Микроклимат зданий. Системы канального кондиционирования

Литвинов С. Микроклимат зданий. Системы канального кондиционирования // Ватерпас. 2002. №2. C.106-108

В продолжение цикла статей по микроклимату помещений различного типа данная статья посвящена организации микроклимата офисных зданий, а также системам канального кондиционирования.



Как человека встречают по одежде, так и первое впечатление о помещении составляют по тому, как оно оборудовано. И не последнюю роль в этом впечатлении играет то, как организовано обеспечение микроклимата в помещении, а проще говоря, приятный ли в нем и свежий воздух. Перефразируя слова известной песни, ?непогода нынче не в моде?. Но главное, что микроклимат помещений, в особенности температурные параметры среды, оказывает решающее влияние на индивидуальную работоспособность людей. Усталость и нерасположенность к работе очень часто оказываются следствием неудовлетворительных параметров микроклимата, при этом со значительными экономическими последствиями. И, наоборот, хорошие климатические показатели в помещении приводят к повышению работоспособности сотрудников.

Одна из задач проектирования современного здания состоит в определении возможного теплового режима при различных мерах его обеспечения и в выборе экономически целесообразного варианта, поддерживающего оптимальный воздушно-тепловой режим всех помещений. Выбор системы кондиционирования воздуха в здании должен проводиться на основании тщательно проработанного технического задания, в котором должны содержаться конкретные требования в отношении микроклимата (тепловой комфорт, минимальное количество наружного воздуха и подвижность воздуха в обслуживаемом помещении, уровень шума и другие параметры, имеющие значение в контексте целевого назначения каждого помещения, например требования к чистоте воздуха на спецпроизводствах). При этом необходимо принять во внимание желательный срок службы системы, произвести оценку будущих затрат на обслуживание и эксплуатацию. Также нельзя пренебречь эстетическими требованиями дизайнера, заказчика и пользователя.

Архитектура здания и его планировка имеют непосредственное влияние на выбор системы кондиционирования воздуха. Наряду с климатическими характеристиками, они являются исходными данными для определения наружных теплопоступлений, значительную долю которых в теплый период года составляет солнечная радиация. Очевидно, что конструктивные мероприятия по солнцезащите способны в значительной степени снизить нагрузку на систему кондиционирования воздуха. Суточная периодичность солнечной радиации приводит к нестационарности всех процессов теплообмена в каждом помещении. Это обстоятельство следует учитывать при определении наружных теплопоступлений. Представляется целесообразным индивидуальное или зональное регулирование систем кондиционирования воздуха, что достигается применением местно-центральных систем с вентиляторными конвекторами. Вентиляторные конвекторы имеют возможность индивидуального регулирования температуры воздуха, достаточную мощность для быстрого нагрева или охлаждения помещения и низкие энергозатраты. Однако при этих достоинствах есть существенный недостаток ? высокая скорость движения воздуха и недопустимо низкая (при охлаждении) температура в воздушной струе на входе в обслуживаемую зону. Поэтому при проектировании вентиляторные конвекторы следует размещать в помещении таким образом, чтобы в зоне их непосредственного воздействия не находились постоянные рабочие места. Одним из существенных показателей при выборе схемных решений системы кондиционирования воздуха является неравномерность распределения тепловых нагрузок по обслуживаемым помещениям. Неравномерность нагрузок можно характеризовать понятием ?градиент тепловой нагрузки?, величина которого определяется отношением относительной тепловой нагрузки отдельных помещений к средней расчетной по всей площади здания, обслуживаемой системой кондиционирования воздуха. Очевидно, что чем больше отклонения значений градиентов от единицы, тем большими регулирующими возможностями должна обладать система кондиционирования воздуха.

Анализ различных систем кондиционирования воздуха позволяет сделать следующие выводы:

- Регулирующие возможности системы центрального кондиционирования воздуха ограничены величиной градиента тепловой нагрузки от 0,8 до 1,2, при этом средняя удельная тепловая нагрузка не должна превышать 25-30 Вт/м2. Увеличение регулирующих возможностей системы кондиционирования воздуха можно обеспечить увеличением воздухообмена, в том числе рециркуляционного.

- Если отдельные помещения имеют большое отличие по показателю теплового градиента либо удельная тепловая нагрузка превышает 40 Вт/м2, то следует наряду с системой центрального кондиционирования воздуха установить в них локальные системы охлаждения (фэнкойлы или сплит-системы).

- Если помещения можно конструктивно сгруппировать в зоны с близкими показателями градиента тепловых нагрузок, целесообразно рассмотреть возможность применения зональной местно-центральной схемы кондиционирования воздуха.

Рассмотрев общую информацию об организации микроклимата в офисном помещении, расскажем об одном из конкретных вариантов решения обеспечения микроклимата ? применении системы канального кондиционирования.

Канальные системы состоят из внутреннего и наружного блоков, соединяемых между собой магистралью с двумя трубами и капиллярами. Внутренняя часть, называемая испарительной, охлаждает помещение, наружная, называемая конденсаторной, выбрасывает тепло из помещения наружу. В систему добавлены вентиляторы для того, чтобы повысить мощность теплового потока. По сути, эта система напоминает обычный холодильник. Его только разрезали на две части, в сетке с компрессором увеличили длину трубок, поставили на улице, а внутри разместили морозильную камеру. Внутренний блок представляет из себя ящик, в котором находится вентилятор высокого давления, теплообменник и корыто для слива конденсата. Размещается внутренний блок за подшивным потолком. Вывод конденсата производится через систему канализации, поскольку вывод его наружу может привести к разрушению строения ? в холодное время года конденсат, накопленный в стене, замерзает, что может привести к разрыву стены. Поэтому такой вывод делается очень редко, в случае, если вывести его по системе канализации невозможно.

