ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОНДИЦИОНИРОВАНИИ ВОЗДУХА. Впервые термин «кондиционирование воздуха» (KB) появился в 1907 году

Впервые термин «кондиционирование воздуха» (KB) появился в 1907 году. Тогда под этим термином понималась совокупность мероприятий, направленных на поддержание определенного значения относительной влажности воздуха в некоторых цехах предприятий текстильной промышленности. Однако, уже спустя несколько лет, термин (KB) стал употребляться для обозначения комплекса технических средств, обеспечивающих поддержание внутри помещений определенного микроклимата. В настоящее время достаточно полным можно считать следующее определение термина кондиционирования воздуха: «Кондиционирование воздуха есть совокупность мероприятий, обеспечивающих в результате необходимой обработки воздуха поддержание в обслуживаемом помещении заданных параметров микроклимата (температуры, относительной влажности, скорости, чистоты и газового состава воздуха) независимо от наружных условий (времени года и погоды) и внутренних нагрузок». Комплекс технических средств, осуществляющих требуемую обработку воздуха (фильтрацию, подогрев, охлаждение, осушку и увлажнение), транспортирование его и распределение в обслуживаемых помещениях, устройства для глушения шума, вызываемого работой оборудования, источники тепло- и хладоснабжения, средства автоматического регулирования, контроля и управления, а также вспомогательное оборудование составляют систему кондиционирования воздуха (СКВ). Устройство, в котором осуществляется требуемая тепловлажностная обработка воздуха и его очистка, называется установкой кондиционирования воздуха (УКВ) или кондиционером.

Таким образом, кондиционирование воздуха является следующим шагом в направлении усиления независимости человека от сил природы. Если сейчас мы еще не умеем управлять климатом в масштабах планеты или определенных географических ландшафтов, то управление климатом в основной сфере человеческого обитания — жилищах, промышленных предприятиях и административных зданиях является, видимо, одним из основных достижений XX века. С другой стороны, широкое развитие техники кондиционирования воздуха (главным образом в крупных индустриальных центрах низких широт), видимо, можно объяснить естественной реакцией сантехников и архитекторов на загрязненную воздушную атмосферу крупных городов. Кондиционирование воздуха уже сейчас позволяет создать внутри искусственной сферы человеческого обитания более «свежий» воздух, нежели на улицах большого города.

В нашей стране первые крупные установки кондиционирования воздуха появились в текстильной промышленности более 50 лет назад, однако до 50-ых годов техника KB развивалась недостаточно высокими темпами, что отчасти можно объяснить расположением основных промышленных центров в благоприятных климатических условиях (здоровый умеренно-континентальный климат, наличие вокруг промышленных районов лесных массивов и т. д.).

С 1954—1955 гг. производство оборудования для систем кондиционирования воздуха (СКВ) начинает резко возрастать. Были созданы конструкции различных типов кондиционеров и организовано их производство на специализированных предприятиях, расширена номенклатура и улучшены технические качества средств автоматизации, расширен ассортимент и увеличен выпуск холодильных машин. Тем не менее предстоит еще большая работа по приведению отечественной техники KB в соответствие с потребностями народного хозяйства и уровнем, достигнутым в передовых зарубежных странах.

К европейским странам, занимающим ведущее положение в области KB, следует отнести Англию, США, ФРГ и ГДР. В этих странах создана промышленность, производящая весьма совершенное оборудование для СКВ.

Особенно высокого развития достигла техника KB в США. KB в США опирается на работу развитой сети специализированных предприятий и исследовательских лабораторий. Создателем техники KB в ее современном виде по справедливости считается американский инженер В. Н. Кэрьер. Его теоретические работы и, главным образом, практическая деятельность в направлении создания приборов, аппаратов и целых систем КВ внесли ценный вклад в историю развития этой отрасли техники.

