Принципы устройства современных систем кондиционирования

Функции и возможности современных систем кондиционирования

Кондиционирование микроклимата зданий и сооружений является одним из основных разделов строительной науки и техники.

Здоровье, работоспособность, да и просто самочувствие человека в значительной степени определяются условиями микроклимата и воздушной среды в жилых и общественных помещениях, где он проводит значительную часть своего времени.

По мере насыщения зданий современными отопительно-вентиляционными системами, осветительной техникой и разнообразным электробытовым оборудованием все более очевидным становится выражение: "Дом - это машина для жилья".

Если говорить о физиологическом воздействии на человека окружающего воздуха, то следует напомнить, что человек в сутки потребляет около 3 кг пищи и 15 кг воздуха. Что

это за воздух, какова его свежесть и чистота, душно, жарко или холодно человеку в помещении, во многом зависит от инженерных систем, специально предназначенных для обеспечения воздушного комфорта.

Среди таких систем можно выделить: систему вентиляции, систему отопления (либо комбинированную отопительно-вентиляционную систему) и систему кондиционирования воздуха (СКВ). Воздушное отопление, совмещенное с вентиляцией, создает в помещении вполне удовлетворительный микроклимат и обеспечивает благоприятные условия воздушной среды. Система кондиционирования воздуха представляет собой систему более высокого порядка. Принципиальное преимущество состоит в том, что, помимо выполнения задач вентиляции и отопления, СКВ позволяет создать благоприятный микроклимат в летний, жаркий период года, благодаря использованию в своем составе фреоновой холодильной машины.

Помимо охлаждения и обогрева воздуха все современные кондиционеры умеют осушать воздух. Понижая температуру воздуха, они удаляют из него лишнюю влагу. При высокой влажности дышать трудно, и жара переносится хуже. Во всех современных моделях даже есть такой режим - «осушение». Это когда температура воздуха почти не изменяется, а влажность падает.

В режиме вентиляции не происходит ни охлаждения, ни нагрева, а создается циркуляция находящегося в помещении воздуха и его очистка (при наличии соответствующих фильтров). Компрессор и вентилятор наружного блока при это выключены, а вентилятор внутреннего блока работает на скорости, заданной с ПДУ.

Ну и, наконец, четвертая функция кондиционера - очистка воздуха. Большинство современных сплит-систем и оконников имеют только один фильтр - воздушный механический. Он защищает наши легкие и теплообменник внутреннего блока от пыли, тополиного пуха и прочего болтающегося в воздухе мусора.

2003 году на российском рынке появились сплит-системы, способные увеличить концентрацию кислорода в кондиционируемом помещении. Как известно, воздух состоит в основном из кислорода и азота, поэтому, удаляя излишки одного, можно повысить концентрацию другого. Это достигается за счет модуль-генератора, который использует физический метод разделения газов. При помощи компрессора воздух поступает в (PSA) сепаратор, где азот поглощается, а кислород возвращается в помещение. Когда один из сепараторов наполняется, включается другой, а азот из первого удаляется наружу. Таким образом, два сепаратора работают попеременно.

Некоторые модели кондиционеров способны выполнять функции приточной вентиляции, для этого они используют дополнительный воздуховод, через который вентилятор кондиционера подает свежий воздух в помещение.

Некоторые современные модели оснащены ионизатором воздуха. В 2003 году такие кондиционеры представили на российский рынок сразу четыре производителя: Electra, Haier, Panasonic, Samsung и Toshiba.

Ученые обнаружили, что в местах, где человек чувствует наибольший прилив сил - около водопадов, на морском побережье, в горах - концентрация отрицательно заряженных частиц-аэронов максимальна. В тоже время в жилищах и офисах она в сотни раз ниже.

Таким образом, подготовка воздуха в СКВ может включать его охлаждение, нагрев, увлажнение или осушку, очистку (фильтрацию, ионизацию и т.п.), причем система позволяет поддерживать в помещении заданные кондиции воздуха независимо от уровня и колебаний метеорологических параметров наружного (атмосферного) воздуха, а также переменных поступлений в помещение тепла и влаги.

 

 

Основное оборудование систем кондиционирования воздуха.

Основное оборудование систем кондицинионирования воздуха для обработки и перемещения воздуха обычно компонуется в одном агрегате – кондиционере.

Как известно из школьного курса физики, при испарении любая жидкость поглощает тепло. И наоборот, при конденсации пара тепло выделяется. Именно этот известный принцип и эксплуатирует любой кондиционер.

Охлаждение в кондиционерах производится за счет поглощения тепла при кипении жидкости. Когда мы говорим о кипящей жидкости, мы, естественно, думаем, что она горячая. Однако это не совсем верно.

Во-первых, температура кипения жидкости зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура кипения и, наоборот, чем ниже давление, тем ниже температура кипения.

Во-вторых, при одинаковых условиях разные жидкости имеют различные температуры кипения.

Например, фреон R-22, широко используемый в холодильной технике, при нормальном атмосферном давлении имеет температуру кипения минус 40,8 °С.

Если жидкий фреон находится в открытом сосуде, т.е. при атмосферном давлении и температуре окружающей среды, то он немедленно вскипает, поглощая при этом большое количество тепла из окружающей среды или любого материала, с которым находится в контакте. В холодильной машине фреон кипит не в открытом сосуде, а в специальном теплообменнике, называемом испарителем. При этом кипящий в трубках испарителя фреон активно поглощает тепло от воздушного потока, омывающего наружную, как правило, оребренную поверхность трубок.

Теперь рассмотрим процесс конденсации паров жидкости на примере того же фреона R-22. Температура конденсации паров фреона, так же, как и температура кипения, зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура конденсации. Так, например, конденсация паров фреона R-22 при давлении 23 атм начинается уже при температуре 55 °С. Процесс конденсации фреоновых паров, как и любой другой жидкости, сопровождается выделением большого количества тепла в окружающую среду или применительно к холодильной машине передачей этого тепла потоку воздуха или жидкости в специальном теплообменнике, называемом конденсатором.

Естественно, чтобы процесс кипения фреона в испарителе и соответствующего охлаждения воздуха, а также процесс конденсации и соответствующий отвод тепла в конденсаторе был непрерывным, необходимо постоянно «подливать» в испаритель жидкий фреон, а в конденсатор постоянно подавать пары фреона. Такой непрерывный процесс (цикл) осуществляется в холодильной машине.

