10. Устройствадляизмененияпараметроввоздуха всистемах кондиционирования воздуха

В системах кондиционирования воздуха применяются различные устройства для изменения температуры, влажности, частоты воздуха, удаления вредных или неприятных запахов, придания воздуху приятных запахов, уменьшения создаваемого шума и многие другие устройства.

1. Устройствадляочисткивоздухаотзагрязнений

Необходимость очистки приточного воздуха в системах кондициони- рования воздухаопределяется с учетом данных о запыленности наружного воздуха и требований к содержанию аэрозолей в воздухе рабочей зоны помещения. Кроме того, необходимость в очистке воздуха от пыли возникает при применении рециркуляции. По нормам проектирования рециркуляция допускается, если концентрация паров или аэрозолей в рециркуляционном воздухе не более 0,3 ПДК (предела допустимой концентрации). В ряде случаев приходится учитывать, что многие виды пыли взрыво-ипожароопасны.

С учетом содержания пыли наружный воздух характеризуют как чистый, если концентрация пыли не более 0,15 мг/м³; как слабозагрязненный, если концентрация пыли до 0,5 мг/м³; как загрязненный, если концентрация пыли составляет 1 мг/м³, и сильно загрязненный, если концентрация пыли составляет 3 мг/м³и более.

Начальная концентрация пыли в наружном воздухе зависит отхарактера местности:

• сельскаяместность,чистыйвоздухξ_н=0,15мг/м³;

• жилыерайоныпромышленныхгородов,слабозагрязненный

ξ_н=0,5мг/м³;

• индустриальные районы промышленных городов, сильнозагрязнен- ныйξ_н=1мг/м³;

• территории промышленных предприятий с большими пылевыми выбросами, чрезмерно загрязненныйξ_н≥3мг/м³.

На воздушные фильтры систем кондиционирования возлагаются следующие задачи:

а)уменьшение содержания пыли в воздухе, подаваемом в помещение, если среднесуточная или максимальная концентрация пыли в районе распо- ложения здания или вблизи места забора воздуха систематически превышает предельно допустимые величины, установленные санитарными нормами;

б)защита теплообменников и другого оборудования кондиционеров от запыления, что снижает теплотехнические характеристики воздухонагре- вателей и воздухоохладителей, увеличивает аэродинамическое сопротив- ление проходу воздуха, повышает потребление электроэнергии вентилято- рами и т. д.;

в)предохранение ценной внутренней отделки и оборудования конди- ционируемых помещений от загрязнения отложениями мелкодисперсной пыли, содержащейся в приточном воздухе;

г)поддержание в производственных помещениях предприятий задан- ной чистоты воздуха в соответствии с технологическими требованиями.

Конструкция фильтра и фильтрующий материал зависят от характера загрязнений и требуемой чистоты воздуха. В настоящее время существует большое количество разнообразных фильтров, из которых основные следую- щие:пористыефильтры,наполнительныефильтры,электростатическиефиль- тры, масляные фильтры, угольные фильтры, фотокаталитические фильтры, циклонные пылеуловители и многие другие.

1. Эффективностьфильтров

Эффективность очистки воздуха в фильтрах определяется коэффициен- том эффективности фильтраƞ_ф, %

Дляодноступенчатогофильтра

), (12.1)

гдеМ_н–начальноесодержаниепримесейввоздухе,мг/м³,М_к– конечное содержание примесей в воздухе,мг/м³.

Начальные параметры берутся из справочника в данном районе.

Конечныепараметрыопределяютсяпосанитарнымнормам(ПДК).

Прииспользованиидвухступенчатойсистемыочистки,коэффициент эффективностиƞ_ф, % равен:

), (12.2)

гдеη_ф1– коэффициент эффективности1-го фильтра, %; η_ф2–коэффициентэффективности2-гофильтра,%.

