Кондиционирование воздуха
Материал из ТеплоВики - энциклопедия отоплении
Кондиционирование воздуха (лат. condicio — условие, состояние) - создание и поддержание (главным образом автоматически) в закрытых помещениях и средствах транспорта параметров воздушной среды (температуры, относительной влажности, чистоты, состава, скорости движения и давления воздуха), наиболее благоприятных для самочувствия людей, ведения технологических процессов, действия оборудования и приборов, обеспечения сохранности ценностей культуры и искусства и т. п..
Системы кондиционирования воздуха часто выполняют функции приточной вентиляции. В тёплый период года они охлаждают и осушают воздух, в холодный — подогревают и увлажняют; могут работать совместно с системами отопления или выполнять их функции.
Содержание |
История кондиционирования воздуха
1820 - британский ученый и изобретатель Майкл Фарадей открыл, что сжатие и сжижение аммиака может охлаждать воздух, если оставить сжиженный аммиак испаряться.
1842 - физик из Флориды Джон Горри использовал технологию компрессора для создания льда, которую он использовал для охлаждения воздуха для пациентов в своей клинике в Апалачиколе, Флорида.
1902 - Уиллисом Хэвилендом Керриером был изобретен первый современный электрический кондиционер воздуха.
1906 - Стюарт Крамер , житель Шарлотты, Северная Каролина, США, исследовал пути добавления влажности в воздух для своего текстильного завода. Крамер придумал термин «кондиционирование воздуха», используя его в заявке на патент отправленной в этом году, как аналог «водному кондиционированию», тогда широко известному процессу в текстильной промышленности. Уиллис Керриер принял термин и включил в название своей фирмы.
1930-е - по соображениям безопасности фирма Дженерал Электрик выпустила кондиционер, компрессорно-конденсаторный агрегат которого располагался с внешней стороны здания. Это была первая сплит-система.
1950-е - в Соединённых Штатах наблюдался взлёт продаж кондиционеров для жилых помещений.
1980-е - компанией Toshiba был разработан новый способ управления компрессором, заключающийся в изменении частоты тока электропитания компрессора — инверторные системы.
Общий принцип кондиционирования воздуха
Как правило, кондиционирование воздуха предполагает изменения одной характеристики – температуры, хотя современные кондиционеры способны также регулировать влажность, запыленность и даже газовый состав воздуха. Охлаждение или нагревание воздуха осуществляется благодаря контакту воздуха с холодным или горячим теплоносителем, который и циркулирует из помещения за его пределы и обратно. При этом расход энергии связан не с охлаждением или нагреванием теплоносителя, в роли которого выступают фреоны, а с перемещением фреона по фреоновому трубопроводу.
Цикл охлаждения
Принцип работы кондиционера аналогичен принципу работы холодильника. Цикл охлаждения состоит из четырёх этапов:
- Хладагент циркулирует по закрытому контуру системы, его движение поддерживается компрессором. На первом этапе в компрессор из испарителя поступает холодный парообразный хладагент низкого давления. Затем он сжимается, в течение этого процесса происходит повышение его температуры и давления.
- Разогретый парообразный хладагент поступает в конденсатор, где переходит в состояние жидкости высокого давления — процесс конденсации. Холод, отводимый от хладагента вентилятором системы охлаждения отдаётся окружающей среде.
- Затем жидкий хладагент попадает в расширительный клапан, где он резко расширяется, при этом снижаются его давление и температура (он переходит в туманообразное состояние). Регулятор потока контролирует подачу хладагента в испаритель.
- Хладагент низкого давления попадает в испаритель. Там он начинает кипеть и забирать тепло от воздуха внутри помещения, переходя при этом в газообразное состояние. Затем газообразный хладагент возвращается в компрессор и цикл начинается заново.
