Лекция 1. Лекция 1 Общие сведения о кондиционировании воздуха План Предмет курса
 Скачать 1.12 Mb.
|
|
Раздел I Введение Лекция № 1 Общие сведения о кондиционировании воздуха План 1.1. Предмет курса 1.2. Назначение и общее устройство систем кондиционирования воздуха 1.3. Развитие научных основ и техники кондиционирования 1.2. Предмет курса Кондиционирование микроклимата зданий и сооружений является одним из основных разделов строительной науки и техники. Система кондиционирования микроклимата (СКМ) как совокупность всех инженерных средств и устройств, обеспечивающих внутренние климатические условия, включает в себя наряду с ограждениями, системами отопления и вентиляции систему кондиционирования воздуха (СКВ). Кондиционирование воздуха – автоматическое поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных его параметров на определенном уровне с целью обеспечения главным образом оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей, ведения технологического процесса и обеспечения сохранности ценностей культуры. В общем случае понятие кондиция воздуха включает в себя следующие его параметры: температуру, влажность, скорость движения, чистоту, содержание запахов, давление, газовый состав и ионный состав. В зависимости о назначения обслуживаемого объекта выбирают требуемые кондиции воздушной среды, наиболее важные для конкретных условий применения. Как правило, для обычных объектов промышленного и гражданского строительства требуемые кондиции воздушной среды ограничиваются только частью перечисленных параметров. Кондиционирование воздуха подразделяется на три класса: первого класса – для обеспечения метеорологических условий, требуемых для технологического процесса, при допустимых отклонениях за пределами расчетных параметров наружного воздуха в среднем 100 ч / г при круглосуточной работе или 70 ч / г при односменной работе в дневное время; второго класса – для обеспечения оптимальных санитарных или технологических норм при допускаемых отклонениях в среднем 250 ч / г при круглосуточной работе или 175 ч / г при односменной работе в дневное время; третьего класса для обеспечения допускаемых метеорологических условий, если они не могут быть обеспечены вентиляцией, или промежуточных условий между допускаемыми и оптимальными нормами при экономическом обосновании; допускаемые отклонения за пределами расчетных параметров наружного воздуха 450 ч / г при круглосуточной работе или 315 ч / г при односменной работе в дневное время. Курс «Кондиционирования воздуха» базируется на общих законах теплотехники, термодинамики, гидравлики, теории автоматического регулирования, а также на взаимосвязи с рядом инженерных дисциплин и, в первую очередь, с курсами «Строительная теплофизика», «Отопление», «Вентиляция», «Теплоснабжение», «Насосы и вентиляторы», «Холодильные установки» и «Автоматика». 1.2. Назначение и общее устройство систем кондиционирования воздуха Определенное состояние воздуха является необходимым, а часто и решающим условием для осуществления многих, особенно новейших, технологических процессов. На промышленных предприятиях кондиционирование воздуха применяется либо для обеспечения промышленных санитарно-гигиенических требований, удовлетворение которых вентиляцией невозможно, либо как составная часть технологического процесса получения продукции с требуемыми качествами. В последнем случае кондиционирования воздуха предусматривается: а) для достижения нормируемых условий воздушной среды в помещении, если они не могут быть получены естественной или механической вентиляцией; б) для поддержания заданного влагосодержания материалов и изделий; в) для поддержания температурно-влажностных условий, позволяющих производить обработку продукции с минимальными допусками; г) для достижения особой чистоты воздуха и исключения выпадения влаги из воздуха, а также пота и солей с рук рабочих на точно обработанные поверхности изделий; д) для создания постоянных температур и влажности воздуха при оптимальном протекании химических и биохимических реакциях; е) для регулирования влажности воздуха во избежание образования статического электричества и связанной с этим опасности пожара и взрыва; ж) для поддержания стабильных кондиций при испытании материалов и изделий; з) для длительной сохранности в зданиях ценностей культуры и искусства. Под термином системы кондиционирования воздуха (СКВ) подразумевается комплекс устройств, предназначенных для создания и автоматического поддержания в обсуживаемых помещениях заданных величин параметров воздушной среды. Указанный комплекс может включать в себя следующие шесть составных частей: установку кондиционирования воздуха (УКВ), обеспечивающую необходимые кондиции воздушной среды по тепловлажностным качествам, чистоте, газовому составу и наличию запахов; средства автоматического регулирования и контроля за приготовлением воздуха нужной кондиции в УКВ, а также поддержания в обслуживаемом помещении или сооружении постоянства заданных величин параметров воздуха; устройств для транспортирования и распределения кондиционированного воздуха; устройств для транспортирования и удаления избытков внутреннего воздуха; устройств для глушения шума, вызываемого работой элементов СКВ; устройств для приготовления и транспортирования источников энергии (электрического тока, холодной и теплой сред), необходимых для работы аппаратов в СКВ. Основное оборудование для приготовления и перемещения воздуха агрегируется в аппарат, называемый кондиционером. В отдельных случаях все технические средства для кондиционирования воздуха скомпонованы в кондиционере, и тогда понятия «СКВ» и «кондиционер» становятся однозначными. СКВ является активной, обычно регулируемой системой, предназначенной для комплексного поддержания заданных параметров внутреннего воздуха, которые обеспечивают расчетные, часто оптимальные условия в помещениях зданий и сооружений. СКВ может работать в здании совместно с системами отопления и вентиляции, но обычно СКВ берет на себя функции последних и создает в здании или, по крайней мере, в его наиболее ответственных помещениях необходимые климатические условия как в холодный, так и в теплый период года. 1.3. Развитие научных основ и техники кондиционирования Развитие СКВ, совершенствование их санитарно-гигиенических, технических и экономических показателей тесно связано с развитием архитектурно-строительных решений зданий. Значительная часть (15-20 %) капитальных вложений на строительство производственных зданий, где ведутся современные технологические процессы, приходится на СКВ и сопряженные с ними устройства. Затраты на эксплуатацию этих систем достигают 60-80 % общих затрат на эксплуатацию зданий. Заметная часть затрат на энергообеспечение зданий и сооружений, составляющая более 30 % в общем энергетическом балансе страны, приходится на СКВ. По сравнению с системами отопления и вентиляции в СКВ значительная доля потребления приходится на наиболее дорогую электрическую энергию, что связано с производством холода, большим числом электроприводов, автоматизацией регулирования и управления. В связи с этим разработка методов рационального и экономного использования энергии в СКВ является важной составляющей в реализации программы энергосбережения. Необходимость совершенствования СКВ определяется также задачами дальнейшей индустриализации строительства, что связано с возведением сборных зданий из крупноразмерных элементов, повышением их этажности, снижением веса и материалоемкости, применением современны материалов и оптимальных равно эффективных в теплотехническом отношении ограждающих конструкций с повышенными теплозащитными свойствами. В соответствии с этим необходима разработка совершенных и компактных СКВ, совмещенных с элементами и конструкциями зданий и обеспечивающих рациональное использование площадей и объемов, а также хорошо сочетающихся с архитектурными решениями интерьера зданий. Вся совокупность объемно-планировочных и конструктивных решений здания и его систем обеспечения микроклимата должна быть направлена на реализацию крупной проблемы нашего времени – создание современного здания с эффективным использованием энергии. В числе создателей основ кондиционирования можно с полным правом назвать знаменитых соотечественников академиков Ломоносова, с именем которого связана разработка теории теплоты и теории движения воздуха и газов в каналах и трубах, и Рихмана, который заложил основы теории психрометрии, являющейся определяющей для кондиционирования воздуха. Временем зарождения техники кондиционирования воздуха условно считают начало ХХ века. Термин «кондиционирование воздуха» был предложен в 1904 г. С.Крамером, одним из первых специалистов кондиционирования воздуха. В 1834 г. в здании английского парламента была смонтирована первая установка круглогодичного кондиционирования воздуха. В 1903 г. была изобретена форсуночная оросительная камера, которая почти без изменения более 80 лет служит основным тепломассообменным аппаратом установок кондиционирования воздуха. В 1911 г. В.Кэррнер опубликовал психрометрическую диаграмму влажного воздуха, применения которой значительно упростило расчеты процессов обработки воздуха в кондиционерах. В 1918 г. Л.К.