Применение двухканальных систем кондиционирования воздуха дает возможность снизить расход теплоты и холода по сравнению с центральными системами, но они все равно больше минимально неизбежных значений. Из-за отсутствия производства двухканальных смесителей эта схема не получила широкого распространения в России. Такие системы очень популярны в последнее время в Соединенных Штатах, особенно для административных зданий и гостиниц.
Преимущества таких систем:
— возможность индивидуального регулирования не только температуры, но и относительной влажности воздуха в отдельных помещениях;
— отсутствие в обслуживаемых помещениях теплообменников, трубопроводов тепло- и холодоно-сителя, все они размещены в вентиляционном центре;
— малая инерционность системы, быстрая реакция на изменение нагрузки;
— регулируемое количество наружного воздуха и постоянный расход приточного воздуха в помещение, что позволяет применять стандартные воздухораспределители, обеспечивать хорошее перемешивание воздуха в помещении и равномерное поле температуры;
— возможность ввода системы в эксплуатацию по частям и этажам по мере строительства здания;
— канал горячего воздуха обеспечивает поддержание температуры воздуха в зонах с низкой тепловой нагрузкой в режиме охлаждения, когда возможны утечки холодного воздуха через смесительный клапан.
Недостаток двухканальных СКВ:
— использованы противоположные процессы «охлаждение» и «нагревание», связанные с затратами энергии, что приводит к снижению энергетической эффективности системы;
— сложность и увеличение затрат на устройство и тепловую изоляцию прокладки двух каналов воздуховодов;
— высокие скорости и потери давления из соображения экономии места для прокладки воздуховодов;
— утечки воздуха в воздуховодах;
— утечки воздуха через смесительный клапан вызывают необходимость увеличения тепловой мощности воздухонагревателя и воздухоохладителя;
— необходимость поддержания постоянства расхода воздуха, подаваемого в помещение, требует затрат на автоматизацию смесительных устройств;
— сложность обеспечения гидравлической устойчивости сети воздуховодов.
Archive for сентября, 2009
Применение двухканальных систем кондиционирования воздуха
Понедельник, сентября 28, 2009Процессы изменения состояния воздуха
Понедельник, сентября 28, 2009Процессы изменения состояния воздуха в холодный период года отличаются положением точек состояния воздуха и направлением изменения состояния воздуха в помещениях. В холодный период года система кондиционирования воздуха в некоторых помещениях выполняет также функции отопления. Наружный воздух нагревается в воздухонагревателе первого подогрева, адиабатически увлажняется до состояния точки 0х. Далее он смешивается с рециркуляционным воздухом. Точка Вх определяет состояние внутреннего воздуха во всех помещениях в холодный период года и одновременно рециркуляционного воздуха, точка О определяет состояние смеси воздуха после второй рециркуляции, а точка К,' — состояние определенной доли этой смеси, проходящей через горячий канал после поверхностного воздухонагревателя. Далее воздух по соответствующим магистральным воздуховодам —горячему и холодному — поступает к смесителям, в которых процесс смешивания изображается прямой К2СХ. Положение точек П„ П2 и .//, на этой прямой зависит от теплового и влажностного балансов в помещении, в соответствии с которыми устанавливается необходимое соотношение расходов холодного и горячего воздуха. Расходы воздуха в холодном и горячем каналах определяются аналогично теплому периоду. Линии П,В„ П2В2, Н,В} характеризуют процессы изменения состояния воздуха в холодный период года в этих помещениях. При изменении теплового и влажностного балансов в помещении точки Д будут скользить по линии постоянного влагосодержания. Из зональных смесителей воздух выходит с необходимой температурой приточного воздуха, значение которой определяется тепловой нагрузкой на СКВ для данного помещения. Температура воздуха внутри помещения поддерживается автоматически, относительная влажность воздуха в помещениях регулируется косвенно методом «точки росы».
Двухканальная система с двумя центральными кондиционерами, позволяющая обслуживать отдельные помещения с сильно отличающимися тепловлажностными режимами, является более гибкой и обеспечивает более точное поддержание относительной влажности воздуха в помещении. На рисунке 6.17 приведена принципиальная схема устройства двухканальной системы с двумя центральными кондиционерами. От каждого кондиционера устраивают самостоятельную систему распределительныхмагистральныхвоздуховодов.подводящихвоздухв каждое кондиционируемое помещение. Таким образом, воздух подводится по двум каналам, причем в каждом канале он имеет различные параметры, в том числе и влагосодержание воздуха. Работа данной системы аналогична работе двухканальной системы с одним кондиционером.