Наиболее обширный класс холодильных машин базируется на компрессионном цикле охлаждения, основными конструктивными элементами которого являются — компрессор, испаритель, конденсатор и регулятор потока (капиллярная трубка), соединенные трубопроводами и представляющие собой замкнутую систему, в которой циркуляцию хладагента (фреона) осуществляет компрессор.

2.1. Компрессор

 

Компрессор всасывает парообразный хладагент, поступающий от испарителя при низкой температуре и низком давлении, производит его сжатие, повышая давление и температуру, и направляет затем к конденсатору. В зависимости от условий работы холодильной машины, давление паров хладагента на выходе компрессора может составлять 15-25 атм, а температура 70-90 °С.

Важной характеристикой компрессора является степень сжатия и объем хладагента, который нагнетается компрессором. По своему конструктивному исполнению компрессоры, используемые в холодильных машинах, могут быть разделены на две основные категории:

♦ поршневые;

♦ ротационные, винтовые.

Принципиальное отличие ротационных и винтовых компрессоров от поршневых заключается в том, что всасывание и сжатие хладагента осуществляется не за счет возвратно-поступательного движения поршней в цилиндрах, а за счет вращательного движения рабочих органов, соответственно пластин, спиралей и винтов.

2.2. Конденсатор

Конденсатор представляет собой тепло-обменный аппарат, который передает тепловую энергию от хладагента к окружающей среде, чаще всего воде или воздуху. Тепловая энергия, передаваемая хладагентом через конденсатор, складывается из:

• тепла, поглощенного испарителем холодильного контура;

• тепла, вырабатываемого компрессором при сжатии хладагента.

Тепло, выделяемое конденсатором, примерно равно холодопроизводительности холодильной машины, увеличенной на 30-35%. Так, для холодильной машины мощностью 10 кВт общий объем тепла, выделяемый конденсатором, составляет около 13-13,5 кВт.

Выделяемое тепло отводится окружающим воздухом (конденсаторы с воздушным охлаждением) или жидкостью (конденсаторы с водяным охлаждением).

2.3. Испаритель

Испарители служат для охлаждения рабочей среды — воздуха или воды. Соответственно эти теплообменники подразделяются на испарители для охлаждения воды или жидкостей, содержащих антифриз, и для охлаждения воздуха.

2.4. Регулятор потока

Регулятор потока служит для дозированной подачи жидкого хладагента из области высокого давления (от конденсатора) в область низкого давления (к испарителю).

Самым простым регулятором потока является свернутая в спираль тонкая длинная трубка, называемая капиллярной трубкой, диаметром 0,6-2,25 мм различной длины.

Капиллярные трубки наиболее широко применяются в кондиционерах сплит-систем малой мощности. Это обусловлено их низкой стоимостью, простотой конструкции и надежностью в эксплуатации.

3. Кондиционеры сплит-систем

 

Для кондиционирования воздуха в жилых и общественных (офисных) помещениях наибольшее распространение получили кондиционеры сплит-систем.

Кондиционеры сплит-систем состоят из внешнего блока (компрессорно-конденсаторного агрегата) и внутреннего блока (испарительного).

Во внешнем блоке находятся компрессор, конденсатор и вентилятор.

Внешний блок может быть установлен на стене здания, на крыше или чердаке, в подсобном помещении или на балконе, т.е. в таком месте, где горячий конденсатор может продуваться атмосферным воздухом более низкой температуры.

Внутренний блок устанавливается непосредственно в кондиционируемом помещении и предназначен для охлаждения или нагревания воздуха, фильтрации его и создания необходимой подвижности воздуха в помещении.

Внутренние блоки сплит-систем эффективно поддерживают заданную температуру, обеспечивают равномерное распределение воздуха в помещении и работают практически бесшумно.

Основным преимуществом кондиционеров сплит-систем является относительная простота конструкции, позволяющая получить достаточно низкую стоимость кондиционера при быстрой и легкой его установке.

Недостатком таких кондиционеров можно считать невозможность подачи в помещение свежего воздуха. Только модели большой мощности и настенно-потолочного типа позволяют организовывать подмес небольшого количества свежего воздуха.

Типология кондиционеров сплит-систем зависит от вида внутреннего блока системы.

Наибольшее распостранение получили настенные кондиционеры, в которых к одному наружному блоку поключается один внутренний блок.

При кондиционировании нескольких соседних комнат могут использоваться модели, в которых к одному наружному блоку подключены два внутренних блока и даже три-четыре блока, так называемые мультисплит-системы

В помещениях, где необходима установка более мощного кондиционера, или в вытянутых помещениях устанавливаются кондиционеры напольно-пото-лочного типа, позволяющие направить сильную струю вдоль стены или потолка и таким образом обеспечить равномерное распределение температуры в помещении. Внутренний блок напольно-потолочно-го кондиционера имеет несколько иной внешний вид и устанавливается на стене или потолке.

В больших помещениях — залах, ресторанах, холлах, особенно там, где нет подвесных потолков, часто используются кондиционеры колонного типа. Такие кондиционеры имеют большую холодопроизводительность.

Еще один тип кондиционеров сплит-систем — кондиционеры кассетного типа, специально разработанные для больших помещений с подвесным потолком — операционных залов банков, офисов, супермаркетов. Внутренний блок монтируется в пространстве за подвесным потолком, при этом видна только декоративная решетка.

Воздух из помещения забирается через центральную решетку внутреннего блока, проходит в нем все виды обработки и далее распределяется по четырем направлениям через регулируемые жалюзи, что обеспечивает равномерный воздухообмен в помещении.

Для кондиционирования здания, имеющего большое количество помещений с разными тепловыми нагрузками, изменяющимися в течение суток, были разработаны многозональные системы с изменяемым расходом хладагента.

Рассмотрим основные элементы холодильного контура.

 

Компрессор — в кондиционерах до 3,5 кВт применяется компрессор типа SCROLL, обеспечивающий бесшумность работы и пониженный пусковой ток. На моделях мощностью 5 кВт применяются поршневые компрессоры с подогревом картера. Регулятор потока — представляет собой капиллярную трубку.

