9.2 Компоновка кондиционеров в зависимости от характера требуемых процессов обработки воздуха кондиционеры (рис 9.2. ) компонуются из следующих элементов и функци­ональных блоков:

• контактных аппаратов, в том числе сблокированных с воздухоохлади­телями;

• блоков первого и второго подогрева;

• воздухоохладителей;

• блока очистки воздуха;

• блока утилизации теплоты;

• вентиляторного агрегата;

• вспомогательного оборудования (камер обслуживания, смесительных камер, блоков приемных и присоединительных).

Рис. 9.2 Система центрального кондиционирования

Большинство производителей кондиционеров включают в их состав и агрегаты для удаления воздуха из помещения, т.е. вытяжной вентилятор, необходимый для управления потоком вытяжного воздуха, фильтр.

Обязательным элементом кондиционера является система автоматиче­ского регулирования и контроля параметров воздуха и применяемых энер­гоносителей, а в некоторых случаях и средства обеспечения безопасных режимов эксплуатации. При наличии некоторых специфических требова­ний в состав кондиционера могут входить и другие элементы.

Это позволяет, например, для одной производительности кондиционера получить модифи­кации с различными схемами забора воздуха, направлениями выхода его из кондиционера; местом расположения установки: в техническом помеще­нии, на крыше здания и т.д.; горизонтального или вертикального движения потоков и т.п.

Блоки первого и второго подогрева комплектуются воздухонагре­вателями (калориферами) без обводного канала и с обводным каналом, в который встраивается воздушный клапан. Калориферы предназначены для нагрева обрабатываемого воздуха. Теплоносителем преимуществен­но служит вода, максимальные значения температуры и давления ее рег­ламентируются техническими условиями производителя. Реже применя­ются паровые калориферы. Воздухонагревательные элементы калорифе­ров изготавливаются преимущественно из оребренных медных или биметаллических труб. Биметаллическая труба состоит из внутренней стальной и внешней алюминиевой трубы с накатным оребрением. Число рядов трубок определяется потребностью в теплоте на нагрев воздуха. Чаще всего применяются калориферы с числом рядов трубок от одного до четырех.

Воздухоохладители конструктивно схожи с калориферами. Отличие их от калориферов определяется условиями применения. При охлаждении воздуха может образовываться конденсат, который способствует интенси­фикации коррозии поверхности трубок. В этой связи применяются оребренные трубки, поверхность которых со стороны обрабатываемого воздуха покрывается цинком. Такие трубки имеют высокую устойчивость против воздействия процессов коррозии в условиях влажной среды. В воздухоох­ладителях устраивается до шести включительно рядов охлаждающих тру­бок. В воздухоохладителях необходимо также организовывать сбор и отвод конденсата. Для предотвращения уноса конденсата с поверхности трубок воздухоохладителя ограничивается скорость движения воздуха во фрон­тальном сечении, этот параметр назначается производителем и в среднем составляет 3 м/с. Секция воздухоохладителя, как и секция подогрева возду­ха, может иметь обводной канал с клапаном. На выходе из воздухоохлади­теля может устанавливаться каплеуловитель.

В трубки воздухоохладителей может подаваться холодоноситель и хладоагент. В последнем случае они являются испарителями холодильной машины и их называют воздухоохладителями непосредственного охлажде­ния. Воздухоохладители-испарители применяются в автономных конди­ционерах.

В процессе эксплуатации межреберное пространство трубок калориферов и воздухоохладителей загрязняется осаждающимися из воздуха ме­ханическими примесями. Слой загрязнений может существенно снизить интенсивность процессов теплообмена. По этой причине до секций подог­рева (охлаждения) необходимо устанавливать блоки очистки воздуха от механических примесей. Эти же блоки в первую очередь должны обеспе­чивать требуемую степень очистки воздуха по комфортным или техноло­гическим условиям.

Секции подогрева (охлаждения) воздуха должны иметь доступ к фрон­тальной поверхности с обеих сторон с целью обеспечения технического обслуживания. По этой причине до и после них могут устанавливаться про­межуточные секции или секции обслуживания со встраиваемыми герме­тичными дверьми или люками. В кондиционерах малой производитель­ности доступ к оборудованию для обслуживания осуществляется через съемные боковые панели.

При выборе и конструировании схемы теплоснабжения калориферов или схемы холодоснабжения воздухоохладителей необходимо обеспечи­вать выполнение некоторых обязательных требований:

• свободного опорожнения системы от теплоносителя или холодоносителя;

• выпуска воздуха из верхних точек трубопроводов;

• не переполнение линий отвода конденсата;

- свободного расширения труб системы теплоснабжения (холодоснаб­жения) и трубок в теплообменниках;

• недопустимости воздействия силы тяжести трубопроводов и арматуры на теплообменники;

• предотвращения замерзания теплоносителя в холодный период года.

