Пособие по кондиционированию воздуха (к СНиП 2.08.02-89)

ПОСОБИЕ
ПО КОНДИЦИОНИРОВАНИЮ ВОЗДУХА
(к СНиП 2.08.02-89)


УТВЕРЖДЕНО приказом Центрального научно-исследовательского и проектно-экспериментального института инженерного оборудования городов, жилых и общественных зданий (ЦНИИЭП инженерного оборудования) Госкомархитектуры от 21 декабря 1988 г. N 74

Рекомендовано к изданию решением секции отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха научно-технического совета ЦНИИЭП инженерного оборудования Госкомархитектуры.
Приводятся технологические схемы круглогодичных энергосберегающих систем с управляемыми процессами понижения теплосодержания и адиабатной обработки воздуха, а также схемы их автоматического регулирования, расчетные формулы, номограммы и примеры расчета.
Для специалистов, занимающихся проектированием, расчетом и эксплуатацией установок кондиционирования воздуха и вентиляции.


ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее Пособие разработано в соответствии с планом важнейших научно-исследовательских работ в области строительства. Цель работы - облегчить внедрение в практику проектирования и строительства новых и реконструируемых зданий энергосберегающих круглогодичных систем кондиционирования и вентиляции. Энергосберегающая технология в этих системах основана на осуществлении управляемых процессов тепловлажностной обработки воздуха в контактных аппаратах (управляемых процессов понижения теплосодержания: осушения, сухого охлаждения и увлажнения, а также управляемых адиабатных процессов).
Применение новой энергосберегающей технологии позволяет до 50% сокращать расходы теплоты по сравнению с традиционными системами. Приводимые технологические схемы новых систем и функциональные схемы их автоматического регулирования базируются на выпускаемом в настоящее время оборудовании для типовых центральных кондиционеров КТЦ-3 и приборах автоматики. Применение энергосберегающих установок иллюстрируется примерами расчета, для облегчения которых проводятся методики расчета, рекомендации, расчетные формулы и номограммы.
Рекомендуется для управляемых процессов обработки воздуха применять также и блоки БТМ-2 кондиционеров КТЦ-3, используемые как единые тепломассообменные аппараты с противоточной схемой движения воды и воздуха.
Пособие разработано ЦНИИЭП инженерного оборудования (канд. техн. наук Л.М.Зусмановичем, инженерами 3.П.Добрыниной, М.И.Бруком).


1. УСТАНОВКИ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ С УПРАВЛЯЕМЫМИ ПРОЦЕССАМИ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА

Общие положения

Энергосберегающая технология в системах вентиляции и кондиционирования, основанная на применении управляемых процессов тепловлажностной обработки воздуха, не требует для своей реализации каких-либо новых теплообменных аппаратов, приборов автоматического регулирования и дополнительных площадей под машинные залы. Для ее осуществления используется серийное тепло- и массообменное оборудование с широкофакельными форсунками, а также новые функциональные схемы автоматического регулирования, собираемые из приборов также серийного изготовления.
Управляемые процессы дают возможность получать в большинстве случаев непосредственно после смесительных контактных аппаратов (например, оросительных камер) воздух с параметрами, соответствующими приточному, подаваемому в помещения. При этом отпадает необходимость применять традиционные установки с теплообменниками первого и второго подогрева и оросительными камерами, регулируемыми по "точке росы".
Управляемые процессы целесообразно использовать при проектировании или реконструкции установок кондиционирования воздуха в общественных и промышленных зданиях как в прямоточных системах и системах с рециркуляцией, так и в однозональных и многозональных системах.
При этом для охлаждения и понижения энтальпии воздуха в теплый период года рекомендуется применять как оросительные камеры типа ОКФ, так и поверхностные воздухоохладители (блоки БТМ-2).
Для увлажнения воздуха в холодный и переходный периоды года (а при необходимости и в теплый) рекомендуются те же оросительные камеры типа ОКФ или оросительные системы блоков тепло- и массообмена.
В настоящее время Харьковским заводом "Кондиционер" ПО Союзкондиционер в составе типовых центральных кондиционеров КТЦ 2 (а с 1989 года в составе кондиционеров КТЦ 3) серийно выпускается оборудование, оснащенное форсунками ШФ 5/9 (а для КТЦ 3 с форсунками ЭШФ 7/10), которое позволяет осуществлять управляемые процессы тепловлажностной обработки воздуха как в теплый, так и в холодный и переходный периоды года.
Данные для расчета указанных процессов на оборудовании с форсунками ШФ 5/9 приведены в [1]. Данные для расчета круглогодичных управляемых процессов на оборудовании, оснащенном эксцентриситетными широкофакельными форсунками ЭШФ, приведены в настоящих материалах.
Применение управляемых процессов дает возможность выполнить весьма важное требование п.2.8 СНиП 2.04.05-86 в части обеспечения в обслуживаемых помещениях в холодный и переходный периоды минимальных значений температуры и относительной влажности, а в теплый период их максимальных значений.