Значительный вклад в развитие теории и техники кондиционирования воздуха внесли работы советских ученых и инженеров, среди которых в первую очередь необходимо отметить: Г. В. Архипова, Б. В. Баркалова, А. А. Гоголина, Н.В. Дегтярева, Е. Е. Карписа, P.M. Ладыженского, В. В. Мухина, А. В. Нестеренко и др.

Дальнейшее развитие техники KB видимо следует связывать с внедрением полупроводниковых термоэлементов и атомных устройств. Представляется возможным создание атомных реакторов—малюток, которые будут автоматически снабжать систему KB теплом, холодом и механической энергией в течение нескольких лет без всякого вмешательства в ее работу человека.

Есть основания полагать, что в ближайшее время техника КВ получит в нашей стране дальнейшее развитие. Этому способствуют следующие объективные причины:

1. Освоение богатств Крайнего Севера. Искусственная среда человеческого обитания в этих районах должна в известной мере компенсировать исключительно неблагоприятные климатические условия Крайнего Севера. Создание же оптимальных для жизни и работы человека условий микроклимата возможно только с помощью техники КВ. Кроме того, по некоторым данным системы KB более экономичны, чем системы центрального отопления.

2. Развитие новых производств машиностроительной, приборостроительной, электротехнической, радиотехнической, электронной, пищевой, текстильной, химической и других отраслей промышленности, которые остро нуждаются в поддержании определенных и постоянных параметров воздуха.

3. Возрастающие требования к улучшению санитарно-технических условий в производственных зданиях и помещениях.

4. Оснащение предприятий промышленности и связи дорогостоящими приборами и вычислительными машинами, для работы которых необходимо поддерживать вполне определенные параметры микроклимата.

5. Увеличение строительства больших закрытых помещений для спортивных и зрелищных мероприятий (театры, концертные залы, крытые стадионы и т. д.).

6. Развитие ряда архитектурных тенденций, внедрение которых приводит к созданию строительных конструкций, затрудняющих борьбу с избыточным теплом и влагой (например, увеличение поверхности остекления наружных стен).

7. Создание специальных СКВ, предназначенных для кабин летательных аппаратов: авиационных и космических.

В комплекс технических средств, именуемый системой KB, входит:

а) основное оборудование — кондиционеры, местные подогреватели, смесители, доводчики, доувлажнители, насосные установки, вентиляторы и другое специальное оборудование;

б) сети воздуховодов, воздухораспределители, шумоглушители, сетевые клапаны и др. элементы сетей;

в) системы холодо-, тепло-, водо - и пароснабжения;

ж) системы автоматического регулирования, дистанционного и местного контроля и управления.

B зависимости от функционального назначения СКВ подразделяются на:

а) системы комфортного кондиционирования;

б) системы технологического кондиционирования;

в) системы специального кондиционирования.

Задачей систем комфортного KB являетс поддержание параметров микроклимата (главным образом, температуры и относительной влажности) в помещениях, где одновременно находится большое количество людей, то есть в театрах, кино, дворцах спорта и т. д. Кроме того, системы комфортного KB применяются в ряде производственных помещений (например, в часовой и приборостроительной промышленности), а также в конструкторских бюро, научно-исследовательских лабораториях и др. Микроклимат поддерживается в пределах так называемой «комфортной зоны», параметры которой определяются временем года, (зимой и летом люди одеваются по-разному), продолжительностью пребывания людей в помещении, а для производственных помещений — интенсивностью труда.

Исследования, проведенные в США еще в 30-ые годы, экспериментально показали, что комфортное кондиционирование в производственных помещениях способствует повышению производительности труда.

Технологические СКВ предназначены для обеспечения параметров воздуха, в максимальной степени отвечающих технологическим требованиям. Технологическое KB в помещениях, где работают люди, осуществляется с учетом санитарно-гигиенических требований. Основными санитарно-гигиеническими требованиями являются следующие:

1)обеспечение согласно саннормам соответствующих значений температуры, относительной влажности, чистоты и скорости движения воздуха;

2) скорость и направление выпуска воздуха, а также разность температур между воздухом в помещении и приточным воздухом; расположение воздухораспределителей и вытяжных отверстий должно быть таким, чтобы в зоне пребывания людей отсутствовали местные вредные или неприятные потоки воздуха и застойные места;

3) снижение шума в помещениях до уровня, не вредно действующего на работающих людей;

4) предотвращение проникания и распространения неприятных запахов или шума из одних помещений в другие.