В отечественной классификации в зависимости от эффективности фильтры делятся на 3 класса:

Фильтры первого класса с коэффициентом эффективности более 99 % задерживают частицы практически всех размеров, фильтры второго класса с коэффициентом эффективности 85<η_ф<99 %задерживают частицы размером до 10 мкм и фильтры третьего класса с коэффициентом эффективности 60<η_ф<85 %задерживают частицы размером до 50 мкм.

ГОСТ Р51251-99 соответствует общепринятой в Европе и США клас- сификации фильтров: европейского стандарта EUROVENT 4/5 (европейский комитет изготовителей вентиляционного и пневманического оборудования); стандарта США ASHRAE 52-76 (Американское общество инженеров по отоплению,холодильнойтехникеикондиционированиювоздуха)идвум

стандартам Великобритании – BS 6540, применяемые для фильтров грубой и тонкой очистки, и BS 3928 – для фильтров особо тонкой очистки. Всего имеется 17 классов фильтров, среди них G1–G4 – фильтры грубой очистки, F5–F9 – фильтры тонкой очистки, Н10–Н14 – фильтры высокой эффек- тивности, U15–U17 – фильтры сверхвысокой эффективности. Первые две группы относятся к фильтрам общего назначения и применяются в любых системах вентиляции и кондиционирования воздуха. Фильтры высокой и сверхвысокой эффективности обеспечивают выполнение специальных требований к чистоте воздуха, в том числе в чистых помещениях. Стандарты для систем кондиционирования воздуха промышленных предприятий пищевых производств представленыв таблице 12.1,для специальных чистых помещений – в таблице 12.2.

Таблица12.1−Классификацияфильтровгрубойитонкойочистки

Группа фильтров	Класс фильтра	Средняяэффективность,%
		ЕС	ЕА	ЕК
Фильтры грубой очистки	G1	ЕС˂65	–	35˂ЕК
	G2	65 ≤ЕС˂80	–	35 ≤ЕК˂50
	G3	80 ≤ЕС˂90	–	50 ≤ЕК˂60
	G4		–	60 ≤ЕК˂70
Фильтры тонкой очистки	F5	–	40 ≤ЕА˂60	70 ≤ЕК˂80
	F6	–		80 ≤ЕК˂90
	F7	–	80 ≤ЕА˂90	90 ≤ЕК˂95
	F8	–		95 ≤ЕК˂98
	F9		95≤ЕА	ЕК˂98
Примечание–Обозначениявтаблице12.1: Ес–эффективность,определяемаяпосинтетическойпыливесовымметодом (по разности массовой концентрации частиц до и после фильтра); EA–эффективность,определяемаяпоатмосфернойпыли. Ек – эффективность, определяемая по кварцевой пыли согласно «Руководствупоиспытаниюиоценкевоздушныхфильтровдлясистем приточной вентиляции и кондиционирования воздуха».

2. Сухиепористыефильтр

К сухим пористым фильтрам относятся сетчатые и волокнистыефильтры.

Сетчатые фильтры представляет собой конструкцию из одного или нескольких рядов сеток. Для увеличения площади контакта сетки выпол- няютсязигзагообразно.Количествоотверстийвфильтрахот25до100на1 см², причем в первых рядах плотность отверстий на 1 см²меньше чем в последующем, а площадь ячеек больше.

Таблица 12.2 − Классификация фильтров высокой и сверхвысокойэффективности

Группа фильтра	Класс фильтра	Интегральноезначение		Локальноезначение
		эффективности, %	коэффициента проскока,%	эффективности, %	коэффициента проскока,%
Фильтрывысокойэффективности	H10	85	15	–	–
	H11	95	5	–	–
	H12	99,5	0,5	97,5	2,5
	H13	99,95	0,05	99,75	0,25
	Н14	99,995	0,005	99,975	0,025
Фильтры сверхвысокойэффективности	U	99,9995	0,0005	99,9975	0,0025
	U	99,99995	0,00005	99,99975	0,00025
	U	99,999995	0,000005	99,9999	0,0001

Сетчатые фильтры применяются для первичной, грубой очистки воздуха с коэффициентом эффективности фильтров до 80 %. Сетки фильтра могут изготавливаться из различных материалов:металла, пластика, капрона и т.д. Общий вид сетчатого фильтра показан на рисунке 12.1.

