуха на рабочем месте: чем больше разность между наружной и внутренней температурами, тем выше должна быть тепло - или холодопроизводительность установки, а следовательно, и её энергопотребление. Отсюда вытекает, что с точки зрения снижения энергозатрат на функционирование системы целесообразно эту разность уменьшить за счёт внутренней температуры (при сохранении её значения в рамках санитарной нормы), сблизив её с наружной. Этот приём широко применяется в современных системах ВОК, где температурный параметр микроклимата принимается, как правило, по предельно допустимой величине.

Второе направление в определённой мере связано с первым и относится, в основном, к установкам охлаждения приточного воздуха. Оно нашло отражение в СНиП 2.04.05-91*, где с целью экономии энергии регламентируется в первую очередь применять установки прямого или косвенного водоиспарительного действия (как наименее энергоёмкие), а системы с холодильной машиной следует реализовать только в случае, если первые по каким-либо причинам не могут обеспечить нормируемых параметров микроклимата, причём выбор источника холода должен быть экономически обоснован.

Третье направление связано с рационализацией движения потоков воздуха в системах. Поскольку, как правило, в производственных объектах используются приточно-вытяжнне системы, то здесь имеет место следующее.

В холодный период года наружный воздух, например, с температурой t_н^от = - 20°С поступает в систему отопления, имеющую соответствующую подачу нагретого воздуха L_от и теплопроизводительность Q_0T для поддержания на рабочем месте нормируемой температуры воздуха t_п^от = 14°С. Далее воздух с такой температурой в количестве L_выбр = L_от удаляется из помещения во внешнюю среду с указанной минусовой температурой. Следовательно, при такой организации движения приточного и выбросного потоков воздуха в атмосферу будет нерационально поступать теплота в количестве:

Q^0T_выбр = С_р ρ^от_выбр L^от_выбр(t_п^от - t_н^от). (4.113)

здесь ρ^от_выбр - воздуха при температуре t_п^от, кг/м³.

Из уравнения (4.113) следует, что при t_п^от - t_н^от =34⁰С и L^от_выбр = L_от количество выброшенной теплоты Q^0T _выбр по сравнению с Q_0T при прямоточном режиме работы системы отопления (см. формулу 4.92), обусловленной разностью температур t_от - t^от_н = 60°C, весьма существенно (около 50% от Q_от) и тратится на обогрев окружающей среды. Для снижения нерационального расхода производимой в системе теплоты целесообразно применить режим работы с частичной рециркуляцией (см. формулу 4.94) со снижением значения L_выбр до санитарной нормы свежего воздуха L_н, т. е. с существенным её уменьшением в несколько раз. Например, в случае расчёта производительности отопителя при L_от = 255 м³/ч принято L_выбр =L_н = 40 м^э/ч.

Необходимо отметить, что режим частичной рециркуляции может быть использован и в системах охлаждения приточного воздуха, поскольку здесь также имеет место существенная разность между значениями температуры выбросного (t_выбр = t_к) и температуры наружного воздуха, что обусловливает поступление в атмосферу холода в количестве:

Q^охл_выбр = С_р ρ^охл_выбр L^охл_выбр(t_н – t_к). (4.114)

где ρ^охл_выбр – плотность воздуха при температуре t_к, кг/м³.

Однако следует иметь в виду, что частичная рециркуляция применима лишь в системах с холодильной машиной, работающих в режиме с осушением обрабатываемого воздуха, что может обеспечить в этом случае выполнение норматива по относительной влажности на рабочем месте. При водоиспарительном охлаждении воз­духа такой режим реализовать невозможно.

Вместе с тем, в ряде случаев режим частичной рециркуляции воздуха не может быть применён и в системах отопления, например, когда выделения вредных веществ в помещении настолько велики, что здесь необходимо удалять вытяжным вентилятором весь воздух, поступивший сюда через систему его подогрева. В этой ситуации снижение энергозатрат может быть достигнуто путём использования (утилизации) теплоты вытяжного (выбросного) воздуха для первичного подогрева наружного приточного воздуха, после чего он нагревается до необходимой кондиции в теплообменнике отопителя. Для этой цели используют специальные агрегаты- рекуператоры теплоты (теплоутилизаторы) различных типов.

На рис.4.86 представлена схема приточно-вытяжного агрегата с пластинчатым теплообменником-утилизатором, снабженного соответствующими вентиляторами и рекуперационным блоком с фильтрами из синтетического моющегося материала, защищающими этот блок от загрязнения. Здесь применён теплообменник противоточного типа, тепловой КПД которого достигает 0,65...0,75 при габаритных размерах 816x562x483 мм в расчёте на производительность по воздуху 330 м^э/ч.

Однако опыт применения утилизаторов такого типа показывает, что в климатических районах России с относительно низкими расчётными температурами наружного воздуха по СНиП 2.04.05-91* использование их в зимнее время в составе систем ВОК неизбежно связано с обмерзанием сконденсировавшейся на поверхности теплообменника влаги, удаляемой из выбросного потока воздуха. Замерзающая влага в виде инея и наледи постепенно перекрывает каналы для прохода удаляемого воздуха, что в итоге нарушит работу системы ВОК. Это является главным препятствием для применения утилизаторов теплоты такого типа в условиях России, в то время как в Европе, где расчётная температура наружного воздуха в холодный период года составляет не ниже минус 4°С, они успешно используются.

Рис.4.86. схема приточно-вытяжного агрегата с утилизатором теплоты: 1 – приточный вентилятор; 2 - вытяжной вентилятор; 3 - пластинчатый теплообменник-утилизатор;