К специальным СКВ обычно относятся СКВ, применяемые в медицине, в частности, СКВ в операционных помещениях. Кроме того современная медицина применяет так называемую климатическую терапию, т. е. лечение некоторых заболеваний в специальных и целесообразно подобранных метеорологических условиях. К специальным СКВ относятся также установки KB, применяемые при проведении различных научных исследований. Например, одним из обязательных условий воспроизведения тождественных результатов исследований в области биологии, биохимии и ботаники является постоянство состава и состояния воздуха.

Особенно строгие требования к воздушной среде предъявляются при хранении и эксплуатации измерительных эталонов. KB применяется также при хранении культурных и исторических ценностей (картин, скульптур, рукописей и других ценностей).

КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

Количество различных видов систем кондиционирования весьма велико и общепризнанной классификации пока не существует. Согласно различным признакам СКВ подразделяются:

1) по назначению - на комфортные и технологические, а также технологически-комфортные в помещениях с длительным пребыванием обслуживающего персонала;

2) по режиму работы – на круглогодичные, поддерживающие требуемые параметры воздуха в течение всего года, и сезонные, поддерживающие эти параметры только для холодного или теплого периода года;

3) по характеру связи с обслуживаемым помещением – на центральные и местные. В центральных СКВ кондиционеры устанавливаются вне обслуживаемых объектов. Системы предназначены для создания микроклимата в одном большом или нескольких малых помещениях. В местных системах кондиционеры расположены и создают заданные условия воздушной среды в небольших помещениях. Возможна установка местных кондиционеров на рабочих местах производственных цехов; в этом случае кондиционеры создают нужный микроклимат только в части объема помещения (в зонах обслуживания);

4) по схеме обработки воздуха – на прямоточные, характеризующиеся обработкой в кондиционерах лишь наружного воздуха, и рециркуляционные – с обработкой в кондиционерах смеси наружного и рециркуляционного воздуха;

5) по давлению ∆p, развиваемому вентилятором, - на системы низкого (∆p < 1,0 кПа), среднего (1,0 ≤ ∆p ≤ 3,0 кПА) и высокого давления (∆p > 3,0 кПа);

6) по производительности (кондиционеры, выпускаемые отечественной промышленностью) – от 10 до 250 тыс. м³ / ч (центральные) и от 0,5 до 18 тыс. м³ /ч (местные);

7) по способам обслуживания помещений с различными параметрами воздуха и тепловлажностными режимами – на однозональные и многозональные. В многозональных СКВ подача воздуха в помещении осуществляется по однотрубной или двухтрубной схеме с применением местных доводчиков и смесителей;

8) по степени обеспечения требуемых параметров воздуха в обслуживаемом помещении в течение всего года. Расчетные параметры наружного воздуха для СКВ выбираются в зависимости от климатических условий местности и назначения кондиционируемого помещения.

Кондиционеры, применяемые в СКВ, разделяются на автономные и неавтономные. Автономные кондиционеры характеризуются наличием собственных источников теплоты и холода. Обычно это электрокалориферы и холодильные машины. К автономным кондиционерам извне должны быть подведены электроэнергия для привода компрессора, вентилятора и работы электрокалорифера, а также вода для охлаждения конденсатора холодильной машины. Неавтономные кондиционеры требуют для работы подачи извне: электроэнергии (привод насоса и вентилятора), теплоносителя и хладоносителя (нагрев и охлаждение обрабатываемого воздуха).

Достоинства центральных СКВ состоят в следующем:

1. Низкая (по сравнению с автономными системами) стоимость.

