Принципиальные схемы центральных кондиционеров

Общие положения

Id диаграмма влажного воздуха онлайн

Для достижения заданных параметров микроклимата в помещении в него подают приточный воздух определённого состояния и в определённом количестве. При этом наружный воздух обрабатывают в тепломассообменных аппаратах системы кондиционирования воздуха, чтобы он достиг состояния приточного воздуха. В тёплое 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 id диаграмме для расчётных параметров наружного климата в тёплый и холодный периоды года при максимальной тепловлажностной нагрузке на СКВ. В результате расчёта и построения определяются исходные данные для подбора и расчёта тепломассообменных аппаратов.

Практически, несмотря на многообразие вариантов технологических схем обработки воздуха, выбор основных схем может быть осуществлён в ходе построения на id 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 расчёты проводят одновременно с построением. Определяющими факторами при этом будут расчётные параметры наружного воздуха и характер изменения этих параметров в течение года для данного района строительства, расчётные параметры внутреннего воздуха, максимальные избыточные теплопоступления и влагопоступления в помещение, способы охлаждения, увлажнения и 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. Неправильной, на наш взгляд, является практика приведения многочисленных примеров построения процессов в СКВ для помещений определённого назначения, например для плавательных бассейнов, спортивных сооружений, торговых залов, производственных помещений и т.д. В помещениях одного назначения, например бассейнах при разных исходных данных - параметрах наружного климата, величине теплопоступлений, определяемой наличием или отсутствием окон, покрытия - принятые решения по технологической схеме обработки воздуха могут значительно отличаться.

При построении процессов на id 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 путём 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 и теплообменных аппаратах.

Рециркуляция применяется в помещениях со значительными теплоизбытками, когда расход приточного воздуха, определённый на удаление избыточной теплоты, больше, чем необходимый расход наружного воздуха. В тёплый 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 объём для размещения рециркуляционных воздуховодов. Рециркуляция будет целесообразна, если затраты на её 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 несовместима 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 техологического 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 тёплое 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 объёма

Обычно определяющим режимом для выбора техологической схемы обработки и определения производительности системы кондиционирования воздуха является тёплый период года. В холодный период года стремятся сохранить расход приточного воздуха, определённый для тёплого периода года и схему обработки воздуха

Процессы обработки воздуха в центральном кондиционере для тёплого периода года

1. Естественный холод (вода). Прямое испарительное охлаждение без регулирования

Если организовать процесс рециркуляции орошающей воды в контактных аппаратах, таких, как оросительные камеры и блоки сотового увлажнения, то с течением времени при контакте воды с воздухом она приобретает температуру, равную температуре мокрого термометра начального состояния воздуха. Воздух при этом также будет стремиться к равновесному состоянию с водой, предельному его состоянию будет соответствовать точка на id диаграмме на линии насыщения $\varphi=100\%$ при температуре, равной температуре мокрого термометра. Воздух будет охлаждаться и увлажняться, при этом явное количество теплоты, отбираемое у воздуха, будет затрачиваться на испарение воды, а скрытое количество теплоты, содержащееся в водяных парах, будет возвращаться в воздух. С некоторой долей допущения можно считать, что процесс идёт без подвода и отвода теплоты извне и энтальпия воздуха остаётся неизменной. Реальный процесс несколько отклоняется от теоретического, но в инженерных расчётах это не учитывают. Конечное состояние воздуха будет характеризовать точка на линии процесса адиабатного увлажнения при $\varphi=90-95\%$

2. Естественный холод (вода). Прямое испарительное охлаждение с регулированием

Если уменьшить количество воды, подаваемой на распыление в оросительной камере, то на выходе из камеры можно получить воздух с влажностью менее $\varphi=90\%$. При изменении расхода воды достигается регулируемый процесс в оросительной камере, изменение расхода может быть ступенчатым или плавным, что связано с типом применяемого насоса. В блоке сотового увлажнения есть возможность применить насадки разной глубины, а следовательно, изменять поверхность контакта воздуха и воды, что также даёт возможность изменять параметры воздуха на выходе из аппарата и достигать определённого значения коэффициента эффективности (0.65; 0.85; 0.95). Однако это нельзя назвать управляемым процессом, хотя раход воды здесь также изменяется при уменьшении глубины насадки.

3. Естественный холод (вода). Прямое испарительное охлаждение с обводным каналом

Для достижения требуемых параметров воздуха на выходе из контактного аппарата также применяется байпас, когда одна часть наружного воздуха проходит через оросительное пространство, а другая часть проходит без обработки через байпас, после чего происходит смешивание. Этот способ применяется также в том случае, когда при первоначальном построении относительная влажность внутреннего воздуха превысила максимальное значение.