Цикл нагрева
Для нагрева воздуха в кондиционерах используется обратный цикл.[1]
Сферы применения
Кондиционирование воздуха предусматривается преимущественно:
- в общественных и административных зданиях, поездах, самолётах, автомобилях, на судах — для обеспечения комфортных условий;
- в промышленных зданиях — для получения продукции, качества которой удовлетворяют требованиям стандартов, а также для обеспечения оптимальных условий труда и повышения его производительности при одновременном уменьшении производственного брака;
- в жилых домах (главным образом в южных районах);
- в шахтах и рудниках, в кабинах кранов, тракторов, комбайнов, экскаваторов и др. машин — для облегчения условий труда;
- в научно-исследовательских учреждениях — для проведения экспериментальных работ в строго определённых воспроизводимых климатических условиях, в библиотеках, архивах, музеях, картинных галереях — для обеспечения наиболее благоприятных условий хранения книг, документов и произведений искусства;
- в хранилищах пищевых и сельскохозяйственных продуктов — для создания и поддержания микроклимата, при котором достигаются минимальные потери продукции и сохраняются её вкусовые и питательные качества; в медицинских учреждениях — для поддержания требуемой чистоты воздуха и в лечебных целях;
- в сельскохозяйственных зданиях — для круглогодичного выращивания овощей, фруктов, цветов, выращивания и откорма птицы и др.
Технологическое кондиционирование
Технологическое кондиционирование воздуха в промышленности устраивается с целью обеспечения постоянства влагосодержания материалов, скорости протекания химических и биохимических реакций, процессов кристаллизации, поддержания неизменных температуры и влажности, необходимых для испытания материалов в стандартных условиях, и др. Технологическое кондиционирование воздуха требуется, например:
- для помещений, в которых изготовляются и обрабатываются гигроскопичные материалы, т. к. температура и относительная влажность воздуха оказывают большое влияние на ход технологических процессов, массу, внешний вид и качество материалов и изделий из них;
- поддержание постоянной внутренней температуры необходимо при точной обработке инструментов, приборов с допусками порядка 2—3 мкм, т. к. колебания температуры воздуха приводят к недопустимым отклонениям в размерах деталей в процессе их обработки;
- относительная влажность воздуха (выше 55%), поддерживаемая в некоторых производственных помещениях, практически исключает возможность накопления электростатических зарядов, что особенно важно для производств со взрывоопасной средой
Основные требования к системам кондиционирования
Санитарно-гигиенические:
- обеспечение в помещениях регламентируемых нормами метеорологических условий (температуры, относительной влажности, чистоты и скорости движения воздуха);
- скорость и направления выпуска воздуха, а также разность температур между воздухом в помещении и подаваемым воздухом, расположение воздухораспределителей и вытяжных отверстий должны быть такими, чтобы в зоне пребывания людей отсутствовали местные вредные или неприятные токи воздуха и застойные места;
- снижение шума в помещениях до уровня, не беспокоящего находящихся или работающих людей;
- предотвращение проникания и распространения вредностей, дурных запахов или шума из одних помещений в другие.
Cтроительно-монтажные и архитектурные:
- минимальная потребность в площади для размещения оборудования и каналов как внутри обслуживаемых помещений, так и во вспомогательных помещениях (чердаках, подвалах, технических этажах);
- соответствие внешних форм и отделки оборудования, располагаемого внутри кондиционируемых помещений, архитектурному облику последних и отсутствие конструктивных деталей, ухудшающих интерьеры;
- наименьшие затраты времени и труда на монтаж и ввод установок в эксплуатацию;
- возможность строительства и ввода систем в эксплуатацию по этажам и даже по отдельным помещениям;
- пробивка минимального количества отверстий в строительных конструкциях для прокладки каналов и трубопроводов, а также малый вес оборудования, что особенно важно при устройстве систем кондиционирования воздуха в существующих зданиях;
- хорошая виброизоляция и звукоизоляция оборудования от строительных конструкций;
- пожарная безопасность и наличие средств для предотвращения распространения огня по каналам.