На i - d диаграмме (рисунок 6.18) представлено построение процессов изменения состояния воздуха в двухканальной системе с двумя кондиционерами для теплого периода года. Точки В,, В2 и В3 соответствуют заданным состояниям внутреннего воздуха в трех отдельных помещениях. Через точки В,, В2 и В3 проводят лучи процессов изменения состояния воздуха в этих помещениях.
Горизонтальные смесители
Понедельник, сентября 28, 2009Горизонтальные смесители устанавливают при размещении разводящих магистральных воздуховодов в подшивных потолках и полых перегородках. Вертикальные смесители применяют при размещении магистральных воздуховодов под окнами или у стен. Воздуховоды холодного и нагретого воздуха во избежание потерь теплоты необходимо покрывать тепловой изоляцией. В целях экономии строительного объема для прокладки воздуховодов значения скорости воздуха в них должны иметь максимально высокие значения. Отсюда высокие значения потерь давления в воздуховодах систем высокого давления.
Двухканальным системам присуща некоторая аэродинамическая разрегулировка, вызываемая индивидуальным регулированием расходов холодного и горячего воздуха в смесительных устройствах, однако она не так критична, как в системах с переменным расходом воздуха. Для повышения гидравлической устойчивости и улучшения качества регулирования большая часть потерь давления на регулируемом участке должна приходиться на регулирующий клапан (см. Главу 11). В этом случае расчет воздуховодов может производиться обычным способом.
Постоянство общего расхода воздуха в системе поддерживается при помощи регулятора расхода, установленного в нагнетательном патрубке вентилятора и воздействующего на направляющий аппарат, или электронной системой управления вентилятора с переменным числом оборотов (частотный преобразователь или технология ЕСМ) (см. Главу 11).
В последние годы в двухканальных системах кондиционирования воздуха смеситель не устанавливают, а в зависимости от нагрузки в одни помещения подается воздух из холодного канала, в другие — из горячего канала, при этом предусматривают переменный расход воздуха в каждом канале.
На i - d диаграмме (рисунок 6.16) показано построение процессов изменения состояния воздуха в теплый и холодный период года в двухканальной системе кондиционирования воздуха с одним центральным кондиционером. Точка Нт соответствует состоянию наружного воздуха в теплый период года. Точки В„ В2 и В3 соответствуют заданным состояниям внутреннего воздуха в отдельных помещениях (зонах). Влагосодержание приточного воздуха для данной схемы с одним центральным кондиционером будет одинаковым для всех помещений: d„ - dlu = dn2 - dn3 = const. Оно определяется для характерного помещения с максимальными вла-гопоступлениями аналогично другим многозональным системам так, чтобы в помещении с максимальными влаговыделениями относительная влажность воздуха не превышала максимального значения, например — 60%. На пересечении линий с угловыми коэффициентами е,т, е2т и е3т с линией постоянного влагосодержания dn - const находятся точки, характеризующие состояние приточного воздуха Я„ П2 нП3 в теплое время года, а линии П&,, П2В2, П3В3 характеризуют процессы изменения состояния воздуха в этих помещениях. Точка В' определяет состояние смеси рециркуляционного воздуха из всех помещений при входе его в смесительную камеру центрального кондиционера.
Смеситель
Понедельник, сентября 28, 2009Основным элементом системы является смеситель, состоящий из корпуса, смесительного клапана с исполнительным механизмом, регулятора расхода воздуха прямого действия и шумоглушителя (рисунок 6.14). Для обеспечения стабильности подачи воздуха в помещение применяют регуляторы расхода воздуха, вмонтированные в смесительные устройства. Смеситель, отрегулированный на заводе-изготовителе, должен обеспечивать поддержание расхода воздуха с точностью до 5% от номинального значения в диапазоне изменения статического давления от минимума до максимума.
В двухканальных СКВ с переменным расходом воздуха используют смесители, состоящие из корпуса со звуко- и теплоизоляцией, регулирующих воздушных клапанов в патрубках на входе нагретого и охлажденного воздуха, усредняющего датчика перепада давлений в патрубке на входе охлажденного воздуха, встроенного шумоглушителя и элементов пневматической или электронной системы управления заводской установки (рисунок 6.15). Сигнал от термостата поступает на регулятор расхода охлажденного воздуха, в котором, в зависимости от температуры воздуха в помещении, изменяется уставка расхода охлажденного воздуха; одновременно на регулятор поступает сигнал от датчика перепада давления в канале охлажденного воздуха. В соответствии с рассогласованием сигналов о фактическом расходе охлажденного воздуха и сигнала уставки регулятор расхода изменяет положение створки воздушного клапана в потоке охлажденного воздуха. По сигналу дифференциального датчика давления смешанного воздуха регулятор расхода воздуха в потоке нагретого воздуха изменяет положение регулирующего клапана в канале нагретого воздуха так, чтобы общий расход приточного воздуха остался неизменным. При повышении температуры воздуха в помещении увеличивается расход охлажденного воздуха и уменьшается расход нагретого воздуха, при полном закрытии регулирующего клапана нагретого воздуха, расход охлажденного воздуха изменяется в соответствии с заданным значением температуры внутреннего воздуха.