2. СУЩНОСТЬ УПРАВЛЯЕМЫХ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА И ИХ ПРЕИМУЩЕСТВА

2.1. Управляемыми процессами тепловлажностной обработки воздуха (УП) названы процессы, осуществляемые при переменной поверхности теплообмена между воздухом и водой.
Изменение поверхности теплообмена в смесительных контактных аппаратах (оросительных камерах, градирнях, аппаратах с кипящим слоем и пенных аппаратах) осуществляют при постоянной начальной температуре распыляемой воды tвн).
Поверхность теплообмена F изменяют, как правило, переменой давления воды перед форсунками. В смесительных контактных аппаратах величину F можно изменять также, меняя число оборотов насоса периодическим включением форсунок (насоса) или изменением числа работающих стояков, форсунок и т.д.
Управляемые процесса с понижением энтальпии воздуха дают возможность получать непосредственно после оросительных камер воздух с переменной температурой по сухому термометру, но при практически постоянном влагосодержании, рис.1 (точки c и d). Этот воздух в качестве приточного подают в обслуживаемые помещения. Средняя, прямолинейная часть кривой, см. рис.1, на которой располагаются конечные параметры воздуха после оросительной камеры, близка к вертикали, см. отрезок c-d. Это дает возможность, изменяя температуру притока, поддерживать в помещении требуемые (заданные) параметры воздушной среды.
Управляемые процессы адиабатной обработки воздуха (УПА) также дают возможность получать непосредственно после смесительных аппаратов воздух с переменной температурой по сухому термометру, но с постоянной температурой по мокрому термометру, рис.2,а и б. Этот воздух также в качестве приточного подают в обслуживаемые помещения, см. т.3, на рис.2.
2.2. Принцип УПА качественно отличается от традиционных способов обработки воздуха.
Несовершенство и неэкономичность традиционной технологии обусловлены нерешенной проблемой измерения, контроля и поддержания двух независимых друг от друга параметров воздуха - температуры и влагосодержания, которые изменяются по самостоятельным законам в процессе его тепловлажностной обработки. В настоящее время эти два параметра контролируют и измеряют одним терморегулятором, и для реализации этой идеи воздух в процессе орошения его водой вынуждены доводить до состояния насыщения. Только при этом условии температура воздуха однозначно определяет его влагосодержание и становится равной температуре по мокрому термометру и температуре "точки росы"(см. рис.2).



Рис.1. Кривые значений конечных параметров воздуха после оросительных камер за счет изменения давления воды перед форсунками (управляемые процессы понижения энтальпии воздуха в теплый период года)
А - при постоянном значении начальной температуры воды tвн
В - при другом значении tвн
tпр, tрз, tн - температуры приточного воздуха, в рабочей зоне и наружного