2. Возможность размещения оборудования на «малоценной» площади (чердаки, подвалы, технические этажи), в то время как индивидуальные аппараты для кондиционирования воздуха размещаются на основной производственной площади.

3. Лучшие условия эксплуатации, так как оборудование может быть сконцентрировано в одном месте.

4. Возможность тепло- и холодоснабжения от центральных котельных и компрессорных цехов, вследствие чего снижается себестоимость потребляемой энергии.

К основному недостатку ЦСКВ можно отнести необходимость проведения предварительных монтажно-строительных работ, связанных с разводкой тепло- и хладотрасс, вследствие чего внедрение ЦСКВ в существующих производственных помещениях затруднительно.

Местные СКВ представляют собой, как правило, агрегатные установки кондиционирования воздуха.

Преимущества применения агрегатированного оборудования наиболее наглядны в установках малой и средней мощности. При производительности установок по воздуху свыше 20 тыс. м³/час при холодопроизводительности 140 квт и выше экономичнее применять ЦСКВ. Однако в случае, когда требуется минимальная протяженность воздуховодов, применение агрегатированного оборудования может оказаться целесообразным и при крупных СКВ.

Местные автономные кондиционеры обычно используют для создания микроклимата в одном или нескольких помещениях небольшого размера, например, для лабораторий, кабинетов, отдельных гостиничных номеров и других помещений, удаленных друг от друга.

ЦСКВочень разнообразны, и выбор конкретной системы зависит от многих факторов, в первую очередь от назначения помещения и режима использования помещений, характера и количества выделяющихся в них «вредностей», климатических особенностей местности, высоты и размеров обслуживаемых помещений, от санитарно-гигиенических и экономических требований.

ЦСКВ могут быть одноканальными, двухканальными и многоканальными. Одноканальные системы обычно регулируются по зонам и могут быть однозональными и многозональными.

ЦСКВ одноканальные однозональные рекомендуется применять, как правило, для одного помещения площадью не более 2500 м² или такой же части большого помещения, если тепловыделения распределены равномерно по площади помещения. При этом одна из сторон помещения должна быть не более 60 м. Возможно применение такой системы и для нескольких помещений с общим регулированием при условии, что в отдельных помещениях допускаются различные отклонения параметров воздуха от заданных значений.

ЦСКВ одноканальные многозональные имеют средства дополнительной зональной или местной обработки воздуха и применяются для группы помещений или для одного помещения, разделенного на отдельные зоны, требующих зонального или индивидуального регулирования температуры и влажности воздуха.

В 2-канальных СКВ весь воздух после соответствующей обработки направляется в 2 канала—канал холодного воздуха и канал теплого воздуха, из которых он затем поступает в индивидуальные местные смесители или смесители—доводчики. Эти смесители служат для смешения в необходимой пропорции потоков холодного и теплого воздуха и подачи полученной смеси к выпускному отверстию или распределительному воздуховоду. Такие системы, как правило, многозональные и применяются для группы помещений, требующих индивидуального регулирования только температуры или влажности воздуха или обоих параметров, если к точности регулирования одного из параметров предъявляются пониженные требования.

В мясной промышленности наибольшее распространение имеют ЦСКВ одноканальные одно- и многозональные, воздушные; низкого давления; круглогодовые, круглосуточные и с одно - и 2-сменной работой кондиционеров с частичной рециркуляцией. Применяются также местные неавтономные кон­диционеры, в основном, для цехов небольшой производственной площади как комфортные для установки их в отдельных кабинетах и лабораториях.

В молочной промышленности, наоборот, ЦСКВ применяются реже, чем автономные и неавтономные местные кондиционеры. В последнее время в молочной промышленности при проектировании все чаще применяются ЦСКВ аналогичные установкам, применяемым в мясной промышленности.

Для комфортного KB на мясных и молочных предприятиях также применяют ЦСКВ одноканальные, однозональные, прямоточные и местные СКВ в виде отдельных агрегатных установок, серийно выпускаемых отечественными заводами.