Рисунок 12.1 – Сетчатый пористый фильтр Фильтрующимматериаломволокнистыхфильтровявляетсятканный

волокнистый материал (ткань), например фланель, бязь, шерсть и др. Чем больше ворсистость материала, тем лучше способность задерживать пыль и меньше сопротивление движения воздуха. Часто в качестве фильтрующего материала используется пористая бумага, картон или бумазея. Коэффициент эффективности тканевых фильтров примерно 90 %. В бумажных фильтрах коэффициент эффективности может достигать 99 %. По конструкции волокнистыефильтрымогутбытьплоскими,карманными,рулонными,

патронными,панельнымиидругими.Общийвидкарманныхфильтровпоказаннарисунке12.2.Рулонныефильтрыпредставленынарисунке

12.3.Нарисунку12.4показанобщийвидпатронногофильтра.

1–металлическаярамка;2–карман

Рисунок12.2–Карманныйфильтрцентральногокондиционера

Рисунок12.3–Рулонныйфильтрцентральногокондиционера

Рисунок12.4–ФильтрующийэлементпатронноготипаФЭП

3. Наполнительныефильтры

Наполнительные фильтры выполнены из объѐмного нетканого мате- риала. Фильтрующий нетканый материал закреплѐн между двумя сетками с крупными ячейками. В качестве фильтрующего материала могут применятся базальтовое волокно, стеклянная вата, минеральная вата, медицинская вата и др. При необходимости материалы пропитываются бактерицидным составам. Коэффициент эффективности фильтров 95 %. Для повышения коэффициента эффективности между слоями нетканого материала прокладывают слой волокнистого материала или бумаги. Такая комбинация слоев увеличивает коэффициент эффективности до 99,9 %. Схематично наполнительный фильтр показан на рисунке 12.5, общий вид фильтра – на рисунке 12.6

Рисунок12.5–Наполнительныйфильтр

Рисунок12.6–Общийвиднаполнительногофильтра

4. Угольныефильтры

Главноепредназначениеугольныхфильтров–физическипогло-щатьмолекулыгазасвоимипорами.Активированныеугольныефильтры лучше других устраняютлетучиеиполулетучиеорганические соединенияс довольно большоймолекулярной массой. Количество фильтрующего мате- риала угольного фильтра является одной из важных определяющих его эффективности. Очевидно, что чем больше микропор содержится в угле, тем больше газа и запахов можно устранить, и тем дольше время работы фильтра, перед тем как его поры переполнятся, и фильтр необходимо будет заменить. Также важно, чтобы кроме угольных фильтров воздухоочистители оснаща- лисьфильтрамимеханической(предварительнойочистки–пылепоглощаю-

щими). Если фильтр предварительной очистки недостаточно эффективно задерживает макрочастички, они будут накапливаться в микропорах уголь- ного фильтра. Следовательно, это приведет к преждевременному насыщению активированного угля и износу фильтра. Дизайн угольного фильтра также является важным фактором, определяющим эффективность потока воздуха. Угольный фильтр с мелкодисперсным активированным углем является причиной большого сопротивления потока воздуха. Если фильтр состоит из гранул большего размера, это облегчит движение воздуха сквозь фильтр. При гофрированном дизайне фильтра, увеличивается площадь поверхности угля, что в свою очередь увеличит эффективность устранения газа (чем больше поверхность, тем больше вероятность поглощения).

Однако эти фильтры не очень эффективны при использовании в среде с высокойвлажностью. Также активированный уголь не эффективен для удале- ния газов с более низкой молекулярной массой, таких какформальдегид,сернистый ангидридидиоксид азота. Для их устранения необходимо использовать добавки, изготовленные изхемосорбентов, которые способны химически устранять эти газы. Хемосорбенты вступая вреакциюс молекулой воды, находящейся в воздухе, и молекулой газа химически их разлагают на безвредные вещества, такие какдиоксид углерода. Этот процесс называется химическим поглощением. К типичным хемосорбентам относятсяоксидалюминия,силикат алюминияиперманганат калия.