Основным достоинством канальных систем является то, что они, в отличие от обычных сплит-систем, осуществляют приток свежего воздуха. Для этого применяется адаптер возврата воздуха, к которому подходят два воздуховода ? теплый и неутепленный. Неутепленный воздуховод берет воздух из решетки возврата воздуха на рециркуляцию, т.е. многократно гоняет этот воздух в помещении. Но все мы дышим, и существует норма притока свежего воздуха ? 60 м3 на человека в час для обеспечения нормального дыхания и комфорта. Поэтому теплый воздуховод забирает свежий воздух напрямую с улицы через решетку. Вентилятор собирает воздух из помещения, с улицы, смешивает его и через делитель воздушного потока раздает по сетке воздуховодов, утепленных, дабы не появлялся конденсат, по всем помещениям. Причем использование смеси наружного и рециркуляционного воздуха приводит к экономии. В то же время недостатком является то, что происходит смешение запахов.

Зимой наружный воздух смешивается с частью удаляемого из помещения воздуха. Далее воздух очищается в секции фильтра и нагревается в калорифере. Большая температура и меньшая влажность приточного воздуха по сравнению с воздухом в помещении, позволяют покрыть потери теплоты и снять избытки влажности, возникающие там. Далее вентиляторная секция подает воздух в сеть воздуховодов, по которым он поступает в помещение.

Летом наружный воздух смешивается с частью удаляемого из помещения воздуха. Полученная смесь проходит через фильтр и попадает в поверхностный воздухоохладитель, где температура воздуха понижается. Вместе с охлаждением происходит осушение воздуха, так как часть водяных паров конденсируется при соприкосновении с поверхностью охладителя, имеющего температуру ниже температуры точки росы воздуха. Далее воздух подается в помещение при помощи вентиляторной секции. Попадая в помещение, воздух за счет теплоизбытков, возникающих в помещении, нагревается.

В комплексе процессов обработки воздуха в системе кондиционирования особое место занимает процесс охлаждения воздуха, который решается при помощи фреоновых теплообменников прямого испарения, где в качестве хладоносителя используется фреон (хладон). Фреоновые воздухоохладители характеризуются следующими параметрами:

1. Минимальная температура кипения фреона,0С ? +2.

2. Максимальное рабочее давление рабочей среды, МПа ? 2,2.

3. Фреоновые воздухоохладители испытываются на прочность с нагрузкой, МПа ? 2,9.

Конструкция фреоновых теплообменников охладительных секций центральных кондиционеров отличается наличием узлов распределения жидкого фреона по трубкам теплообменника и сборными коллекторами газовой фазы фреона для возврата в холодильную машину.

Теплообменники секций охлаждения на фреоне могут быть одно- и двухконтурными. Последние в одном корпусе объединяют два одноконтурных теплообменника.

Дополнительные электронагреватели или приточные установки должны иметь свою систему автоматики. Поэтому в случае необходимости круглогодичного использования канального кондиционера с подачей свежего воздуха необходимо разрабатывать индивидуальную систему управления нагревателем или ставить дополнительный пульт управления приточной установкой. В обоих случаях это приводит к усложнению и удорожанию проекта и дополнительным неудобствам пользователя, вынужденного ?работать? двумя пультами.

Раздача воздуха по помещениям осуществляется при помощи раздаточных решеток различного типа ? потолочных или настенных, с различным углом подачи воздуха.

Управляется система при помощи пульта.

Стандартная система канального кондиционирования имеет ряд преимуществ:

- отсутствие в комнатах внутренних блоков, т.е. скрытость системы;

- подача свежего воздуха, и в связи с этим отсутствие грибков;

- отсутствие направленных воздушных потоков (в сплит-системах идут направленные воздушные потоки, и человек может попасть в зону прямого обдува, а в канальной системе ? ламинарные воздушные потоки, которые не имеют направленного дутья).

С другой стороны, такая система имеет существенный недостаток: поскольку кондиционер работает одновременно на все помещения, а управляется только одним термостатом, то возникают проблемы, связанные с регулировкой температуры отдельно в каждом помещении. Перенастройка же расхода воздуха в процессе работы при помощи ручных или электрических заслонок, во-первых, неудобна, а во-вторых, при слишком большом дросселировании может привести к нарушению теплового баланса между испарителем и конденсаторно-компрессорным блоком и к выходу последнего из строя. Устранение этого недостатка устройством системы перепуска приводит к сложной настройке перепускного клапана и к ее изменению в процессе работы. Кроме того, на крупном объекте появляется много наружных блоков. В этом случае в качестве источника холода используется чиллер. Применение этой схемы позволяет осуществить плавное регулирование температуры подаваемого воздуха, практически не лимитировать расстояние от холодильной машины до секции охлаждения центрального кондиционера, обеспечить хладоснабжение нескольких кондиционеров различной мощности от одной холодильной машины и создать наиболее ?мягкие? условия ее работы при переменных нагрузках.

Для решения проблемы регулирования температурного режима в отдельных помещениях может быть применена система кондиционирования с аэродинамически развязанными зонами. Смысл этой системы заключается в организации кругового движения воздуха через канальный воздухообрабатывающий блок по воздуховоду, соединяющему выход и вход аппарата (первичный контур), и в отборе воздуха от него потребителям доводочными вентиляторами (вторичный контур). Таким образом организуется течение с постоянным расходом воздуха через внутренний блок, в котором температура регулируется при помощи канального термостата, управляющего работой компрессора, а подача воздуха потребителям осуществляется периодическим включением доводочных вентиляторов комнатными термостатами по мере потребности в