При применении нескольких теплообменников необходимо выбрать рациональную схему обвязки их теплопроводами. Обвязка обеспечивает последовательное, параллельное и последовательно-параллельное прохо­ждение воды по теплообменникам, а также определяет живое сечение труб для прохода воды и ее скорость. Схема обвязки должна обеспечи­вать отключение теплообменников, условия регулирования подачи теп­лоносителя (холодоносителя или хладоагента), удобство обслуживания. Рекомендуемые схемы обвязки теплопроводов приведены в справочной литературе и в технических условиях производителей. Подробная мето­дика подбора калориферов рассмотрена в разделе «Вентиляция» данного пособия и в справочной литературе, а также в материалах производителей кондиционеров, которые, как правило, предоставляют только ее элек­тронную версию.

Камеры орошения и другие средства тепловлажностной обработ­ки воздуха. При кондиционировании воздуха в зависимости от конкрет­ных условий и требуемой эффективности процесса тепловлажностной обработки применяют различные технические средства, позволяющие изменить влагосодержание и температуру обрабатываемого воздушного потока. Процесс увлажнения осуществляется при контакте воздуха с кап­лями воды (например, в камерах орошения), со смоченной поверхностью насадки или слоя, путем введения в воздушную среду воды в молекуляр­ном состоянии (увлажнение воздуха паром) или близком к молекулярно­му состоянию (увлажнение с помощью ультразвуковых диспергаторов). В качестве орошаемых слоев применяются слои волокнистых материалов; слои, заполненные сетками или специальными керамическими материа­лами и т.д. Насадки образуют, например, с помощью пластмассовых, де­ревянных пластин и т.п. Возможны и другие способы увлажнения возду­ха, например, с помощью дисковых увлажнителей, высокодисперсного распыла воды специальными форсунками непосредственно в объем по­мещения, применения перегретой воды и т.д. Некоторые способы увлаж­нения воздуха требуют специальной подготовки воды, в частности, той или иной степени умягчения ее.

Камеры орошения представляют собой устройства, в которых вода разбрызгивается с помощью форсунок. При контакте воздуха с каплями воды за счет процессов тепло- и массообмена происходит изменение тем­пературы и влажности обрабатываемого воздушного потока. Камеры орошения состоят из одного или двух коллекторов, к которым присоеди­няются трубные стояки. На стояках крепятся форсунки для распыла воды. В зависимости от количества коллекторов камеры бывают одно- и двух­рядными, с распылом воды «по» и «против» потока воздуха. На выходе из камеры устанавливается каплеуловитель, дополнительно с целью умень­шения каплеуноса скорость во фронтальном сечении ее ограничивается = 3м/с. На входе может предусматриваться стабилизатор, обеспечиваю­щий равномерное по сечению поле скоростей воздушного потока. Раз­брызгиваемая вода собирается в поддоне, циркуляция ее по системе водо­снабжения осуществляется с помощью насоса, имеются также инженер­ные системы подготовки, нагрева (охлаждения) воды и создаются необходимые условия для обслуживания камеры. Камеры орошения с системой обеспечения циркуляции и поддержания требуемых параметров воды представляют собой сложные и дорогостоящие комплексы. Введе­ние их в состав кондиционера существенно повышает его стоимость. По этой причине в последнее время применяют оросительные камеры, рабо­тающие только в адиабатическом (изоэнтальпийном) режиме, т.е. без сис­темы охлаждения (нагрева) циркулирующей воды.

В орошаемых слоях вода подается на смачиваемые поверхности на­садки или элементов слоя. Они имеют меньшую по сравнению с камерами орошения удельную площадь контакта воздуха с поверхностью воды (м²/м³), меньшую эффективность процесса увлажнения и ощутимо мень­ший коэффициент орошения.

Паровые увлажнители состоят из генератора пара (для испарения воды преимущественно применяется электрическая энергия), паропровода, фор­сунок или коллектора ввода пара в воздушную среду, трубопровода отвода конденсата. Ввиду высокой стоимости электроэнергии применение паро­вых увлажнителей должно обосновываться технико-экономическими рас­четами.

Все устройства увлажнения воздуха должны обеспечиваться система­ми автоматического регулирования режима работы и в обоснованных слу­чаях могут иметь обводной канал с клапаном.