Двухканальная система кондиционирования воздуха
Понедельник, сентября 28, 2009Двухканальная система рекомендуется для применения при неравномерно изменяющихся нагрузках по явной теплоте, она обеспечивает точное поддержание заданной температуры в каждом помещении, а в отдельных схемах — относительной влажности воздуха. Преимущество двухка-нальных систем возрастает при увеличении количества помещений в здании. Применяется в многоэтажных административных зданиях, гостиницах, лабораторных корпусах со степенью остекления наружных стен не более 60%, музеях.
Существует много возможных схем двухканальных СКВ. Главное различие между ними состоит в точности, с которой регулируется относительная влажность воздуха в помещении. Самые лучшие технологические показатели имеют схемы, в которых наружный воздух охлаждается и осушается летом, увлажняется зимой, смешивается с рециркуляционным воздухом, делится на два канала и в каждом потоке устанавливаются, соответственно, воздухонагреватель и воздухоохладитель (рисунок 6.13). Обработка воздуха в центральной двухканальной системе кондиционирования воздуха осуществляется в два этапа: первоначально воздух обрабатывается в центральной установке кондиционирования воздуха 2, затем поток воздуха делится на два канала 6 и 8, в которых устанавливаются, соответственно, воздухонагреватель 7 и воздухоохладитель 9. Поддержание заданной температуры воздуха в помещении обеспечивается смешением подогретого и охлажденного потока воздуха в необходимом соотношении так, чтобы получить необходимую температуру приточного воздуха; при этом расход воздуха, поступающего в помещение, остается неизменным. В каждом помещении устанавливаются смесительные устройства 10 со встроенным регулирующим воздушным клапаном, исполнительный механизм которого соединен с датчиком температуры воздуха в помещении. По сигналу датчика температуры изменяется соотношение количества нагретого и холодного воздуха и, соответственно, параметры приточного воздуха.
Устойчивая работа системы с переменным расходом воздуха
Понедельник, сентября 28, 2009Устойчивая работа системы с переменным расходом воздуха предполагает управление расходами приточного и вытяжного воздуха в одних ответвлениях таким образом, чтобы это не влияло на изменения этих расходов в других ответвлениях. Это частично преодолевается при конструировании и аэродинамическом расчете таких систем методом постоянных статических давлений. В противном случае требуется расчет потокораспределения в вентиляционной сети для каждого шага управления, для чего необходимо соответствующее программное обеспечение.
В то же время система с переменным расходом позволяет экономить определенные статьи капитальных затрат (трубопроводы, арматура, насосы, теплообменники, система отвода конденсата), а также эксплуатационные затраты за счет снижения расхода электроэнергии, теплоты и холода с изменением общего расхода воздуха. Однако высокая стоимость микропроцессорной системы управления повышает единовременные затраты и делает их сопоставимыми, например, с затратами на систему с вентиляторными доводчиками.
Преимущества системы с переменным расходом воздуха:
— экономия энергии за счет снижения мощности, потребляемой вентилятором, и уменьшения расходов холода, теплоты и воды на обработку воздуха в центральном кондиционере;
— снижение шума при уменьшении нагрузки;
— высокая гибкость системы, возможность наращивания мощности.
Типы терминалов
Понедельник, сентября 28, 2009В зависимости от применяемого способа управления различают два типа терминалов и соответствующих систем с переменным расходом воздуха: зависимые от давления и независимые от давления. Системы VAV, зависимые от давления, — традиционно применяемые системы, в которых предусмотрено двухпозиционное регулирование расхода воздуха «вкл.-выкл.» по датчику температуры воздуха в помещении (термостат- регулятор прямого действия), настраиваемые по месту, обеспечивающие не очень высокие точность и качество регулирования (значительные колебания температуры воздуха в помещении), чувствительные к постоянству статического давления в воздуховодах. В независимых от давления системах (терминалы которых имеют встроенный микропроцессорный контроллер), обеспечивается плавное регулирование расхода воздуха, точное и стабильное, без колебаний, поддержание температуры воздуха в помещении, они мало чувствительны к постоянству перепада статического давления в ответвлении.