Эксплуатационные:
- возможность быстрого переключения с режима обогрева на режим охлаждения в переходное время года, а также при резких переменах температуры наружного воздуха и теплопоступлений, т. е. малая тепловая инерционность системы;
- взаимная блокировка кондиционеров, заключающаяся в том, чтобы при выключении одного из кондиционеров можно было подать воздух из соседних кондиционеров, хотя бы в меньшем количестве;
- обеспечение индивидуального регулирования температуры и относительной влажности воздуха в каждом отдельном помещении;
- возможность отопления одних помещений при одновременном охлаждении других помещений, обслуживаемых той же системой;
- сосредоточение оборудования, требующего систематического обслуживания, в минимальном количестве мест;
- простота и удобство обслуживания и ремонта, а также малая потребность в них за период эксплуатации;
- возможность частичной перепланировки помещений в процессе эксплуатации без переустройства систем кондиционирования воздуха, что особенно важно, например, для промышленных зданий с быстро меняющейся технологией производства;
- герметичность воздуховодов и притворов воздушных клапанов системы.
Классификация систем
б — с вентиляторным кондиционером-доводчиком, работающим на смеси кондиционированного наружного и рециркулируемого воздуха;
в — с эжекционным кондиционером-доводчиком, питаемым теплом и холодом от четырёхтрубной системы;
г — с эжекционным кондиционером-доводчиком, питаемым теплом и холодом от трёхтрубной системы;
1 — канал наружного воздуха;
2 — воздушный фильтр;
3 — калориферы второго подогрева;
4 — вентиляционный агрегат для перемещения кондиционированного воздуха;
5 — канал кондиционированного воздуха;
6 — насос, обслуживающий форсуночную камеру;
7 — калорифер первого подогрева;
8 — орошаемый поверхностный воздухоохладитель;
9 — шумоглушитель;
10 — трёхходовой автоматический клапан;
I — теплопровод;
II — холодопровод;
III — общий обратный трубопровод. (Холодильная установка, приборы автоматического регулирования, дистанционного контроля и управления не показаны.)
2 — канал рециркулируемого воздуха;
3 — воздушный фильтр;
4 — воздухоподогреватель;
5 — форсуночная камера;
6 — центробежный насос с электродвигателем;
7 — аппарат для регулирования производительности вентилятора;
8 — электродвигатель;
9 — центробежный вентилятор;
10 — шумоглушитель;
11 — канал подачи воздуха;
12 — местный воздухоподогреватель;
13 — канал отработанного воздуха;
14 — осевой вентилятор с электродвигателем;
15 — шахта для удаления отработанного воздуха в атмосферу;
16 — воздушный клапан;
17 — клапан на трубопроводе подачи холодоносителя.
В настоящее время не существует общепринятой классификации систем кондиционирования воздуха (СКВ). Это связано с различием принципиальных схем СКВ, их технических характеристик, от кондиционируемых помещений. Можно классифицировать современные СКВ по следующим признакам:
- В зависимости от функции все кондиционеры можно разделить:
- охлаждающие – кондиционеры, которые поддерживают заданную температуру в помещении (используются лишь в жаркий период года);
- охладительно-обогревающие - кроме функции охлаждения служат для круглогодичного поддержания заданной температуры воздуха в помещении(оборудованы калорифером);
- полной климатизации – обеспечивают вентиляцию, обогрев, охлаждение и регулирование относительной влажности воздуха.
- По основному назначению: комфортные и технологические. Комфортные СКВ предназначены для обеспечения заданных оптимальных параметров воздуха в жилых, общественных и административно-бытовых зданий или помещений. Технологические СКВ предназначены для обеспечения параметров воздуха, отвечающих требованиям производства.
- По принципу расположения кондиционера по отношению к обслуживаемому помещению: центральные и местные. Центральные СКВ расположены вне обслуживаемых помещений и снабжаются холодом, теплом и электрической энергией. Местные СКВ устанавливаются в обслуживаемых помещениях.