Теплообменники — выполняются в виде многорядной медной трубки с пластинчатым оребрением.

Вентиляторы — во внешнем блоке устанавливаются осевые вентиляторы с регулируемой скоростью вращения. Во внутреннем блоке используются вентиляторы тангенциального типа. Такие вентиляторы хорошо вписываются в конструкцию блока и позволяют получить широкую струю выходящего воздуха с малым уровнем шума. Дренажная система — при работе кондиционера может происходить конденсация влаги из воздуха, проходящего через испаритель.

Для сбора конденсата, образующегося при прохождении воздушного потока через испаритель, имеется специальный поддон, откуда влага самотеком выводится на улицу либо отводится в канализацию или дополнительную емкость. В некоторых случаях для отвода конденсата используется дренажный насос, который позволяет забрать конденсат из поддона внутреннего блока, поднять его на необходимую высоту и далее самотеком направить в канализацию.

Система управления — выполнена на базе микропроцессора, так как широкий диапазон различных режимов работы кондиционера, обилие выполняемых функций, дистан-ционное управление, самодиагностика требуют применения сложных алгоритмов управления.

Принципиальная cхема холодильного контура кондиционе­ров сплит-систем

 

Работа хододильного контура и назначение основных элементов были рассмотрены в разделе 2.

3.1. Компрессорно-конденсаторный блок (внешний блок)

 

Компрессорно-конденсаторный блок предназначен для подготовки жидкого хладагента, подаваемого в теплообменник внутреннего блока.

В компрессорно-конденсаторном блоке устанавливаются элементы, работающие под высоким давлением, — компрессор, теплообменник, ресивер, отделитель жидкости, а также элементы системы управления и предохранительные устройства.

Компрессорно-конденсаторные блоки могут иметь и самостоятельное применение, например, для обеспечения работы центральных кондиционеров.

Типология представлена ниже:

Блоки выполняются с воздушным или водяным охлаждением конденсатора.

В свою очередь блоки с воздушным охлаждением конденсатора могут быть с осевыми или с центробежными вентиляторами.

Блоки с осевыми вентиляторами предназначены для установки вне помещения — на открытой площадке, на крыше, на стене и т.д., поскольку осевые вентиляторы создают очень малый напор.

Применение осевых вентиляторов позволяет снизить стоимость компрессорно-конденсаторного блока, а также существенно улучшить его шумовые характеристики.

Компрессорно-конденсаторные блоки с центробежными вентиляторами имеют более сложную конструкцию по сравнению с блоками с осевыми вентиляторами и предназначены для установки внутри помещения (чердаки, подвалы, подсобные помещения и технические этажи). Воздух для охлаждения конденсатора в этом случае забирается непосредственно из помещения, в котором установлен блок, и выбрасывается на улицу по воздуховодам. Установленные в блоках центробежные вентиляторы создают довольно высокий напор до 200-250 Па.

Компрессорно-конденсаторные блоки с водяным охлаждением конденсатора более просты и компактны, имеют меньшую стоимость, чем блоки с воздушным охлаждением. Однако для их применения необходимо использование проточной воды, что ограничивает применение

В качестве примера рассмотрим схему и работу блока с осевым вентилятором с тепловым насосом в разных режимах

 

В режиме охлаждения парообразный хладагент из компрессора (С) через четырехходовой клапан (VQ) поступает в теплообменник (ВС), выполняющий функцию конденсатора. Обдув конденсатора производится вентилятором (VL), скорость которого варьируется регулятором (SC) в зависимости от температуры змеевика теплообменника, замеряемой датчиком температуры (ВТ) таким образом, чтобы обеспечить постоянство давления конденсации.

Из конденсатора жидкий хладагент через открытый обратный клапан (UR) и фильтр-осушитель поступает к испарителю внутреннего блока через капиллярную трубку.

От внутреннего блока парообразный хладагент через 4-ходовой клапан (VQ) и отделитель жидкой фазы (SL) поступает снова на компрессор. Защита компрессора по давлению осуществляется реле высокого (SP1) и низкого (SP2) давления. Защита компрессора от перегрева обеспечивается тепловым перегрузочным реле электродвигателя (RTC) и термостатом (TS) по температуре газа на выходе компрессора.

При работе в режиме теплового насоса парообразный хладагент подается к теплообменнику внутреннего блока, играющего в этом случае роль конденсатора. Далее через капилярную трубку (ТС) жидкий хладагент поступает на теплообменник (ВС), играющий роль испарителя. Обратный клапан UR в это время закрыт. Датчик температуры (ВТЗ) при этом используется для определения момента включения режима

оттаивания.

3.2. Испарительный блок (внутренний блок)

 

Внутренний блок забирает свежий воздух с улицы и рециркуляционный из помещения, очищает в воздушном фильтре, охлаждает или подогревает воздух и подает его в помещение по системе воздуховодов.

Внутренние блоки могут иметь разное конструктивное исполнение:

Настенный вариант размещения внутреннего блока сплит системы самый распространенный. В случае, когда в помещении есть навесные потолки, хорошо подходит сплит-система с внутренним блоком кассетного или канального типа. Он маскируется подвесным потолком так, что снаружи видна только декоративная решетка. Для больших помещений общественного пользования, например, конференц-залов, спортивных центров, магазинов часто используются колонные сплит системы.

Блоки состоят из теплообменника, капиллярной трубки или терморегулирующего клапана, воздушного фильтра, центробежного вентилятора и платы управления. В «тепловых» моделях дополнительно устанавливается обратный клапан, предназначенный для обвода капиллярной трубки или терморегулирующего клапана при работе в режиме обогрева, когда меняется (реверсируется) направление движение хладагента.

На входе в блок располагается легкосъемный моющийся воздушный фильтр из полиэфирного волокна.

На выходе блоков устанавливается датчик температуры, регулирующий скорость вентилятора в режиме обогрева, и специальный небольшой электронагреватель, работающий только во время оттаивания наружного блока (только для тепловых моделей). В блоке устанавливается плата управления, к которой подключается установленный в помещении термостат.С помощью платы включается наружный блок, задается режим работы наружного блока (охлаждение или обогрев), формируется сигнал плавного регулирования мощности электронагревателей или управления обводным клапаном водяного нагревателя. Кроме основного вышеперечисленного оборудования внутренние блоки могут включать и ряд дополнительного оборудования, например:

 

• Электронагреватель — выполняется либо отдельной секцией или встраивается в корпус блока. Электронагреватель управляется платой плавного регулирования мощности нагревателя, связанной с платой внутреннего блока.