Таким образом, воздухоочистители, в которых используются только угольные фильтры, являются не столь эффективными для очистки воздуха городских помещений. Поэтому в воздухоочистителях они используются в комбинации с другими фильтрами.

При длительной работе накапливаются токсины и пыли. Сам фильтр может стать источником загрязнения, при несвоевременной смене фильтра. В городских условиях рекомендуется менять его каждые 4–6 месяцев.

5. Электростатическиефильтры

Электростатические фильтры, схема которого показана на рисунке 12.7, состоят из коронирующих и осадительныхэлектродов, расположенных друг за другом. Коронирующие электроды выполнены из большого количества тонкихметаллических проволокдиаметромоколо2мм.Осадительныеэлект- роды представляют собой металлические пластины. Коронирующие электро- ды соединяются с отрицательным электрическим полюсом, осадительные электроды – с положительным электрическим полюсом.

Загрязнѐнный воздух движется снизу вверх между коронирующими и осадительными электродами. Проходя вдоль коронирующих электродов твердые частицы пыли или аэрозоли заряжаются отрицательным зарядом. Воздух омывает коронирующие электроды в течение 2-3 секунд. Затем отри- цательно заряженные частицы притягиваются и прилипают к положительно зараженным пластинам. После соприкосновения с пластиной твердые части- цыилиаэрозолитеряютсвойотрицательныйзарядиостаютсяна

поверхностипластин.Наосадительныхэлектродахпостепеннонакапливается слой твердых частиц или аэрозолей.

Рисунок 12.7 – Схема работы электрофильтра Периодическипластинывстряхиваютсяспециальныммеханизмомили

орошаютсяпромывочнымраствором.Послеэтоготвердыечастицыили растворсбрасываютсявбункер,установленныйподфильтром.Скоростьдвижения воздуха в электрофильтрах равна 1,5–2,5 м/с. Напряжение,подаваемое на электроды, составляет 6–14 КВ. Коэффициент эффективности такихфильтровпримерно90–95%.Общийвидфильтрапромышленногоэлектрического типа ФЭКВ представлен на рисунке 12.8

Недостатком электрофильтров является повышенные мерыэлектробезопасности.

Рисунок12.8–ОбщийвидфильтраэлектрическоготипаФЭКВ

6. Фотокаталитическиефильтры

Принципиально новый подход к очистке воздуха и созданию комфорт- ных условий в помещениях дало изобретение фотокаталитического фильтра. Фотокаталитический фильтр не задерживает вредные примеси из потока воздуха,аразлагаетихдобезвредныхгазообразныхкомпонентовчистоговоз- духа на поверхности фотокатализатора, возбуждѐнного ультрафиолетовым излучением. В реакции фотокатализакатализатором служит диоксид титана TiO₂. Под действием света ультрафиолетовой лампы катализатор образуетактивныерадикалы,нейтрализующиевсенаходящиесяпоблизостивредныеве-щества, составляющие токсичные газы и неприятные запахи. Органическиемолекулыизпотокаадсорбируютсянаповерхностифотокатализатора,нанесен-ного на пористое стекло (фотокаталитический фильтр) и окисляются до угле-кислогогазаиводыподдействиемсветаотультрафиолетовойлампы.Принципустройствафотокаталитическогофильтрапредставленнарисунке12.9.

Рисунок 12.9 – Принципиальная схема фотокаталитического фильтра Молекулярныйуровень,накоторомочищаетвоздухфотокаталити-

ческий фильтр, на сегодняшний день является пределом для современной науки. В отличие от других воздухоочистителей, фотокаталитические фильтры-очистители воздуха справляются со всеми вредными примесями в воздухе. А эффективность удаления газов и запахов в 500 раз выше, чем у воздухоочистителей с угольными фильтрами. Причем, если фильтровые системы по мере забивания фильтра грязью менее эффективно очищают воздух (пока фильтр не будет заменен на новый), фотокаталитический очиститель воздуха будет максимально эффективен в течение всего срокаэксплуатации.