- По наличию собственного источника тепла и холода: автономные и неавтономные. Автономные СКВ снабжаются только электрической энергией, например сплит-системы и шкафные кондиционеры. Они имеют встроенные холодильные машины. Неавтономные СКВ снабжаются электроэнергией, воздухом и водой, например центральные кондиционеры.
- По принципу действия: прямоточные, рециркуляционные и комбинированные. Прямоточные СКВ полностью работают на наружном воздухе. Рециркуляционные СКВ работают без притока наружного воздуха. Комбинированные СКВ используют и свежий наружный воздух и воздух помещения в разных пропорциях.
- По степени обеспечения метеорологических условий в помещении: первого, второго и третьего класса.
- Первый класс - обеспечивает требуемые для технологического процесса параметры в соответствии с нормативными документами.
- Второй класс - обеспечивает оптимальные санитарно-гигиенические нормы или требуемые технологические нормы.
- Третий класс - обеспечивает допустимые нормы, если они не могут быть обеспечены вентиляцией в теплый период года без применения искусственного охлаждения воздуха.
- По количеству обслуживаемых помещений (локальных зон): однозональные и многозональные. Однозональные СКВ применяются для обслуживания больших помещений с равномерным выделением тепла и влаги. Многозональные СКВ применяются для обслуживания небольших помещений, и для больших помещений, в которых оборудование, с выделением тепла и влаги, размещено неравномерно.
- По давлению, развиваемому вентиляторами кондиционеров: низкого давления (до 1 кПа), среднего давления (от 1 до 3 кПа) и высокого давления (выше 3 кПа).
- По способу регулирования выходных параметров воздуха: с качественным и количественным регулированием. При качественном регулировании обработанный воздух выходит из кондиционера по одному каналу и поступает в помещение. При количественном регулировании в помещения подают холодный и теплый воздух по двум каналам. Температура регулируется за счет изменения расходов холодного и теплого воздуха.
Оснащение систем
Системы кондиционирования воздуха оснащаются средствами для очистки от пыли, нагревания, охлаждения, осушения и увлажнения воздуха, автоматического регулирования его параметров, контроля и управления. В отдельных случаях системы кондиционирования воздуха осуществляют также одорацию, дезодорацию, регулирование ионного состава (ионизацию), удаление избыточной углекислоты, обогащение кислородом (регенерацию) и бактериологическую очистку воздуха.
Современное кондиционирование воздуха
В наши дни получило распространение проектирование систем кондиционирования на стадии разработки архитектурного проекта. В XXI веке всё большее значение приобретает энергосбережение при кондиционировании. Учитывая ухудшающееся состояние окружающей среды, обеспечение чистого воздуха в помещении является одной из наиболее важных проблем. Кроме того, качество воздуха играет большое значение в медицине (операционные и родильные боксы), при производстве электроники и в других высокотехнологичных производствах. Для точного поддержания значений температуры и влажности используются прецизионные кондиционеры.[1]
Примечания
- ↑ 1,0 1,1 Википедия Кондиционирование воздуха (рус.). Проверено 11 мая 2010.
Литература
- Баркалов, Б. В., Карпис Е. Е. Кондиционирование воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях / Под ред. И. П. Скворцова. — М.: Стройиздат, 1971. — 272 с. — 20 000 экз.
- Белова Е.М. Центральные системы кондиционирования воздуха в зданиях. — М.: Евроклимат, 2006. — 640 с.
- Богословский В.Н., Кокорин О.Я., Петров Л.В. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение. — М.: Стройиздат, 1985. — 336 с.
- Ивашкевич А.А. Вентиляция общественных зданий. — Хабаровск: ХГТУ, 2001. — 65 с.
- СНиП 2.04.05-91*У Отопление, вентиляция и кондиционирование. — Киев: КиевЗНИИЭП, 1996. — 89 с.
Источники
- БСЭ Кондиционирование воздуха (рус.). Проверено 11 мая 2010.
- Википедия Кондиционирование воздуха (рус.). Проверено 11 мая 2010.
См.также
| Это незавершённая статья. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. |