• Водяной нагреватель — выполняется отдельной секцией или встраивается в корпус.

• Смесительная камера — служит для смешивания в необходимой пропорции наружного и рециркуляционного воздуха. Камера имеет регулируемые жалюзи с ручным приводом.

• Распределительная камера — служит для подсоединения нескольких воздуховодов к внутреннему блоку.

• Электронный термостат -служит для управления работой всей системы (включения и выбора режима работы системы, задания температуры, задания скорости вентилятора, индикации состояния и т.п.). Устанавливается в помещении, выбранном в качестве «эталонного».

4. Канальные кондиционеры и кондиционеры сплит-систем с приточной вентиляцией

 

Канальные кондиционеры предназначены, как правило, для кондиционирования нескольких помещений одновременно.

Канальный кондиционер, прежде всего, рассчитан на работу в режиме рециркуляции, и в таком качестве он более близок к кондиционерам сплит-систем.

Основное отличие заключается в том, что внутренние блоки канальных кондиционеров устанавливаются за подшивным потолком, а воздух забирается и раздается воздуховодами по кондиционируемым помещениям.

Принцип работы: воздух забирается из помещения через заборную решетку, проходит внутренний блок и системой воздуховодов снова подается в помещения через распределительные решетки.

Блок имеет более мощный вентилятор, позволяющий преодолеть сопротивление распределительных воздуховодов и решеток.

Канальный кондиционер, также как и обычный кондиционер сплит-системы, состоит из двух блоков — компрессорно-конденсаторного (наружного блока) и испарительного (внутреннего блока).

Номенклатурный ряд таких кондиционеров по тепло-холодопроизводительности не превышает, как правило, 17 кВт.

Канальный кондиционер рассчитан в основном на работу только на рециркуляцию и не всегда может подавать в помещение свежий воздух. Это вызвано тем, что температура подаваемого в рабочую зону воздуха согласно требованиям СНиПа не должна быть ниже 14-16°С. Поэтому при меньших температурах наружного воздуха необходимо обязательно подогревать забираемый с улицы воздух, даже при работе системы в режиме охлаждения.

Для обеспечения круглогодичной подачи свежего воздуха в дополнение к канальному кондиционеру необходимо устанавливать специальные электрические или водяные нагреватели, обеспечивающие необходимый подогрев подаваемого воздуха в прохладное время года, или применять отдельные приточные вентиляционные установки со встроенными нагревателями.

Более широкими возможностями и преимуществами обладают кондиционеры «сплит-системы с приточной вентиляцией».

 

Кондиционеры сплит-системы с приточной вентиляцией позволяют эффективно решать одновременно задачи вентиляции и кондиционирования помещения в течение всего года.

Кондиционеры сплит-системы с приточной вентиляцией комплектуются штатными электрическими или водяными нагревателями с широким диапазоном мощности (от 4,5 до 24 кВт).

Кондиционеры также укомплектованы единой системой автоматики, управляющей работой кондиционера и обеспечивающей его контроль и плавное регулирование мощности нагревателей.

Возможности по тепло- холодопроизво-дительности этих кондиционеров также существенно выше и составляют по мощности внутреннего (испарительного) блока до 80 кВт.

Сплит-системы с приточной вентиляцией предназначены для установки в квартирах и офисных помещениях большого объема, магазинах, ресторанах и других местах, когда одновременно с кондиционированием необходима подача свежего (наружного) воздуха.

 

 

5. Системы с чиллерами и фанкойлами

Системы с чиллерами и фанкойлами позволяют обеспечить независимое регулирование температуры одновременно в большом количестве помещений, например в гостиницах, офисах и т.д. Потребители — кондиционеры-доводчики (фанкойлы) могут произвольно включаться и выключаться, изменять свою холодо- или теплопроизводительность.

Кроме фанкойлов, в качестве потребителей могут быть теплообменники центрального кондиционера, какое-либо технологическое оборудование.

Охлаждение производится жидкостью, циркулирующей по системе трубопроводов от источника холода к конечному потребителю.

Источником холода является охладитель жидкости — так называемый чиллер.

Чиллер представляет собой законченную холодильную машину, предназначенную для охлаждения жидкости (вода, незамерзающие жидкости). Некоторые модели чиллеров могут работать в режиме теплового насоса. В этом случае возможен подогрев помещений.

Фанкойл — это агрегат, устанавливаемый в помещении и включающий теплообменник с вентилятором, фильтр, пульт управления (встроенный или выносной).

Воздух из помещения подается вентилятором на теплообменник фанкойла, в котором он охлаждается или подогревается. В фанкойл может подаваться некоторое количество свежего воздуха от центрального кондиционера или приточной установки. В этом случае система с чиллерами и фанкойлами позволяет одновременно решать задачи вентиляции.

Циркуляция жидкости от чиллера к потребителю обеспечивается насосными станциями.

Насосные станции представляют собой законченный агрегат, включающий циркуляционные насосы, расширительный бак, аккумулирующий бак, запорную арматуру и необходимую автоматику. Насосная станция может управляться чиллером или работать самостоятельно.

Чиллер с центробежным вентилятором устанавливается на чердаке здания рядом с центральным кондиционером. От чиллера охлаждающая жидкость подается на фанкой-лы, установленные в помещениях, и на теплообменник центрального кондиционера.

Центральный кондиционер обеспечивает подачу охлажденного воздуха в помещения в количестве, обеспечивающем выполнение санитарных норм.

Регулирование температуры в каждом помещении обеспечивается фанкойлами. К фанкойлам подается свежий воздух от центрального кондиционера и рециркуляционный воздух из данного помещения.

