Баркалов - Кондиционирование воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях (1971)

В книге обобщен отечественный и зарубежный опыт исследования, проектирования и расчета систем кондиционирования воздуха и их элементов

Приведены принципиальные схемы существующих и новых внедряемых в строительство систем кондиционирования воздуха и систем тепло и холодоснабжения кондиционеров.

Изложены методики теплотехнических, аэродинамических и гидравлических расчетов В частности, подробно рассмотрены и проиллюстрированы числовыми примерами расчеты: теплопоступлений через светопрозрачные и массивные наружные ограждения, воздухообменов, форсуночных и насадочных камер работающих на воде и осушающих растворах; поверхностных воздухоохладителей, питаемых холодной водой paссолами и фреоном, регенеративных вращающихся утилизаторов тепла и холода из удаляемого воздуха, регулирующих водяных и воздушных клапанов, воздуховодов и водоводов высокоскоростных систем, устройств для раздачи кондиционированного воздуха в помещениях, аккумуляторов холода компрессионных и абсообционных холодильных машин. Описаны способы и средства борьбы с запахами даны технико-экономические характеристики систем кондиционирования воздуха и показатели их экономической эффективности. Книга предназначена для работников проектных, наладочных и научно исследовательских учреждений, занимающихся вопросами вентиляции и кондиционирования воздуха

ПРЕДИСЛОВИЕ

Кондиционирование воздуха — это придание ему и автоматическое поддержание необходимых тепловлажностных качеств. При этом в отличие от общеобменной вентиляции и отопления при кондиционировании в течение круглого года и особенно в теплое время в помещениях можно поддерживать любые желаемые — постоянные или изменяющиеся по программе — параметры внутреннего воздуха, независимо от наружных метеорологических условий и переменных поступлений в помещение тепла и влаги.

Системы кондиционирования, как правило, снабжаются средства- ми для очистки воздуха от пыли, бактерий и запахов; подогрева, увлажнения и осушения его; перемещения, распределения и автоматического регулирования температуры воздуха, его относительной влажности, а иногда также и средствами регулирования газового состава и ионосодержания воздуха.

Техника кондиционирования воздуха имеет более чем полувековую историю, однако до 50-х годов в СССР она развивалась весьма медленно, что объясняется главным образом отсутствием серийного заводского производства кондиционеров, необходимых средств автоматизации, дистанционного контроля и управления, а также недостаточным по номенклатуре и количеству производством холодильного оборудования.

В 1954—1955 гг. произошел серьезный перелом в производстве оборудования для кондиционирования воздуха. С тех пор созданы конструкции ряда типов кондиционеров и организовано их производство на специализированных предприятиях, расширена номенклатура и улучшены технические качества средств автоматизации, расширен ассортимент и увеличен выпуск холодильных машин. Тем не менее предстоит еще большая работа по приведению отечественной техники кондиционирования воздуха в соответствие с потребностями народного хозяйства и уровнем, достигнутым в передовых в техническом отношении зарубежных странах.

В настоящее время в Советском Союзе кондиционирование воздуха применяется на промышленных предприятиях, главным образом на тех, где без него невозможно получение продукции с требуемыми стандартами качествами, а также в зрелищных, спортивных, административных и гостиничных зданиях. В жилых зданиях кондиционирование воздуха по ряду экономических и технических причин пока распространения не получило.

В ближайшее время кондиционирование воздуха найдет гораздо большее применение. Этому способствуют следующие объективные причины: развитие новых производств машиностроительной, приборостроительной, электротехнической, радиотехнической, электронной, пищевой, текстильной, химической и других отраслей промышленности, остро нуждающихся в поддержании определенных и постоянных параметров состояния воздуха; возрастающие требования к облегчению условий труда и повышению его производительности в горячих и мокрых цехах, угольных шахтах, рудниках и тепловых электростанциях; оснащение предприятий промышленности и связи, научно-исследовательских и конструкторских организаций дорогостоящими приборами, механизмами и счетно-решающими машинами, точная и безотказная работа которых возможна только при определенных постоянных температуре и относительной влажности воздуха; увеличивающееся строительство закрытых помещений для длительного пребывания больших количеств людей (театры, кинотеатры, закрытые стадионы, спортивные, концертные и читальные залы, универсальные магазины, рестораны, кафе, закусочные, железнодорожные, речные, автомобильные и авиационные вокзалы и т. д.) и стремление обеспечить удовлетворительную круглогодовую эксплуатацию этих помещений; новые тенденции в архитектуре, затрудняющие борьбу с избыточным теплом и влагой обычными вентиляционными средствами (например, наблюдаемое в последнее время увеличение поверхностей остекления наружных стен); высокие температуры наружного воздуха в летнее время в ряде районов Советского Союза, нередко сочетающиеся с высокой относительной влажностью, при которых обычная приточная вентиляция не в состоянии обеспечить необходимые внутренние метеорологические условия; постепенное увеличение жилой площади и снижение себестоимости жилищного строительства, выдвигающие на первый план охлаждение в летнее время жилых зданий, расположенных в южных и юго-восточных районах Союза.