При использовании фотокаталитических очистителей воздуха, воздух в помещении становится стерильным и гипоаллергенным, что очень важно для многих людей, страдающих аллергией. Общий вид фотокаталитического фильтра, выпускаемого промышленностью показан на рисунке 12.10

Рисунок12.10–Общийвидфотокаталитическогофильтра

7. Масляныефильтры

Конструкции масляных фильтров для очистки воздуха весьма разнооб- разны,однаковсистемахкондиционированиявоздуханашлинаибольшеепри- менениемасляныесамоочищающиесяфильтры,какнаиболееэффективные.

Масляные фильтры представляют собой сетку натянутую между двумя валиками нижним и верхним, как показано на рисунке 12.11. Нижний валик погружен в ванну с маслом. Валики вращаются со скоростью 10 см/мин. При движении сетки по валику она замасливается за счет погружения в масло. Загрязненный воздух продувается сквозь замасленную сетку. Твердые частицы прилипают к маслу и остаютсяна сетке. Загрязненная сетка опус- кается в ванну с маслом, где твердые частицы смываются. Отделившиеся твердые частицы собираются на дне масленой ванны. Эффективностьочистки воздуха 96–98 %.

Недостатком таких масленых фильтров является насыщение воздуха парами масла, движущуюся сетчатую ленту, очищаемую от пыли в маслянойванне.

Рисунок12.11–Схемаработымасляногофильтра

Рисунок12.12–Общийвидпромышленногосамоочищающегося масляного фильтра

8. Циклонныепылеуловители

Циклонные пылеуловители применяются в основном для удаления крупных включений в воздушном потоке для деревообрабатывающих пред- приятий, поточно-крахмальных производств, заводов сахарного производст- ва, заводов сухого молока и т. д. В системах кондиционирования воздуха циклонные пылеуловители практически не используются, только как предварительные очистители рециркуляционного воздуха.

Циклонные пылеочистители, представленные на рисунке 12.13, имеют два корпуса: верхний цилиндрический и нижний конический корпус, сваренные между собой.

Рисунок12.13–Принципдействияпростейшегоциклонногопылеуловитель

К верхней части цилиндрического корпуса тангенциально приварен входной патрубок. Выходной патрубок расположен вертикально в централь- ной части цилиндрического корпуса. В нижней части конического корпуса имеется заслонка, которая закрывает отверстие для сброса твердых отходов. Под циклоном расположен бункер для сбора твердых частиц.

Загрязненный воздух через входной патрубок подается тангенциально в цилиндрический корпус циклона, при этом поток воздуха закручивается. Возникают центробежные силы инерции, которые отбрасывают твердые частицы во внутренней поверхности цилиндрического корпуса. После сопри- косновения с поверхностью твердые частицы теряют свою кинетическую энергию и остаются на поверхности. По мере накопления твердых частиц они постепенно сползают в нижний конический корпус циклона. После запол- нения цилиндрического корпуса заслонка открывается и твердые частицы падают в бункер. В настоящее время разработано большое количество цик- лонныхпылеуловителейразличных конструкций, одиниз которых показанна рисунке 12.14.

Такие циклоны применяются как правило для первичной грубой очистки воздуха перед подачей в СКВ. Эффективностьочистки меньше60 %.

1–цилиндрический корпус; 2 – коническое днище; 3 – смесительная камера; 4–системараспределительных патрубков;5 –патрубкидляподачиматериала; 6–наружнаякамерапеременногорадиуса;6,7–камеры;8–системалопастей;

9–кольцеваящельдляудалениякрупногоматериала.

Рисунок12.14–Разрезциклонногоклассификатора с аксиально-тангенциальными патрубками