Такая технология предопределяет несовершенство термодинамических циклов в традиционных системах как в летний, так и в зимний и переходный периоды. Требуемая температура насыщения ниже температуры воздуха, подаваемого в обслуживаемые помещения, и поэтому в традиционных системах летом, например, приходится переохлаждать воздух, затрачивая излишний холод, а затем подогревать его до температуры притока, затрачивая излишнюю теплоту. Так же неэкономично работают системы в зимний и переходный периоды - сначала приходится переохлаждать воздух (при адиабатном процессе - без затрат холода), а затем подогревать его до температуры притока. Термодинамическая сущность новой энергосберегающей круглогодичной технологии заключается в проведении процессов тепловлажностной обработки воздуха при переменной поверхности теплообмена между воздухом и водой и при постоянной начальной температуре распыляемой воды, что позволяет управлять этими процессами, останавливать их и совершенствовать термодинамические циклы. Кондиционеры, в которых реализована новая технология, работают без теллообменников второго подогрева или байпасных воздуховодов у камер орошения.
2.3. Важным преимуществом применения управляемых процессов в системах вентиляции и кондиционирования воздуха является экономия тепловой энергии в холодный и переходный периоды года как в прямоточных установках, так и в системах, работающих с рециркуляцией [1].
Сокращение расходов теплоты в прямоточных установках с управляемыми процессами достигается за счет поддержания ими (в соответствии с требованиями п.2.8 СНиП 2.04.05-86) в помещениях требуемой температуры при минимально допустимой нормами относительной влажности = 30% и энтальпии (см. рис.2, а, т.4, процесс увлажнения 2-3 при tм = 7 °С и процесс в помещении 3-4). Традиционные прямоточные системы не могут обеспечить минимально допустимые параметры в т.4. В них параметры внутреннего воздуха соответствуют т.7 при t = 20 °С и = 45% (традиционный адиабатный процесс 2-5 и процесс 5-6 в теплообменнике второго подогрева К-2).



Рис.2. Сопоставление процессов обработки воздуха в традиционной системе и в системе с управляемыми процессами

а - прямоточные системы. Холодный и переходный периоды года; 1-2 (или 1-8) - процесс в теплообменнике первого подогрева; 2-3 - управляемый адиабатный процесс; 3 и 6 - параметры приточного воздуха; 4 и 7 - параметры воздуха в помещении; 5-6 - процесс в теплообменнике второго подогрева К-2; б - системы с рециркуляцией. Холодный и переходный периоды года;
1, 2 - соответственно расчетные параметры наружного и рециркуляционного воздуха;
3-4 - традиционный адиабатный процесс; 4 - параметры "точки росы"; 4-5 - подогрев воздуха в теплообменнике второго подогрева; 6 - параметры наружного воздуха;
7-8 и 11-5 - управляемые адиабатные процессы; 7-11 (равный 8-5) - подогрев воздуха в теплообменнике первого подогрева


Для обеспечения требуемых параметров в т.4 традиционной системой с теплообменниками второго подогрева в связи с ее органическими недостатками, вызванными обработкой воздуха в контактных аппаратах до = 90 - 95%, см. на рис.2, а т.9, температуры рециркуляционной воды и по мокрому термометру должны быть меньше нуля градусов. Такие температуры неприемлемы из условий работоспособности систем. Поэтому их выбирают положительными, равными не менее 5-7 °С, что обусловливает получение параметров в т.7 и, как следствие, необходимость иметь постоянный излишний расход теплоты в теплообменнике К-2 (процесс 5-6). Разность теплосодержания в точках 4 и 7, определяющая экономию, составляет в данном случае 5,2 кДж/кг (1,25 ккал/кг). Как показали расчеты, она в зависимости от процесса в помещении колеблется в среднем от 3,35 до 5,4 кДж/кг (от 0,8 до 1,3 ккал/кг). Средняя продолжительность стояния наружных температур воздуха до +5 °С составляет, как правило, не менее 3200 ч.
Экономия теплоты в прямоточных системах вентиляции и кондиционирования воздуха в холодный и переходный периоды составляет в среднем примерно 12500 кДж/кг (3000 ккал на 1 кг обрабатываемого воздуха). Как видно, расход теплоты при применении прямоточных систем с управляемыми процессами вместо традиционных сокращается более чем на 20%, что весьма существенно.
Экономия теплоты в рециркуляционных системах при применении управляемых процессов достигается в период работы в диапазоне стояния наружных температур от энтальпии, при которой отключается теплообменник первого подогрева К-1 в традиционных системах (см. рис
...