Рамзин предложил I-d-диаграмму влажного воздуха, которая до настоящего времени широко используется в расчетах процессов кондиционирования воздуха. Крупным событием в технике кондиционирования воздуха явилось получение в 1931 г. безопасного холодильного агента фреона, что способствовало распространению холодильных машин и кондиционеров на его основе. В 1946 г. были изобретены абсорбционные бромисто-литиевые холодильные машины. В нашей стране первоначально простейшие установки неполного кондиционирования стали применяться на текстильных и табачных фабриках. Несколько позже более совершенными установками оборудуются предприятия точного машиностроения, пищевой, полиграфической, радиоэлектрической, тяжелой промышленности и др. В 1955 г. во ВНИИСТО под руководством Е.Е.Карписа была разработана серия тепловых кондиционеров КД и начат их выпуск. Эти было положено начало заводскому кондиционеростроению в нашей стране. Значительный вклад в развитие научно-технического направления по кондиционированию воздуха внесли советские ученые Б.В.Баркалов, А.А.Гоголин, Е.Е.Карпис, О.Я.Кокорин, А.В.Нестеренко и др. В настоящее время развитие СКВ происходит также в непосредственной связи с решением научных и технических вопросов отопления и вентиляции, теплового и воздушного режимов здания. Раздел II Системы кондиционирования воздуха Лекция № 2 Область применения установок для кондиционирования воздуха и их классификация План 2.1. Задачи кондиционирования воздуха 2.2. Классификация систем кондиционирования воздуха 2.3. Принципиальные схемы систем кондиционирования воздуха 2.1. Задачи кондиционирования воздуха Производства многих отраслей промышленности: электронной, приборостроительной, химической, текстильной, радиотехнической, оптической, пищевой, машиностроительной и других предъявляют определенные требования к состоянию воздушной среды в помещениях для ведения технологических процессов. Основными нормируемыми параметрами в помещениях являются: температура, относительная влажность и скорость движения воздуха. К состоянию воздушной среды могут предъявляться дополнительные требования по очистке воздуха от пыли, а в специальных помещениях (больницах, операционных и т. п.) – по очистке его от бактериальных загрязнений. В отдельных отраслях промышленности (пищевой, медицинской и др.) предъявляются определенные требования к состоянию воздуха внутри аппаратов, обусловленные особенностями технологических процессов. В горячих цехах различных отраслей промышленности, угольных шахтах, на теплоэлектростанциях и т. п. для улучшения условий труда и повышения его производительности также необходимо обеспечить нормируемые параметры воздушной среды. Для обеспечения указанных требований предназначены системы кондиционирования воздуха (СКВ), задачами которых в производственных помещениях являются создание и автоматическое поддержание заданных параметров воздушной среды при изменяющихся метеорологических условиях и различных тепло- и влагопоступлениях. Задачи кондиционирования воздуха в зрелищных и спортивных зданиях, универсальных магазинах, библиотеках, музеях, железнодорожных и авиационных вокзалах, гостиницах и других культурно-бытовых и административных зданиях заключаются в обеспечении санитарно-гигиенических требований к параметрам воздушной среды, оказывающим благоприятное влияние на самочувствие людей и условия эксплуатации самих зданий. В соответствии с изложенными задачами Строительные нормы и правила (СНиП 41-01-2003) предусматривают кондиционирование воздуха применять для следующих целей: для обеспечения параметров микроклимата и чистоты воздуха, требуемых для технологического процесса по заданию на проектирование; при экономическом обосновании или в соответствии с требованиями специальных нормативных документов; для обеспечения параметров микроклимата в пределах оптимальных норм (всех или отдельных параметров) по заданию на проектирование; для обеспечения необходимых параметров микроклимата в пределах допустимых норм, когда они не могут быть обеспечены вентиляцией в теплый период года без применения искусственного охлаждения воздуха. 