 

Наружный воздух забирается через отверстие с решеткой на фасаде здания, через клапан поступает в смесительную камеру фэнкойла. Предусмотрена специальная защита от замерзания воды в теплообменнике фэнкойла в холодный период года. В зимнее время система работает в режиме отопления, а фэнкойлы выполняют роль отопительных приборов. Источником теплоты в пиковом режиме является система централизованного теплоснабжения от ТЭЦ, в переходный период — чиллер, работающий в режиме теплового насоса. Принято зонирование: два фасада, каждый из которых имеет самостоятельный контур циркуляции тепло-холодоносителя, включающий чиллер и гидромодуль. Контур пикового источника теплоты — тепловая сеть отделен от потребителей промежуточным водо-водяным пластинчатым теплообменником. В схеме предусмотрен независимый циркуляционный контур теплоснабжения от пикового источника теплоты с самостоятельной группой насосов, фильтром, расширительным баком, что дает возможность уменьшить расход теплоносителя в системе по сравнению с расходом холодоносителя в режиме отопления и уменьшить потребление электроэнергии насосами в режиме отопления.

На схеме цифрами обозначена запорная арматура и обратные клапаны. Предусмотрено ручное переключение режимов работы системы с помощью запорной арматуры. Возможно переключение в автоматическом режиме. Положение запорной арматуры (шаровые краны или дисковые затворы в зависимости от диаметра):

режим охлаждения и отопления в режиме теплового насоса;

«открыто»: 1,2,4,5,6,8,13,14;

«закрыто»: 3,7,15,16

режим отопления (пиковый источник теплоты): «открыто» 3,7,15,16 «закрыто» 2,4,6,8,13,14.

В схеме предусмотрено 2 циркуляционных насоса: рабочий и резервный. В режиме отопления в холодное время года наружные трубопроводы с чиллером отключаются от общей гидравлической системы (запирается запорная арматура 5 и 8). Чтобы предотвратить замерзание воды, предусмотрено опорожнение теплообменников 1 и 4 чиллеров с помощью спускных кранов 11 и 12. При включении чиллера недостаток воды компенсируется с помощью подпиточных насосов, устанавливаемых в специальном помещении в подвале.

5.1. Чиллеры

 

Чиллеры с воздушным охлаждением могут быть в моноблочном исполнении или с выносным конденсатором.

В первом случае чиллер представляет собой автономную холодильную машину, включающую все необходимые элементы холодильного цикла — компрессор, конденсатор, испаритель, запорную аппаратуру, элементы защиты и автоматику. К чиллеру подключаются только трубопроводы с теплоносителем.

Во втором случае конденсатор устанавливается на улице, а сам чиллер располагается в помещении.

В свою очередь моноблочные чиллеры с воздушным охлаждением разделяются на чиллеры с осевыми и центробежными вентиляторами.

Чиллеры с осевыми вентиляторами предназначены для установки на открытом месте, например, на открытой площадке, на крыше, наружной стене и т.д.

В этом случае необходимо обеспечить беспрепятственный вход и выход воздуха, поскольку осевые вентиляторы создают очень малый напор.

Следует также учесть, что при работе в режиме охлаждения конденсаторный блок «сбрасывает» в окружающую среду большое количество тепла.

Принципиальная схема чиллеров

 

Условные обозначения

ВС — змеевик конденсатора/теплообменника; С - компрессор;

МС - электродвигатель компрессора;

RTV - тепловое реле перегрузки (электродвигателя вентилятора);

DL - распределитель жидкой фазы;

VQ - четырехходовой клапан;

VR - обратный клапан;

ТС - капиллярная трубка;

SC - регулятор частоты вращения вентилятора;

VA - предохранительный клапан максимального давления;

VL - осевой вентилятор;

RTC — тепловое реле перегрузки (электродвигателя компрессора);

FE - фильтр-осушитель;

ВТЗ - датчик температуры воздуха;

ВТ1 — датчик температуры воды на входе;

ВТ2 - датчик температуры воды на выхо-

де;

EV — пластинчатый теплообменник;

SP1 - реле высокого давления;

SP2 - реле низкого давления;

VE — расширительный клапан;

Р - циркуляционный насос;

VE - терморегулирующий вентиль (ТРВ);

VP - расширительный бак;

PD - дифференциальное реле давления;

VH - предохранительный клапан;

GRA - клапан подпитки с манометром;

RS - дренажный клапан;

а — принципиальная схема чиллеров с воздушным охлаждением серии WRAT-71, WRAN-71;

б - схема гидравлической группы WRAT-P, WRAN-P без аккумулирующего бака;

в - схема гидравлической группы WRAT-А, WRAN-A с а ккумул ирующ им баком

При работе в режиме охлаждения газообразный хладагент из компрессора С через четырехходовой клапан VQ поступает в теплообменник ВС, выполняющий функцию конденсатора. Обдув конденсатора производится вентилятором UL, скорость которого варьируется регулятором SC в зависимости от температуры змеевика теплообменника, замеряемой датчиком температуры ВТЗ таким образом, чтобы обеспечить постоянство давления конденсации.

 

Из конденсатора жидкий хладагент через распределитель жидкости DL, открытый обратный клапан UR и фильтр-осушитель FE поступает к испарителю EV. Перед испарителем установлен терморегулирующий клапан UE, регулирующий температуру и давление испарения в линии всасывания перед компрессором С. Обратный клапан UR при работе в режиме охлаждения закрыт.

Датчиками температуры ВТ1 и ВТ2 замеряется температура воды соответственно на входе и выходе чиллера.

Защита обеспечивается предохранительным клапаном максимального давления UA, реле низкого давления SP2 и реле высокого давления SP1. Тепловое реле перегрузки RTC защищает компрессор.

При работе в режиме теплового насоса газообразный хладагент подается к теплообменнику EV, выполняющему роль конденсатора. Далее через обратный клапан UR и капиллярную трубку ТС жидкий хладагент поступает в теплообменник ВС, играющий роль испарителя. Обратный клапан UR в это время закрыт. Датчик температуры ВТЗ используется для регулирования скорости вентилятора и определения момента включения режима оттаивания.

В моделях без теплового насоса серии WRAT отсутствуют капиллярная трубка ТС, обратный клапан UR, 4-ходовой клапан VQ.

Здесь представлен пример типовой схемы обвязки испарителя чиллера любого типа в замкнутой гидравлической системе при самостоятельной комплектации оборудования циркуляционного холодильного контура. Циркуляционный контур - одноконтурный: циркуляция теплоносителя в системе осуществляется с помощью одной насосной группы и при номинальных параметрах системы расход через испаритель соответствует расходу через нагрузку холодильной станции. В качестве теплоносителя в примере использован стандартный теплоноситель - подготовленная вода, хотя в отдельных случаях возможно применение теплоносителей с низкими температурами замерзания (растворы этиленгликолей и пропиленгликолей различной концентрации).