4. Естественный холод (вода). Косвенное испарительное охлаждение

Схема обработки воздуха с прямым испарительным охлаждением имеет ограниченное применение, так как параметры приточного воздуха в значительной степени определяются параметрами наружного воздуха, и достаточно сложно поддерживать относительную влажность воздуха в помещении не выше максимально допустимого уровня для большинства климатических районов России. Более широкое применение получило косвенное испарительное охлаждение. Под косвенным испарительным охлаждением понимается охлаждение основного потока воздуха в поверхностном теплообменнике водой, циркулирующей в контуре орошения вспомогательного потока воздуха в контактном аппарате.

5. Естественный холод (вода). Двухступенчатое испарительное охлаждение - косвенное и прямое

Температура мокрого термометра основного потока воздуха после охлаждения в поверхностном теплообменнике косвенного испарительного охлаждения имеет более низкое значение по сравнению с температурой мокрого термометра наружного воздуха, как естественный предел испарительного охлаждения. Поэтому при последующей обработке основного потока в контактном аппарате методом прямого испарительного охлаждения можно получить более низкие параметры воздуха по сравнению с естественным пределом. Такая схема последовательной обработки основного потока воздуха методом косвенного и прямого испарительного охлаждения называется двухступенчатым испарительным охлаждением. Для неё также характерно наличие двух потоков воздуха: основного и вспомогательного. Наружный воздух, имеющий более низкую температуру по мокрому термометру, чем внутренний воздух в обслуживаемом помещении, поступает в основной кондиционер. В первом воздухоохладителе он охлаждается с помощью косвенного испарительного охлаждения. Далее он поступает в блок адиабатного увлажнения, где охлаждается и увлажняется. Испарительное охлаждение воды, циркулярующей через поверхностные воздухоохладители основного кондиционера, осуществляется при её распылении в блоке адиабатного увлажнения во вспомогательном потоке. Циркуляционный насос забирает воду из поддона блока адиабатного увлажнения вспомогательного потока и подаёт её в воздухоохладители основного потока и далее - на распыление во вспомогательном потоке. Убыль воды от испарения в основном и вспомогательном потоке восполняется через поплавковые клапаны. После двух ступеней охлаждения воздух подаётся в помещение.

6. Искусственный холод (вода или фреон). Прямоточная схема с использованием воздухонагревателя второго подогрева

Прямоточная схема применяется в том случае, когда рециркуляция невозможна, нецелесообразна (энтальпия удаляемого воздуха из помещения больше энтальпии наружного воздуха) или необходимость в рециркуляции отсутствует (минимально необходимый расход наружного воздуха больше расхода приточного воздуха, определённого на удаление полных теплоизбытков в помещении). При проектировании следует всегда стремиться к исключению рециркуляции и применению прямоточной схемы обработки воздуха.

7. Искусственный холод (вода или фреон). Прямоточная схема с управляемым процессом

Под управляемым процессом в поверхностном воздухоохладителе или камере орошения при политропном охлаждении понимают процессы тепломассообмена при изменении параметров воздуха и воды на выходе из теплообменника, и соответственно, количества передаваемой теплоты (холода) под действием управляющих воздействий. В качестве управляющего воздействия изменяют расход холодной воды с помощью двухходовых или трёхходовых регулирующих клапанов на трубопроводах или переменного числа оборотов насоса. Этот способ называется количественным регулированием. Если начальная температура холодной воды остаётся неизменной, а расход воды через теплообменник изменяется, то параметры конечного состояния воздуха будут находиться на линии процесса охлаждения, направленной на точку с температурой поверхности на линии насыщения, определяемой начальной температурой холодной воды. При изменении температуры воды, поступающей в воздухоохладитель путём подмешивания обратной воды, прошедшей теплообменник, происходит изменение направления процесса охлаждения. Этот способ называется качественным регулированием. Второй способ применяется редко.

8. Искусственный холод (вода или фреон). Прямоточная схема с обводным каналом

Получить заданные параметры приточного воздуха после воздухоохладителя возможно также путём устройства обводного канала по воздуху, называемого байпасом, когда часть воздуха проходит через него без обработки и затем смешивается с потоком охлаждённого воздуха. Способ изменения расхода воздуха через теплообменник применяют для камер орошения с политропным режимом и фреоновых воздухоохладителей.

Источники

[1] ISBN 5-94447-009-7
Е.М.Белова - Центральные системы кондиционирования воздуха в зданиях