Проектирование СКВ с переменным расходом воздуха имеет некоторые особенности и должно проводиться более тщательно, чем проектирование обычных систем. Основные моменты, на которые следует обратить внимание:
— определение необходимого количества наружного воздуха, которое всегда больше минимально необходимого;
— определение двух значений расхода приточного воздуха в помещении при максимальных и минимальных теплопоступлениях;
— конструирование сети воздуховодов (кольцевые сети, а не тупиковые, как в обычных системах);
— аэродинамический расчет магистральных воздуховодов методом постоянного статического
давления;
— подбор воздушных регулирующих клапанов и распределение потерь давления на регулируемом участке так, чтобы характеристика воздушного регулирующего клапана была близка к линейной (см. Главу 11).
Аэродинамический расчет воздуховодов методом постоянного статического давления основан на принципе равенства статического давления во всех воздуховодах. При обычном способе аэродинамического расчета по удельным приведенным потерям давления на трение размеры воздуховодов принимают по рекомендуемым значениям скорости воздуха в воздуховоде, примерно одинаковой для всех участков вентиляционной сети. Для обеспечения практически постоянного статического давления во всех магистральных воздуховодах при расчете методом постоянного статического давления размеры воздуховодов назначают так, чтобы потери давления на трение на участках компенсировались изменением динамического давления потока. Практически постоянные перепады статического давления в каждом ответвлении гарантируют балансировку системы, что дает возможность использовать обычные воздухораспределители. Этот метод расчета может быть реализован только путем последовательных приближений и предполагает использование итерационных методов вычисления с использованием компьютерных программ. Статическое давление должно оставаться постоянным за счет перехода динамического давления в статическое, что уравновешивает общие потери давления. Это приводит к постепенному уменьшению значения скорости воздуха на участках воздуховодов по мере удаления от вентилятора. Если участки воздуховодов имеют различную длину, то сечения воздуховодов отличаются от сечения воздуховодов, полученных методом удельных потерь давления на трение, воздуховоды имеют большие размеры. При этом общие потери давления ниже и, следовательно, ниже расход электроэнергии на перемещение воздуха. Метод постоянных статических давлений применяется для расчета магистральных воздуховодов кольцевых вентиляционных сетей большой протяженности с большим количеством ответвлений при относительно высоких значениях скоростей воздуха в воздуховодах, для расчета ответвлений используют традиционный метод удельных линейных потерь давления.
Переохлаждение отдельных помещений
Понедельник, сентября 28, 2009При работе СКВ с переменным расходом воздуха в режиме с частичной нагрузкой возможно переохлаждение отдельных помещений, так как параметры приточного воздуха остаются неизменными, а уменьшение расхода приточного воздуха имеет ограничения, которые обеспечивает регулятор расхода концевого устройства — терминала. В этом случае приточный воздух будет ассимилировать большее количество теплоты, чем необходимо, тепловлажностное отношение процесса изменения состояния воздуха в помещении будет уменьшаться так же, как температура воздуха в помещении, а относительная влажность воздуха — расти. Чтобы исключить переохлаждение, необходимо повысить температуру приточного воздуха при его минимальном расходе, что вызывает необходимость нагревания приточного воздуха. Для этого в терминалах устанавливают поверхностные воздухонагреватели. Они необходимы и в холодный период года для работы системы в режиме отопления, когда они выполняют функцию температурных доводчиков.
Важным элементом системы с переменным расходом воздуха является концевой VAV-pacnpe-делитель или терминал, устанавливаемый в помещении или перед ним. Он является законченным устройством и содержит как обязательные элементы (регулятор расхода воздуха с электрическим приводом, блок управления), так и дополнительные (воздухонагреватель, шумоглушитель, рециркуляционный вентилятор или эжектор). Терминал подбирается по скорости воздуха 7-9 м/с при максимальном расходе воздуха, чтобы потери давления находились в диапазоне 20-40 Па, а уровень звукового давления не превышал допустимых значений (меньше NC35). Для обеспечения удовлетворительного качества регулирования (см. Главу 11) скорость на регулируемом участке воздуховода должна быть в пределах 4-6 м/с.