 

 

Принципиальная схема системы холодоснабжения на базе чиллера с водяным конденсатором

В системе есть контур охлаждения конденсатора холодильной машины с раствором этиленгликоля в качестве теплоносителя.

Нагреваясь теплоноситель забирает тепло от конденсатора. С помощью насосов подается на "сухую градирню" (драйкулер), где охлаждается потоком воздуха, отдавая тепло.

В схеме требуется установка смесительного трехходового клапана, который отвечает за поддержание постоянной температуры на входе в конденсатор. Вызвано это тем, что температура наружного воздуха, а как следствие и производительность сухой градирни,

меняется в широких пределах.

 

 

Насосные станции

Насосные станции обеспечивают подачу необходимого количества теплоносителя к потребителям и представляют собой законченный агрегат, включающий циркуляционные насосы, расширительный бак, запорную арматуру и необходимую автоматику. В некоторых станциях устанавливается аккумулирующий бак.

Функциональная схема насосной станции (стандартный вариант)

В стандартном варианте подключения теплоноситель от чиллера подается в аккумулирующий бак SA и далее через шаровой кран R к потребителям.

На обратном пути теплоноситель проходит клапан R, сетчатый фильтр F и насосом Р подается к чиллеру.

На обратной линии установлены расширительный бак VP и защитное реле давления PRS. Заправка системы производится через клапан подачи воды GRA.

В состав станции входит также предохранительный клапан VS, автоматический воз-духовыпускной вентиль VSA.

Насосная станция может работать как самостоятельный агрегат.

При совместной работе с чиллерами система управления станции стыкуется с системой управления чиллера. В этом случае включение станции производится непосредственно чиллером, а станция, в свою очередь, выдает в чиллер сигнализацию о необходимости отключения чиллера в случае нехватки воды.

Фанкойлы

 

Существует большое разнообразие фанкойлов по мощности, конструктивному исполнению, способу управления и внешнему виду.

Фанкойлы могут устанавливаться на полу, подвешиваться на стене или потолке, встраиваться в воздуховоды за подшивным потолком.

Но в любом случае фанкойл состоит из одинаковых по назначению основных элементов:

1. теплообменник - с алюминиевыми ребрами, прикрепленными к змеевикам из медных трубок, по которым подается холодная или горячая вода. Фанкойл с одним теплообменником называется двухтрубным.

2. электронагревател - может устанавливаться на выходе фанкойла для повышения эффективности работы фанкойла в режиме обогрева.

3. вентилятор - «тангенциального» типа для фанкойлов малой мощности или центробежного типа для фанкойлов средней и большой мощности. Равномерно распределяет поток по всей длине фанкойла и работает с малым уровнем шума

4. теплозвукоизоляция;

5. выходная решетка;

6. встроенная панель управления;

7. электродвигатель - роторного типа, самоохлаждаемый. Как правило, электродвигатель может иметь несколько фиксированных скоростей вращения или иметь плавное регулирование скорости.

8. соединительная муфта;

9. воздушный фильтр;

10. входная решетка;

11.поддон для дренажа - обеспечивает сбор и слив конденсата с теплообменника при вертикальной или горизонтальной установке фанкойла

Крышные кондиционеры

 

Крышные кондиционеры представляют собой холодильную машину, конструктивно выполненную в виде моноблока, предназначенного для установки на кровлях зданий. Они позволяют одновременно осуществлять вентиляцию и регулировать температуру воздуха в помещении.

Обычно крышные кондиционеры применяются для кондиционирования и вентиляции больших супермаркетов, спортивных сооружений, конференц-залов, т.е. больших открытых залов с общей крышей.

Свежий воздух забирается с улицы через заборную решетку кондиционера. Рециркуляционный воздух забирается из помещения по системе воздуховодов и подается в смесительную камеру, где смешивается со свежим воздухом. Необходимое соотношение свежего и рециркуляционного воздуха обеспечивается изменением положения заслонок.

Из смесительной камеры воздух проходит через фильтр и подается к теплообменнику (испарителю или конденсатору) холодильной машины, где он охлаждается или нагревается (в кондиционерах с тепловым насосом).

Для подогрева воздуха в кондиционер может встраиваться дополнительный электрический или водяной нагреватель (возможен и газовый нагреватель, но он используется довольно редко).

После теплообменников воздух с требуемой температурой подается центробежным вентилятором в систему распределительных воздуховодов.

Воздух для охлаждения конденсатора холодильного цикла забирается из атмосферы специальным вентилятором, также входящим в конструкцию кондиционера, и затем выбрасывается на улицу.

Принципиальная схема холодильного контура крышных кондиционеров.

 

При работе в режиме охлаждения газообразный хладагент из компрессора С через четырехходовой клапан UQ поступает в наружный теплообменник, выполняющий функцию конденсатора. Обдув конденсатора производится вентилятором UL. Электродвигатель вентилятора имеет реле тепловой защиты RTU.

После конденсатора жидкий хладагент проходит открытый обратный клапан UR, смотровое стекло US, запорный жидкостной клапан RLL и поступает в жидкостной ресивер LR. Ресивер служит емкостью для лишнего хладагента и позволяет компенсировать изменение внешних условий и режимов ра-

боты кондиционера. На ресивере установлен предохранительный клапан высокого давления UA, обеспечивающий защиту кондиционера при нерасчетном повышении давления в экстремальных ситуациях.

Из ресивера жидкий хладагент через фильтр-осушитель FE и терморегулирующий клапан UE, поддерживающий постоянное давление испарения, поступает в испаритель.

Через испаритель пропускается подаваемый в помещение воздух с помощью центробежного вентилятора UC. От испарителя газообразный хладагент через 4-ходовой клапан VQ и отделитель жидкой фазы SL снова поступает в компрессор. Защита компрессора осуществляется реле высокого SP1 и низкого SP2 давления.

При работе в режиме теплового насоса газообразный хладагент сначала подается к теплообменнику внутреннего (кондиционируемого) воздуха, выполняющему роль конденсатора. Далее через обратный клапан UR, ресивер LR и запорный клапан RLL жидкий хладагент поступает на теплообменник, выполняющий роль испарителя. Обратный клапан UR в это время закрыт, а хладагент проходит через фильтр-осушитель FE и терморегулирующий клапан VE.