2.2. Классификация систем кондиционирования воздуха В состав СКВ входят устройства, осуществляющие требуемую обработку воздуха (фильтрацию, охлаждение, подогрев, осушку, увлажнение), транспортирование его, раздачу в обслуживаемые помещения, источники тепло- и холодоснабжения, средства автоматического регулирования, контроля и управления, а также вспомогательное оборудование. Основное оборудование для обработки и перемещения воздуха, как правило, компонуется в одном агрегате - кондиционере. В различных СКВ, кроме того, применяется вспомогательное оборудование: местные подогреватели, эжекционные и вентиляторные кондиционеры-доводчики, глушители аэродинамического шума. Несмотря на то, что в настоящее время распространены СКВ различных видов, общепризнанной классификации их пока нет. Ниже приводится примерная классификация СКВ, наиболее широко используемых в отечественной практике. По целевому назначению СКВ делятся на два основных вида: комфортные и технологические. Комфортные системы устраиваются в жилых, общественных и административных зданиях для создания благоприятных условий труда и отдыха. Технологические системы применяются в производственных зданиях для обеспечения оптимальных параметров воздушной среды, обусловленных требованиями технологических процессов. При этом заданные параметры не должны превышать допустимые санитарно-гигиенические нормы для пребывания людей. Кондиционеры бывают автономные и неавтономные. Автономные кондиционеры имеют источники тепла и холода, с помощью которых приготовляется воздух требуемых параметров. Эти кондиционеры оборудуются, как правило, электрокалориферами для подогрева воздуха и холодильными машинами для его охлаждения. Для автономных кондиционеров требуется подвод извне электроэнергии для двигателей и калорифера, а также воды для охлаждения конденсаторов холодильных машин. В настоящее время намечено производство автономных кондиционеров, оборудованных холодильными машинами с конденсаторами воздушного охлаждения, которые не будут нуждаться в подводе воды. Неавтономные кондиционеры снабжаются извне электроэнергией для питания двигателей вентилятора и насосов, теплоносителем для подогрева обрабатываемого воздуха и холодоносителем для его охлаждения. В качестве теплоносителя применяют пар или горячую воду, в качестве холодоносителя - холодную воду или рассол. В зависимости от размещения кондиционеров по отношению к обслуживаемым помещениям различают центральные и местныеСКВ. Центральные СКВ оборудуются, как правило, неавтономными кондиционерами, размещенными вне обслуживаемых помещений. Центральный кондиционер состоит из унифицированных типовых секций, предназначенных для выполнения следующих основных операций по обработке воздуха: охлаждения и осушки в камерах орошения или поверхностных воздухоохладителях; нагревания в воздухонагревателях; увлажнения в камерах орошения; очистки от атмосферной пыли воздушными фильтрами; смешивания наружного и рециркуляционного воздуха; регулирования воздуха воздушными клапанами; перемещения воздуха вентиляторными агрегатами. Производительность таких кондиционеров составляет от 10 до 250 тыс. м3 / ч. Местные СКВ оборудуются как автономными, так и неавтономными кондиционерами, устанавливаемыми в обслуживаемых помещениях. Они обеспечивают заданные условия воздушной среды не во всем объеме помещения (например, в горячих цехах, машинных залах электростанций), а только в его части. Местные СКВ также могут обслуживать небольшие помещения, рабочие кабинеты, лаборатории, торговые залы, жилые комнаты и пр. Для кондиционирования воздуха в жилых и других небольших помещениях применяются комнатные кондиционеры оконного типа производительностью от 300 до 500 м3 / ч. Кондиционеры могут работать либо на наружном воздухе (прямоточные СКВ), либо на смеси наружного и рециркуляционного воздуха (СКВ с частичной рециркуляцией). Применение частичной рециркуляции воздуха сокращает расходы тепла в зимний период и холода в летний и, следовательно, снижает эксплуатационные затраты. Однако возможность применения частичной рециркуляции воздуха должна решаться в зависимости от выделяющихся в кондиционируемых помещениях вредностей, согласно указаниям, приведенным в нормативных источниках. По давлению, развиваемому вентиляторами, кондиционеры делятся на три категории: низкого давления (до 1000 Па), среднего давления (до 3000 Па) и высокого давления (свыше 3000 Па). По числу воздуховодов для подачи кондиционированного воздуха к помещениям СКВ делятся на одноканальные и двухканальные. По скорости воздуха в приточных воздуховодах: на низкоскоростные (до 8 м / с) и высокоскоростные (более 8 м / с) СКВ. По способу холодоснабжения воздухоохладителя кондиционера от источника холода СКВ подразделяются на системы с непосредственным испарением хладагента и с промежуточным холодоносителем. По сезонности обеспечения условий в помещении СКВ могут быть круглогодичными и сезонными (для работы только летом или зимой). СКВ подразделяются также по обеспеченности расчетных внутренних условий. СКВ, обеспечивающие строгое поддержание заданных оптимальных условий в течение всего года обычно относят к системам полной обеспеченности. Если же это требование не выполняется или выполняется в пределах допустимых условий в отношении одного параметра, например температуры, или в течение сезона или другого ограниченного отрезка времени, то СКВ относят к системам неполной (допустимой) обеспеченности. 