Осушка воздуха может осуществляться различными способами, в том числе и с помощью контактных аппаратов. При контакте в них воздуха с водой, температура которой ниже температуры точки росы для данных па­раметров воздуха, водяные пары конденсируются на водной поверхности. В контактных аппаратах осушка воздуха может осуществляться и при взаимодействии его с растворами сорбентов (бромистого лития, хлористого кальция, гликолей). Такой контактный аппарат по структуре близок к уст­ройству оросительных камер и дополнительно в нем имеются инженерные системы для регенерации раствора путем выпаривания поглощенной влаги. Жидкие сорбенты обладают достаточно высокой коррозионной активно­стью и по этой причине такие системы изготавливаются из специальных материалов и имеют высокую стоимость. Для осушки воздуха могут при­меняться и твердые поглотители (твердые сорбенты). К ним относятся селикогель, алюмогель, активированный уголь и др. Из этих веществ форми­руются кассеты, через которые и пропускается осушаемый воздух. Как правило, в этом случае в установке имеется минимум две кассеты. Одна работает в режиме поглощения влаги, другая - в режиме регенерации. Ре­генерация осуществляется путем подогрева сорбента и выпаривания улов­ленной влаги.

При конденсации влаги на поверхности воды или сорбента выделяется теплота парообразования. По этой причине процесс осушки воздуха всегда сопровождается повышением его температуры.

Осушка воздуха может осуществляться и при контакте его с холодны­ми поверхностями, температура которых ниже температуры точки росы. Часто для этого используются воздухоохладители.

Секция очистки воздуха, часто которую называют секцией фильтра­ции, предназначена для снижения в обрабатываемом воздухе концентрации механических примесей и доведения этого параметра до уровня ниже ПДК. Второе назначение секции фильтрации - защита теплообменных поверхно­стей (в утилизаторах теплоты, калориферах и воздухоохладителях) от за­грязнений механическими примесями. В современных кондиционерах для очистки воздуха от пыли чаще всего применяется фильтрация его через полотна и реже через ткани, отсюда вытекает применение в терминологии частного случая очистки воздуха с помощью фильтрации для наименова­ния секции очистки. В секциях грубой очистки могут применяться металлизированные сетки и ткани из синтетических волокон. Конструктивно фильтрующие элементы могут быть оформлены в виде ячеек (панелей), гофрированных листов, карманов различной длины

Размеры карманных и ячейковых фильтров положены в основу вы­бора размеров и формы поперечного сечения кондиционера на основе размеров модуля фильтрующего элемента. Некоторыми производителями в качестве фильтрующего элемента приняты карманные и ячейковые фильтры на направляющих с размером модуля 610x610 мм (и его произ­водные 610x305 и 305x305 мм), другими - фильтрующие элементы, раз­мещаемые на каркасе с размером модуля 428x428, или 490x490 или 592x592 (592x287) мм.

Требуемая площадь фильтрации и вытекающий отсюда набор фильт­рующих элементов определяет размер поперечного сечения кондиционера. Следует отметить также, что при выборе размера поперечного сечения кондиционера учитываются также ограничения на скорость движения воз­духа в поперечном сечении камер орошения и воздухоохладителей с мок­рым режимом эксплуатации (по условиям отсутствия каплеуноса).

Полотна представляют собой нетканый материал с произвольным расположением тонких полиэфирных или иных волокон (путанка). По­лотна характеризуются толщиной (мм), плотностью (кг/м²) и толщиной нити, чаще всего выражаемой с помощью внесистемной единицы - текс. Количество «текс» численно равно массе нити длиной 1 км или метр, со­ответственно в граммах или в миллиграммах (г/км = мг/м). Чем меньше толщина полотна при одинаковой плотности или чем выше плотность при одинаковой толщине, а также чем меньше значение текс при одинаковой толщине и плотности - тем меньше пористость полотна и тем выше сте­пень очистки воздуха. С уменьшением текс при одинаковой плотности и толщине полотна уменьшается размер пор, такие материалы улавливают частицы меньших размеров.

Образующие фильтровальное полотно волокна относятся к классу синтетических материалов, они характеризуются низкой гигроскопично­стью; высокой кислотостойкостью и устойчивостью против действия орга­нических растворителей; низкой термостойкостью (рабочая температура до 60°С). В полотно могут вплетаться металлические нити, придающие ему большую прочность и снижающие вероятность накопления статического электричества.

Фильтрующие поверхности вместе с элементами крепления и поддер­живающей конструкцией являются легкосъемными устройствами. В зави­симости от требуемой степени очистки и характера улавливаемой пыли в кондиционере могут применяться одна, две или три последовательно уста­новленные секции очистки воздуха.