На рис. 2 в качестве типичного примера центральной установки кондиционирования воздуха приведена схема кондиционера для цеха производства полуфабрикатов на Красногвардейском мясоперерабатывающем комбинате в г. Москве.

Наружный воздух поступает через приемный клапан 1. Клапан имеет электропривод для возможности регулирования положения створок клапана и, следовательно, количества подаваемого наружного воздуха в зависимости от времени года. Привод клапана 1 сблокирован с приводом клапана 2, установленного в рециркуляционном воздуховоде таким образом, что с увеличением количества наружного воздуха количество воздуха, поступающего из кондиционируемого помещения, сокращается. Весь циркулирующий воздух проходит через фильтр 3

.

Рис. 2. Схема центральной установки кондиционирования воздуха в цехе производства полуфабрикатов Красногвардейского мясоперерабатывающего комбината в г. Москве:

1—приемный клапан с электроприводом (утепленный); 2—клапан с электроприводом, установленный в рециркуляционном воздуховоде; 3—фильтр воздуха; 4—калорифер первого подогрева; 5, 9, 12—клапан с электроприводом для регулирования соответственно расхода теплоносителя первого подогрева, холодной воды и теплоносителя второго подогрева; 6 — воздушный клапан калорифера первого подогрева; 7—камера орошения; 8—центробежный насос для воды; 10—обратный клапан; 11—калорифер второго подогрева; 13—центробежный вентилятор; 14—рециркуляционный воздуховод; 15—электронагреватели приемного клапана; 16—ртутные термометры для контроля температуры воздуха, тепло и холодоносителя; 17—манометр; 18—психрометр; 1ТР—терморегулятор для контроля температуры наружного воздуха; 2ТР—регулятор температуры смеси наружного и рециркуляционного воздуха; ЗТР—регулятор температуры теплоносителя калорифер; первого подогрева (для автоматической защиты калорифера от замораживания; 4ТР—регулятор температуры точки росы; 5ТР—регулятор температуры цеха.

После очистки воздух проходит через соответствующее оборудование кондиционера, где его параметры доводятся до заданных значений.

Как правило, в центральных и северных районах нашей страны необходима установка для подогрева наружного воздуха (или в данном примере смеси наружного и внутреннего воздуха) до положительной температуры (незначительно превышающей 0°). Подогрев осуществляется в калорифере первого подогрева 4, который обеспечивается регулирующим клапаном 5, установленном на трубопроводе теплоносителя. В приведенной схеме калорифер первого подогрева обеспечен также воздушным клапаном 6 для возможности регулирования количества воздуха, проходящего через калорифер и помимо него.

Тепловлажностная обработка воздуха водой для получения необходимого значения влагосодержания в данной установке производится в камере орошения 7. Подача воды определенной температуры (в зависимости от времени года и требуемого значения температуры точки росы) осуществляется насосом 8, регулирующим клапаном на холодной воде 9 и обратным клапаном с регулируемой характеристикой 10, позволяющим регулировать расход поддонной воды. Дополнительный подогрев воздуха, если это требуется по условиям регулирования, осуществлядтся в калорифере второго подогрева 11. Вентилятором 13 воздух заданных параметров подается в цех, где он ассимилирует избытки тепла и влаги, частично выбрасывается, а частично используется для работы кондиционирующей установки и по каналу 14 снова подается на обработку,

Вопросы для самопроверки

1. Что такое кондиционирование воздуха?

2. Основные причины, стимулирующие развитие техники кондиционирования воздуха.

3. Классификация систем кондиционирования воздуха по функциональному назначению.

4. Основные задачи систем комфортного кондиционирования.

5. Особенности систем технологического кондиционирования.

6. Специальные системы кондиционирования.

7. Применение систем кондиционирования на предприятиях мясной и молочной промышленности.

8. Классификация систем кондиционирования воздуха по конструктивным признакам.

9. Сравнительная характеристика местных и центральных систем кондиционирования воздуха.