В настоящем труде рассматриваются принципиальные вопросы проектирования и расчета систем кондиционирования воздуха, в равной мере относящиеся ко всем видам зданий, и некоторые специфические вопросы расчета и проектирования этих систем для зданий различного назначения. При подготовке книги авторы исходили из того, что в нее должны входить главным образом материалы для выбора, расчета и проектирования систем кондиционирования воздуха и, наоборот, не должны входить сведения о серийно выпускаемом промышленностью оборудовании и средствах автоматизации, которые можно найти в заводских каталогах и в справочниках. Исключения допускались только в тех случаях, когда эти данные были необходимы для расчетов или когда заведомо было известно, что в каталоги и справочники они не вошли.

Авторами использованы работы, выполненные научно-исследовательскими институтами санитарной техники (г. Москва), строительной физики, холодильной промышленности, холодильного машиностроения, охраны труда (в гг. Москве, Ленинграде, Казани, Иваново, Баку и Тбилиси), а также проектными институтами Промстройпроект, ГПИ-1, Гипроив и Сантехпроект.

Глава 1

СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

Комплекс технических средств, с помощью которых осуществляется кондиционирование воздуха, называется системой кондиционирования воздуха (СКВ). В СКВ входят оборудование для осуществления всевозможных процессов обработки воздуха, его перемещения и распределения, источники тепло- и холодоснабжения, средства автоматического регулирования, дистанционного управления и контроля, насосы и трубопроводы для тепло- и холодоносителя, местные подогреватели, охладители, осушители и увлажнители, а также вспомогательное электрооборудование.

Основное оборудование для приготовления и перемещения воздуха обычно агрегируется в аппарат, называемый кондиционером. В отдельных случаях все технические средства для кондиционирования воздуха агрегируются в кондиционере, и тогда понятия СКВ и кондиционер становятся однозначными.

Системы кондиционирования воздуха подразделяются на комфортные и технологические. Комфортные СКВ предназначены для создания и автоматического поддержания температуры, относительной влажности, чистоты и скорости движения воздуха, наиболее отвечающих санитарно-гигиеническим требованиям; технологические СКВ предназначены для обеспечения /параметров воздуха, в максимальной степени отвечающих требованиям производства продукции. Технологическое кондиционирование в помещениях, где находятся люди, осуществляется с учетом санитарно-гигиенических требований. Основные санитарно-гигиенические требования следующие: 1) обеспечение в помещениях регламентируемых нормами метеорологических условий (температуры, относительной влажности, чистоты и скорости движения воздуха); 2) 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; 3) снижение шума в помещениях до уровня, не беспокоящего находящихся или работающих людей; 4) предотвращение проникания и распространения вредностей, дурных запахов или шума из одних помещений в другие.

Основные строительно-монтажные и архитектурные требования следующие: 1) минимальная потребность в площади для размещения оборудования и каналов как внутри обслуживаемых помещений, так и во вспомогательных помещениях (чердаках, подвалах, технических этажах); 2) соответствие внешних форм и отделки оборудования, рас- полагаемого внутри кондиционируемых помещений, архитектурному облику последних и отсутствие конструктивных деталей, ухудшающих интерьеры; 3) наименьшие затраты времени и труда на монтаж и ввод установок в эксплуатацию; 4) возможность строительства и ввода систем в эксплуатацию по этажам и даже по отдельным помещениям;

5) 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; 6) хорошая виброизоляция и звукоизоляция оборудования от строительных конструкций; 7) пожарная безопасность и наличие средств для предотвращения распространения огня по каналам. Основные эксплуатационные требования следующие: 1) 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; 2) взаимная блокировка кондиционеров, заключающаяся в том, чтобы при выключении одного из кондиционеров можно было подать воздух из соседних кондиционеров, хотя бы в меньшем количестве; 3) обеспечение индивидуального регулирования температуры и относительной влажности воздуха в каждом отдельном помещении; 4) возможность отопления одних помещений при одновременном охлаждении других помещений, обслуживаемых той же системой; 5) сосредоточение оборудования, требующего систематического обслуживания, в минимальном количестве мест; 6) простота и удобство обслуживания и ремонта, а также малая потребность в них за период эксплуатации; 7) возможность частичной перепланировки помещений в процессе эксплуатации без переустройства СКВ, что особенно важно, например, для промышленных зданий с быстро меняющейся технологией производства; 8) герметичность воздуховодов и притворов воздушных клапанов системы. Основные экономические требования, следующие 1) минимальная стоимость оборудования и строительно-монтажных работ, длительный срок службы, а отсюда и минимальные амортизационные отчисления; 2) максимально возможная экономия электроэнергии, воды, тепла и особенно дорогостоящего холода.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