Секции утилизации теплоты предназначены для повторного приме­нения теплоты или холода, забираемых от уходящего воздуха систем вен­тиляции и кондиционирования, от технологических потоков, местных отсосов и т.п. В системах кондиционирования воздуха в качестве утили­заторов тепловой энергии применяются пластинчатые рекуперативные теплообменники с перекрестным или противоточным движением теплоно­сителей, роторные теплообменники регенеративного типа и теплообменни­ки с промежуточным теплоносителем. В отдельных случаях применяются теплообменники-утилизаторы на тепловых трубках. Применение секции утилизации теплоты должно обосновываться технико-экономическими расчетами. Тип секции утилизации теплоты определяется характеристика­ми потоков и требованиями, предъявляемыми к помещению, в котором необходимо осуществлять кондиционирование воздуха.

Работа утилизатора оценивается температурным или тепловым коэф­фициентом эффективности. Температурный коэффициент эффективности для пластинчатых рекуператоров достигает 70%, для регенеративных теп­лообменников с вращающимся ротором - 83% и для теплообменников с промежуточным теплоносителем - до 55%.

Наибольшее применение в технике кондиционирования воздуха полу­чили пластинчатые теплообменники-утилизаторы. В случае переноса теп­лоты в теплообменнике между воздушными средами процесс может идти с конденсацией водяных паров в одном из трактов, причем в зависимости от периода года это может происходить и на тракте удаляемого воздуха и на тракте приточного воздуха. При наличии конденсации влаги теплообмен­ники комплектуются поддонами для сбора конденсата и сепараторами для предотвращения уноса капель в последующие элементы воздушного трак­та. При работе утилизатора в зимнее в зоне конденсации возможно обмер­зание теплопередающих поверхностей и зарастание снеговой шубой про­точных частей теплообменника. В этих случаях предусматривается управ­ление режимом работы с помощью средств автоматизации и установка обводных клапанов, а нижнее рабочее значение температуры «холодного» теплоносителя ограничивается. Например, нижний предел температуры наружного воздуха в зависимости от параметров удаляемого воздуха в среднем ограничивается уровнем -5°С.

Вентиляторы в СКВ предназначены для организации перемещения по воздушным трактам требуемого количества воздуха. В установках конди­ционирования применяются вентиляторы и вентиляторные агрегаты. По­следние кроме привода и собственно вентилятора включают несущую ра­му, передачу, виброизоляторы, при необходимости направляющий аппарат и средства управления. Вентиляторный агрегат монтируется в вентилятор­ной секции, что позволяет без существенных трудностей изменять направ­ления подвода и отвода воздуха. Наибольшее применение в кондиционерах получили радиальные вентиляторы с загнутыми назад и вперед лопатками, в случае большой производительности - с двухсторонним всасыванием. В настенных блоках сплит-систем применяются диаметральные вентилято­ры и редко в некоторых автономных установках диагональные. Электро­привод вентиляторов может быть одно- и многоскоростным. Регулирова­ние частоты вращения ротора привода может осуществляться и с помощью преобразователей частоты тока.

Неотъемлемой частью СКВ является и система воздухораспределения. Воздух, приготовленный в установке комфортного кондиционирова­ния с соблюдением всех требований, при не соблюдении требований по нормированию его подвижности, температуры и влажности в рабочей или обслуживаемой зоне может создать в помещении зону дискомфорта.

Для ассимиляции тепло- и влагоизбытков приточный воздух на вы­ходе из воздухораспределителя имеет температуру и влагосодержание меньшие, чем в рабочей или обслуживаемой зоне. По пути к ней эта раз­ность должна уменьшится до допустимых значений. Эту задачу и решает система воздухораспределения. Кроме того, в рабочей или обслуживае­мой зоне должна соблюдаться нормируемая подвижность воздуха. Повы­шенные скорости движения воздуха формируют ощущение «сквозняка». Для раздачи воздуха в СКВ применяются различные типы воздухораспре­делителей, формирующие прямоточные, веерные, конические, закручен­ные, каскадные и др. струи, имеющие различную интенсивность падения температуры и скорости потока по мере удаления его от воздухораспреде­лителя. Правильный выбор места расположения, типа воздухораспре­делителя, его размера и количества применяемых воздухораспределите­лей обеспечивает комфортное состояние воздуха в обслуживаемой зоне помещения.

Широко применяют кондиционеры, в которых для изменения темпе­ратуры и влагосодержания воздуха реализуются процессы тепло- и массообмена путем непосредственного контакта его с водой в контактных аппаратах (форсуночные камеры, орошаемые насадки и слои и т.п.). Тепловлажностная обработка воздуха осуществляется также с помощью пара, жидких и твердых сорбентов. Изменение только температуры воздуха осуществляется с помощью теплообменников, в которых теплота переда­ется воздуху от теплоносителя через разделяющую стенку. Как правило, в качестве этой стенки применяются оребренные трубные поверхности. Такие теплообменники называются калориферами, а при отводе теплоты от обрабатываемого воздуха с помощью холодоносителя или хладоагента - воздухоохладителями.