Прецизионные кондиционеры

 

Прецизионные кондиционеры - предназначены для точного поддержания температуры и влажности в помещениях с высокими технологиями (точные производства, АТС, компьютерные залы). Микропроцессор обеспечивает точное поддержание заданных параметров.

При работе кондиционера на смеси приточного и рециркуляционного воздуха приточный воздух подводится воздуховодами или же кондиционер устанавливается у фасадной стены здания. Раздача воздуха в помещение обычно производиться непосредственно из кондиционера, но возможно использовать и систему воздуховодов.

Принципиальная схема прецизионного кондиционера

Центральные кондиционеры

 

Центральные кондиционеры, нашедшие самое широкое применение в комфортном и технологическом кондиционировании, представляют собой неавтономные кондиционеры, снабжаемые извне холодом (подводом холодной воды или незамерзающих жидкостей), теплом (подводом горячей воды или пара) и электроэнергией для привода вентиляторов, насосов, запорно-регулирующих аппаратов на воздушных и жидкостных коммуникациях и пр.

Центральные кондиционеры предназначены для обслуживания нескольких помещений или одного большого помещения. Иногда несколько центральных кондиционеров обслуживают одно помещение больших размеров (театральный зал, закрытый стадион, производственный цех и т.п.).

Современные центральные кондиционеры выпускаются в секционном исполнении и состоят из унифицированных типовых секций (трехмерных модулей), предназначенных для регулирования, смешивания, нагревания, охлаждения, очистки, осушки, увлажнения и перемещения воздуха.

Наряду с существенными преимуществами, связанными с возможностью эффективного поддержания заданной температуры, влажности и подвижности воздуха в помещениях большого объема, центральные кондиционеры, вместе с тем, имеют и некоторые недостатки, основными из которых являются необходимость проведения сложных монтажно-строительных работ, прокладка по зданию протяженных коммуникаций (воздуховодов и трубопроводов).

Прямоточные центральные кондиционеры обрабатывают только наружный воздух, кондиционеры с рециркуляцией обрабатывают смесь наружного и рециркуляционного (вытяжного) воздуха.

1-я рециркуляция представляет собой подмешивание рециркуляционного воздуха к наружному перед теплообменником 1-го подогрева, что значительно снижает потребление тепла на 1-й подогрев.

2-я рециркуляция представляет собой подмешивание рециркуляционного воздуха к наружному воздуху, прошедшему обработку в воздухоохладителе или камере орошения перед вентилятором. При этом отпадает необходимость включения в работу теплообменника 2-го подогрева в летний период.

Кондиционер с теплоутилизацией — это прямоточный кондиционер с центральным теплоутилизатором, в котором нет смешения потоков наружного и рециркуляционного воздуха, а передача тепла от удаляемого воздуха к наружному происходит в специальном теплообменнике.

Центральный кондиционер состоит из отдельных типовых секций, герметично соединенных между собой. Корпус кондиционера исполнен на базе каркаса из алюминиевых профилей, к которым крепятся постоянные и съемные (для доступа к агрегатам) панели.

Система с утилизацией тепла:

 

1. Забор воздуха с улицы

2. Забор воздуха из помещений

3. Подача обработанного воздуха в помещения

4. Клапаны и смесительные камеры

5. Секция фильтрации

6. Секция обогрева

7. Секция охлаждения

8. Секция увлажнения

9. Секция рекуперации

10. Секция вентилятора

Основные секции центрального кондиционера

 

Секция охлаждения

Секция охлаждения представляет собой водяной или фреоновый теплообменник-воздухоохладитель, изготовленный из медных трубок с алюминиевыми ребрами. В качестве хладагента (рабочей среды) может быть: охлажденная вода, смесь воды и гликоля, фреон (например, R-22). Хладагент, в зависимости от типа рабочей среды, может поступать от чиллера, градирни, артезианской скважины и т.п

. Секция нагревания

В секции воздухонагревания могут использоваться водяные, паровые или электрические нагреватели.

Секция увлажнения

Увлажнение воздуха в центральном кондиционере осуществляется в секции оросительного увлажнения водой (форсуночной камере) или секции парового увлажнения.

В форсуночной камере происходит адиабатическое увлажнение воздуха циркуляционной водой, которая поступает из поддона. Воздух вступает в непосредственный контакт с поверхностью капель воды, распыляемой с помощью форсунок. Распыляясь, вода превращается в густой туман мелких капель, сквозь который движется воздух, поглощая водяные пары.

. Секция фильтрации

При необходимости обеспечения фильтрации повышенного качества в компоновку центрального кондиционера могут быть включены две секции:первичной и вторичной фильтрации.

В секцию первичного фильтрования могут быть вмонтированы сетчатые или корзинчатые фильтры. Сетчатые фильтры — это тканевые фильтры с развернутой поверхностью, уложенной в «зигзаг».

Корзинчатый фильтр собирается из нескольких фильтрующих элементов со стандартными размерами. Фильтрующие элементы корзинчатых фильтров закреплены в рамках с помощью пружинных прихватов, обеспечивающих герметичность, а также легкую и быструю смену.

Секция шумоглушения

 

Секция шумоглушения предназначена для снижения уровня шума, создаваемого центральным кондиционером (встроенными вентиляторами, насосами; потоками рабочих сред и т.п.)

Внутри секции шумоглушения закреплены звукопоглощающие пластины, которые изготавливаются, например, из нескольких слоев минеральной ваты специально подобранной плотности. Внешняя поверхность минеральной ваты усилена стекловолокнистым покрытием.

Вентиляторная секция

Вентиляторная секция предназначена для применения обрабатываемого в центральном кондиционере воздуха и его подачи в обслуживаемые помещения. В кондиционерах применяются радиальные (центробежные) вентиляторы.

Теплоутилизаторы

При проектировании вентиляции и кондиционирования для экономии тепла и холода целесообразно использовать тепловые вторичные энергетические ресурсы, такие как:

тепло воздуха, удаляемого системами общеобменной вентиляции кондиционирования воздуха и местных отсосов, когда рециркуляция воздуха недопустима;

тепло и холод технологических установок, пригодные для вентиляции и кондиционирования.