Количество различных видов систем весьма велико и общепризнанной их классификации не существует. Приведенная на рис. 1.1 классификация не претендует на исчерпывающую полноту и касается только тех систем, которые нашли применение в СССР.

В зависимости от расположения кондиционеров по отношению к обслуживаемым помещениям СКВ делятся на центральные и местные. По типу кондиционеров, используемых для приготовления воздуха, системы подразделяются на неавтономные и автономные. Центральные СКВ, получившие в Советском Союзе наибольшее распространение, имеют неавтономные кондиционеры, снабжаемые извне холодом (доставляемым холодной водой или рассолом), теплом (доставляемым горячей водой или паром) и электрической энергией для привода вентиляторов и насосов.

Местные СКВ могут иметь неавтономные и автономные кондиционеры; последние снабжаются извне только электрической энергией. Неавтономные системы подразделяются на воздушные, при которых в обслуживаемые помещения подается только воздух, и водовоздушные, при которых в кондиционируемые помещения подводятся воздух и вода, несущие тепло или холод (или то и другое вместе).

Кроме классификации, приведенной на рис 1 1.СКВ по периоду действия подразделяются на круглогодовые, для теплого периода (охладительно - осушительные) и для холодного периода (нагревательно - увлажнительные). По способу регулирования параметров воздуха в помещениях СКВ могут быть с качественным, количественным и количественно-качественным регулированием. Возможны также различные комбинированные системы

3. ОБЩИЕ ДАННЫЕ О ЦЕНТРАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

Центральными называются СКВ, обслуживающие много помещений или одно большое помещение при тепло- и холодоснабжении от выносных источников. Иногда несколько центральных систем обслуживают одно помещение больших размеров (например, прядильный или ткацкий цех, театральный зал, закрытый стадион или закрытый каток).

Современные центральные СКВ оборудуются неавтономными кондиционерами в секционном и агрегатном исполнениях. Воздух центральных СКВ разводится, как правило, по круглым стальным, асбестоцементным (из труб) и пластмассовым каналам, прокладываемым внутри помещений. В некоторых случаях каналы с большими поперечными сечениями приходится прокладывать под землей. Внутри таких каналов следует прокладывать металлические и другие тонкостенные изолированные воздуховоды, иначе тепловая инерционность массива оказывает нежелательное влияние на регулирование системы.

Центральные СКВ обладают следующими преимуществами: 1) возможностью эффективного поддержания заданной температуры и относительной влажности воздуха в помещениях, 2) сосредоточением оборудования, требующего систематического обслуживания и ремонта в малом количестве мест или даже в одном месте; 3) возможностями организации эффективного шумо - и виброгашения. С помощью центральных СКВ при надлежащей акустической обработке воздуховодов, устройстве глушителей шума и гасителей вибрации можно достигнуть наиболее низких уровней шума в помещениях и обслуживать такие помещения, как радио- и телевизионные студии. Центральные системы вместе с тем имеют и некоторые недостатки, основным из которых является необходимость проведения сложных монтажно-строительных работ по установке кондиционеров, прокладке воздуховодов и трубопроводов, вследствие чего применение центральных систем в существующих зданиях иногда становится невозможным.

При центральных системах с разветвленными воздуховодами осложняется акустическая изоляция одних помещений от других и становится менее гибким регулирование температуры и влажности в отдельных помещениях.

Центральные СКВ весьма разнообразны, и выбор систем зависит от многих факторов, в первую очередь от назначения и режима использования помещений, характера и количества выделяющихся в них вредностей, климатических особенностей местности, величины поверхностей наружных ограждений и их ориентации относительно стран света, конструктивных особенностей здания, его высоты и размеров обслуживаемых помещений, а также от санитарно-гигиенических, строительно-монтажных, архитектурных, эксплуатационных и экономических требований.

Преимущественная область применения центральных воздушных СКВ низкого давления — промышленные здания всех видов и общественные здания с помещениями большого объема. В центральных СКВ, совмещенных с воздушным отоплением здания или помещения и предназначенных для круглогодичной и круглосуточной эксплуатации, следует устанавливать не менее двух кондиционеров производительностью по 50% общей производительности системы, при этом калориферы второго и местного подогрева должны иметь производительность, достаточную для нормального отопления помещений.