Принцип работы многозональной системы с местными рециркуляцианными вентиляторами
Понедельник, сентября 28, 2009В системах с переменным расходом воздуха для ее совершенствования используют принцип работы многозональной системы с местными рециркуляцианными вентиляторами. Смешение первичного воздуха от центральной установки с рециркуляционным воздухом помещения, во-первых, дает возможность подавать приточный воздух с достаточно низкой температурой и исключить воздухонагреватель второго подогрева в центральной установке СКВ, во-вторых, обеспечивает достаточную циркуляцию воздуха и комфортные условия в помещении при уменьшении расхода приточного (первичного) воздуха, когда снижается тепловая нагрузка, что дает возможность использовать обычные воздухораспределители. Возможны два типа терминалов с рециркуляционными вентиляторами. В первом (рисунок 6.9) приточный воздух из центральной системы смешивается с воздухом, забираемым из помещения на всасывающей стороне вентилятора, и подается им в помещение, сумма расходов первичного и вторичного воздуха в этом случае постоянна. Во втором (рисунок 6.10) воздух из помещения забирается рециркуляционным вентилятором и смешивается с первичным воздухом, расход рециркуляционного воздуха постоянный, а расход первичного воздуха и общий расход воздуха изменяются. В результате в помещения поступает воздух с более высокой температурой.
Для снижения уровня звуковой мощности и экономии энергии применяется принцип эжектиро-вания потока рециркуляционного воздуха из помещения высокоскоростным потоком первичного воздуха. Этот принцип реализован в так называемых индукционных терминалах (рисунок 6.11). Статическое давление воздуха перед индукционным терминалом должно поддерживаться в пределах 150-200 Па, средняя скорость движения воздуха — 8-10 м/с, потери давления при этом составляют 30-50 Па. Таким образом, требуется система высокого давления.
На i - d диаграмме (рисунок 6.12) изображены процессы обработки воздуха в теплый период года в многозональной центральной СКВ с переменным количеством приточного воздуха с первой рециркуляцией и использованием вентиляторных или индукционных терминалов, обслуживающей три помещения.
Регулирование системы вентиляции с переменным расходом воздуха
Понедельник, сентября 28, 2009Для регулирования системы вентиляции с переменным расходом воздуха необходимо постоянное измерение расхода наружного воздуха. Косвенные способы измерений (отслеживание режима работы вентилятора, использование термоанемометров) не могут обеспечить заданную точность регулирования (10%). Установки для прямого измерения поля скоростей в воздушных потоках дают необходимую точность, но их стоимость высока из-за необходимости монтажа и калибровки на месте, так как они требуют достаточно длинные прямые участки воздуховодов. Используют мерные сопла, если геометрия смесительной камеры позволяет производить точное измерение статического давления. В последнее время измерители расхода в приточных камерах заводского изготовления, основанные на замерах перепада статического давления, позволяют производить измерения даже при очень небольших скоростях движения потока. Для их установки не требуются длинные прямые участки, достаточно очень небольшого перепада статического давления, при этом точность измерения не зависит от температуры воздуха. Современные датчики давления позволяют осуществлять измерения расходов с погрешностью менее 10% от фактического значения во всем диапазоне изменения расходов наружного воздуха (от 100% — при расчетной нагрузке на систему до 5% — при частичной нагрузке).
Точка В3 определяет состояние внутреннего воздуха в помещении с минимальным значением углового коэффициента процесса е3т в теплый период года; для построения этой точки принимают заданное значение температуры внутреннего воздуха и близкое к максимальному значение относительной влажности воздуха, например, <рв = 55%. На пересечении луча процесса е3т с изотермой приточного воздуха получают точку Я, определяющую параметры приточного воздуха, подаваемого во все помещения. Через точку П проходят лучи изменения состояния воздуха в трех помещениях с соответствующими значениями угловых коэффициентов процесса е,т, е2т и е3т, на пересечении которых с изотермой внутреннего воздуха находятся точки В,, В, и В, характеризующие состояние воздуха в соответствующих помещениях. Точка В' характеризует состояние смеси потоков рециркуляционного воздуха из всех помещений по пути движения при входе в смесительную камеру центрального кондиционера с учетом ее нагревания в воздуховодах. В смесительной камере рециркуляционный воздух смешивается с наружным и приобретает состояние, определяемое точкой С. Смесь охлаждается и осушается до влагосодержания приточного воздуха d„ в поверхностном воздухоохладителе или оросительной камере. Конечное состояние воздуха определяется точкой О. Отрезок ОД' определяет процесс нагревания воздуха в воздухонагревателе второго подогрева центрального кондиционера, а отрезок Ш1' — нагревание воздуха в вентиляторе и воздуховодах.