2.3. Принципиальные схемы систем кондиционирования воздуха Для обеспечения заданных условий воздушной среды в кондиционируемые помещения необходимо подавать приточный воздух с определенными параметрами, подвергая его специальной обработке в агрегатах, называемых кондиционерами. В кондиционерах осуществляется фильтрация и тепловлажностная обработка воздуха; в теплый период года наружный воздух охлаждается и в большинстве случаев осушается, в холодный период – подогревается и увлажняется. В кондиционерах воздух охлаждается в поверхностных или контактных воздухоохладителях. Поверхностные воздухоохладители изготовляются из оребренных трубок, внутри которых протекает холодоноситель (холодная вода или рассол). Снаружи эти трубки омываются охлаждаемым воздухом. При низких температурах холодоносителя, когда внешняя поверхность трубок имеет температуру ниже температуры точки росы, одновременно с охлаждением происходит осушка воздуха. В тех случаях, когда необходимо увлажнение воздуха, а также для интенсификации процесса теплообмена применяется орошение воздухоохладителей водой. Контактные воздухоохладители (камеры орошения), в которых воздух обрабатывается охлажденной водой, разбрызгиваемой специальными форсунками, в сравнении с поверхностными имеют более широкое применение. Благодаря большой поверхности контакта между распыленной водой и воздухом процессы тепломассообмена в камерах орошения протекают достаточно интенсивно. Камера орошения является универсальным устройством, позволяющим осуществлять охлаждение, осушку или увлажнение, а при необходимости и нагревание воздуха. В кондиционерах малой производительности в отдельных случаях применяют контактные воздухоохладители с орошаемой насадкой. В этих воздухоохладителях воздух проходит через слой материала, орошаемого охлажденной водой. В качестве материалов для насадок применяются древесные и металлические стружки, фарфоровые кольца, нейлоновое волокно и пр. В этих воздухоохладителях можно осуществлять охлаждение, осушку или увлажнение воздуха. Для нагревания воздуха в кондиционерах применяют поверхностные воздухонагреватели (калориферы или теплообменники), изготавливаемые из оребренных трубок, как и в поверхностных воздухоохладителях. Внутрь трубок подается теплоноситель (пар или горячая вода), снаружи трубки омываются нагреваемым воздухом. Для нагревания воздуха иногда применяют контактные теплообменники, устройство которых аналогично описанным выше контактным воздухоохладителям. Для очистки воздуха от пыли в состав кондиционеров включают фильтры различных типов. П  Рис. II.1. Принципиальная схема системы кондиционирования воздуха: 1 - воздухозаборное устройство; 2 - приемный клапан; 3 - фильтр для воздуха; 4 – устройство тепловлажностной обработки воздуха; 5 – вентилятор кондиционера; 6 – приточный воздуховод; 7 – кондиционируемое помещение; 8 – вытяжной воздуховод; 9 – вытяжной вентилятор; 10 – рециркуляционный воздуховод. ринципиальная схема кондиционирования воздуха приведена на pиc.II.1. В теплый период года наружный воздух через воздухозаборное устройство 1, приемный клапан 2 всасывается вентилятором 5 кондиционера, проходит фильтр 3, где очищается от атмосферной пыли, и поступает в устройство для термовлажностной обработки воздуха 4. После обработки охлажденный и осушенный воздух по приточному воздуховоду 6 нагнетается в кондиционируемое помещение 7 и после поглощения избыточных тепло- и влаговыделений вытяжным вентилятором 9 удаляется наружу либо частично по рециркуляционному воздуховоду 10 возвращатся в кондиционер для повторного использования. В холодный период года наружный воздух также проходит через фильтр, затем подогревается и увлажняется и после придания ему требуемых параметров (температуры и относительной влажности) нагнетается в кондиционируемое помещение. В зависимости от тепловлажностного баланса обслуживаемых помещений приточный воздух охлаждается либо подогревается, увлажняется либо осушается (при наличии гигроскопических материалов в помещении) и затем удаляется наружу или частично возвращается на рециркуляцию. СКВ снабжаются приборами для автоматического регулирования параметров воздуха, подаваемого в кондиционируемые помещения, в соответствии с переменным во времени тепловлажностным балансом помещений (качественное регулирование). Применяются также схемы регулирования, изменяющие количество подаваемого воздуха (количественное регулирование) и смешанные схемы, изменяющие и количество подаваемого воздуха и его параметры (количественно-качественное регулирование). |