Воздушные клапаны

Регулирование количества воздуха (наружного и рециркуляционного), поступающего в центральный кондиционер, осуществляется воздушными клапанами. Регулирование осуществляется с помощью электропривода, устанавливаемого на клапане. Конструкция клапана, как правило, многостворчатая, с параллельно установленными лопатками.

Принципиальная схема центральной двухканальной системы кондицонирования воздуха

 

1₁, 1₂, 1₃ -помещения; 2 - центральный кондиционер; 3 - вытяжной вентилятор;

4 - рециркуляционный воздуховод; 5 - воздухозабор; б - канал нагревания Воздуха;

7 - воздухонагреватель; 8 - канал охлаждения воздуха; 9 - воздухоохладитель;

10 - смесительное устройство с исполнительным механизмом

Приточный Воздух, обработанный в кондиционере до определенных параметров, подается к помещениям по двум воздуховодам в теплоизоляции, в начале которых устанавливаются соответственно воздухоподогреватель 7 и воздухоохладитель 9. Поддержание заданной температуры в каждом помещении обеспечивается смешением в необходимом соотношении подогретого и охлажденного Воздуха (суммарное количество приточного Воздуха неизменно) в смесительном устройстве 10 с исполнительным механизмом и датчиком температуры. Применение рециркуляции Воздуха позволит уменьшить расходы теплоты и холода. Следует отметить, что при применении двухканальной СКВ в помещениях не требуются теплообменники, трубы тепло- и холодоносителя.

Принципиальная схема системы центрального кондиционирования с фанкойлами и чиллерами

 

1₁, 1₂, 1₃,- помещения; 2 - центральный кондиционер; 3 - вытяжной вентилятор; 4 - воздухозабор; 5 - вентиляторный доводчик; 6 - регулирующий клапан на обратном трубопроводе; 7 - регулятор скорости вращения вентилятора

При применении центральной СКВ с фанкойлами 5 В помещения, в которых определяющими являются теплоизбытки и влаговыделения, принимается минимально необходимое количество приточного Воздуха. В таких системах приточный Воздух подается непосредственно в помещение или в файнкойл, если в нем предусмотрено конструктивно смешивание приточного воздуха с воздухом из помещения (рециркуляционного). При смешивании приточного воздуха в вентиляторном доводчике (фанкойле) с воздухом из помещения возможна подача приточного (первичного) воздуха с более низкой температурой (до 7-10 °С). Поддержание заданной температуры в помещении обеспечивается с помощью регулирующего клапана 6 на обратной линии тепло- или холодоносителя и регулятора скорости вращения вентилятора доводчика 7.

Автоматизация систем кондиционирования воздуха

 

Кондиционером можно управлять либо непосредственно с панели управления, расположенной на корпусе внутреннего блока, либо с помощью дистанционного, как правило, инфракрасного пульта управления

С пульта можно установить следующие режимы работы:

■ обогрев, охлаждение, вентиляция, осушение воздуха;

■ один из нескольких (как правило, трех) скоростных режимов вентилятора;

■ автоматическое регулирование положения жалюзи (воздухораспределительной решетки), изменяющего направление воздушного потока;

■ автоматическое поддержание заданной с пульта температуры помещения.

Автоматизация системы кондиционирования определяется функциями управления, реализованными в каждом из ее блоков, что позволяет говорить о многовариантности решения задач управления.

Наружный компрессорно-конденсаторный блок управляется микропроцессорным модулем. Подключенные к нему реле защиты по низкому и высокому давлению и тепловое реле для вентилятора охлаждения конденсатора обеспечивают ему надежную защиту при работе системы.

Чиллеры оснащаются комплексной системой автоматики, облегчающей реализацию всех функций этого довольно сложного и функционально насыщенного оборудования в полной мере.

Многие модификации чиллеров имеют четырехходовой клапан, позволяющий инвертировать холодильный цикл и осуществлять его работу не только в режиме охлаждения, но и в режиме функционирования теплового насоса.

Автоматика крышного кондиционера обычно включает в себя стандартные электрические компоненты: автоматические выключатели сети и вспомогательной цепи, а также пусковые устройства компрессоров, нагревателей и вентиляторов.

Крышные кондиционеры, как правило, оборудуются микропроцессорной системой управления, важными элементами которой являются регулятор температуры обработанного воздуха, реле задержки и средства защиты компрессоров, система диагностики, порт подключения дистанционного управления.

При секционной сборке центрального кондиционера автоматика монтируется по специальному проекту из отдельных элементов.

Предусматриваются контуры регулирования температуры и влажности приточного или внутреннего воздуха помещения, включающие в себя датчики, контроллеры и исполнительные механизмы. Применяются контроллеры как свободно программируемые, так и с жестко заданной программой. В любом случае имеется доступ к изменению уставок, например, заданной температуры в помещении.

 

Система управления кондиционером позволяет автоматически или вручную управлять работой отдельных аппаратов в зависимости от температуры наружного воздуха, переходя на зимний или летний режимы.

Одновременно обеспечивается контроль за состоянием загрязненности фильтров и работой вентиляторов — по перепаду давления на дифманометрах, присоединенных к штуцерам до и после указанных устройств.

Функциональная схема системы автоматического регулирования на примере автоматики чиллера

 

Микропроцессорный модуль типа CLIV-DIN в качестве основной функции обеспечивает поддержание заданной температуры теплоносителя (например, воды) на входе в чиллер (датчик ТЕ1). Это достигается интенсивностью работы компрессора(т.е. частотой его включения и варьированием времени непрерывной работы).

Предусмотрена защита от замерзания теплоносителя по сигналу от датчика температуры на выходе из чиллера (ТЕ2), а также тепловая защита вентилятора (реле RTV) и компрессора (реле RTC). Фреоновый контур защищен по низкому (реле SP2) и высокому (реле SP1) давлению. При срабатывании защиты чиллер автоматически отключается и может быть запущен вновь после устранения неполадок. Микропроцессорный модуль управления диагностирует чиллер с целью определения характера возникшей аварийной ситуации, что упрощает её устранение.

Обозначения::

С компрессор;

ВС конденсатор;

EV испаритель;

VC вентилятор конденсатора