Центральные СКВ, работающие с рециркуляцией, следует проектировать, как правило, с подачей переменных объемов наружного и рециркуляционного воздуха в зависимости от параметров наружного воздуха. В этом случае для рециркуляции воздуха рекомендуется применять самостоятельный вентилятор. Размещенные в пределах одного здания СКВ рекомендуется для взаимозаменяемости объединять попарно по приточным и рециркуляционным воздуховодам, если системы предназначены для поддержания приблизительно одинаковых параметров воздуха, а кондиционеры расположены недалеко друг от друга. Калориферы второго и местного подогревов должны, как правило, снабжаться теплоносителем постоянных параметров

В кондиционерах, особенно при большой их производительности, в результате процессов смешения, нагрева и охлаждения воздуха происходит существенное его расслоение по температуре и влагосодержанию. Наиболее равномерные параметры имеет воздух на выходе из вентиляторов одностороннего всасывания. Поэтому кондиционеры, в которых влажность воздуха регулируется по методу «точки росы», рекомендуется собирать так, чтобы калориферы второго или местного подогрева устанавливались на стороне нагнетания приточных вентиляторов, что, за исключением систем со второй рециркуляцией воздуха, дает возможность монтировать чувствительные элементы терморегуляторов «точки росы» на хорошо перемешанном воздухе после вентиля- тора. Кроме того, такое расположение калориферов второго и местного подогревов облегчает блокировку кондиционеров.

Масляные, рулонные или тканевые фильтры для очистки воздуха следует устанавливать в тех частях кондиционеров, через которые проходит весь обрабатываемый воздух, защищая от пыли возможно большее число секций кондиционеров. При установке масляных фильтров до калориферов первого подогрева первые следует снаряжать маслом, замерзающим при температурах на 5—10° ниже расчетной для холодного периода года, согласно параметрам Б. При отсутствии масел с низкой температурой замерзания в районах с расчетной температурой, равной —25° С и ниже, масляные фильтры следует устанавливать после калориферов первого подогрева. Помимо удовлетворения санитарно- гигиенических требований фильтрация воздуха, как правило, окупается уменьшением брака продукции (в точном машино- и приборостроении, на заводах радиоэлектроники и полупроводников), экономией средств на уборку помещений и уменьшением износа технологического оборудования, ковров и мебели (в общественных зданиях).

Фильтры тонкой очистки воздуха от пыли (фильтры ЛАИК и электрические) следует устанавливать при наличии специальных требований к очистке воздуха от пыли и бактерий, как правило, в непосредственной близости к обслуживаемым помещениям и обязательно за фильтрами предварительной очистки воздуха (рулонными или тканевыми).

Воздушные фильтры должны быть легко доступны для очистки и обслуживания. Их следует устанавливать на участках с выровненными потоками воздуха Обводные автоматические клапаны (заслонки), предназначенные для регулирования калориферов первого, второго и местного подогревов, рекомендуется устанавливать только при питании калориферов паром до тех пор, пока не будет разработан эффективный способ регулирования постепенным изменением расходов пара. При обогреве калориферов водой следует применять секции подогрева, выполненные без обводных каналов. Эти секции обладают большими поверхностями теплоотдачи и большими живыми сечениями для прохода воздуха, а поэтому, при всех прочих равных условиях, имеют меньшее аэродинамическое сопротивление. Оросительные форсуночные камеры являются достаточно экономичными и эффективными тепло-массообменными аппаратами. Однако в ряде случаев они могут быть заменены поверхностными орошаемыми воздухоохладителями, а частично и неорошаемыми поверхностными воздухоохладителями, работающими непосредственно на фреоне или с промежуточным холодоносителем, что существенно упрощает систему холодоснабжения. Нередко применение поверхностных воздухоохладителей позволяет экономить холод и тепло, так как с их помощью процесс охлаждения и осушки воздуха до заданного предельного влагосодержания можно закончить практически при любой относительной влажности воздуха, в то время как обработка воздуха в камерах орошения заканчивается при высокой относительной влажности и для понижения последней требуется вторичный подогрев воздуха. При совместной работе СКВ с системами отопления последние должны рассчитываться на обеспечение температуры воздуха на 2— 4° ниже заданной для данного помещения. На приводимых далее принципиальных схемах СКВ приняты буквенные обозначения, приведенные в табл. 1.1, при этом как схемы, так и наименования оборудования в таблице даны применительно к новой серии центральных кондиционеров КТ, заменяющих снятую с производства серию центральных кондиционеров Кд (за исключением кондиционеров Кд-10 и Кд-20).