1 СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ В СИСТЕМАХ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

Для современных офисных и культурно-быто­вых центров, элитных жилых комплексов и гости­ниц естественное требование - кондиционирова­ние воздуха, которое часто обеспечивается сти­хийным оснащением офисов и квартир сплит-системами с внешними блоками на фасаде здания. Однако более рационально центральное кондиционирование или общедомовая система с фанкойлами.

1.1 Метод общедомовой системы с фанкойлами

Хотя мы и отстаем от западных стран в производстве и активном внедрении систем с фанкойлами, это не означает, что в нашей стране этим вопросом не занимаются. Наоборот! И ярким тому подтверждением является показательный теплопункт общежития аспирантов КиевЗНИИЭП, где уже несколько лет происходит немало интересного.

В 1995 году системы инже­нерного оборудования здания общежития аспирантов КиевЗНИИЭП подверглись рекон­струкции на средства, выделен­ные Европейской комиссией. По проекту, выполненному Цен­тром энергосбережения Киев­ЗНИИЭП, прежняя однотрубная нерегулируемая система ото­пления была реконструирована в двухтрубную с пофасадными ветвями, а перед каждым радиа­тором был установлен термо­статический клапан. Тепловая мощность системы теперь регулируется двумя контроллерами швейцарского производства. Для подогрева воды в системе горячего водоснабжения был установлен компактный пла­стинчатый водоподогреватель, изготовленный во Франции. По­догретая вода накапливается в баках-аккумуляторах, что позво­лило растянуть во времени пи­ковую тепловую нагрузку горя­чего водоснабжения и умень­шить расходы сетевой воды. К концу 1995 года здесь был смон­тирован один из первых на Укра­ине тепловых пунктов, оборудо­ванных по-европейски. Начиная с 1996 года, в КиевЗНИИЭП про­водятся ежегодные семинары по энергосбережению, и показа­тельный теплопункт общежития на каждом из них был в центре внимания слушателей.

Одной из основных задач соз­данного в то время Центра энер­госбережения стало совершен­ствование используемой в тепло­вых пунктах зданий техники. Ка­залось бы, только что построенное с помощью западных экспер­тов высокотехнологичное устрой­ство, показываемое всем как об­разец, не может служить предме­том совершенствования.

Но руководители Центра рискнули, и с той поры западный образец подвергается постоянному улучшению. Каждо­му шагу на этом пути предше­ствует технико-экономический анализ, после чего дирекцией ин­ститута выделяются необходи­мые средства, а технический пер­сонал проводит закупки необхо­димого оборудования и выполня­ет монтаж по специально разра­ботанному проекту.

Одним из первых шагов мо­дернизации была замена вододоподогревателя горячего водоснаб­жения на более совершенный.

И не потому это было сдела­но, что французский пластинча­тый водоподогреватель был плох. Никаких претензий со стороны потребителей и обслу­живающего персонала к нему не было, вода подогревалась хорошо. Впрочем, одиннадцать четырехметровых водоподогревателей, прежде в этом теплопункте работавших, тоже неплохо спра­влялись со своей задачей. Самый несовершенный теплообменник будет работать превосходно, если он правильно спроектирован и смонтирован дол­жным образом.

Отечественные технологии, об успехах которых в свое время ежедневно сообщалось со страниц газет и научно-популярных изданий, в начале 1990-х годов исчезли мгновенно, и, казалось бы, навсегда. Зару­бежные изделия, выполненные рационально и со вкусом, очень быстро перешагнули рубеж, прежде охраняемый железным занавесом, и заполнили наш рынок, не оставив в нем места товарам, еще недавно составлявшим предмет нашей гордости. Теперь каж­дый стремится купить товар импортный, полагая, что отечественные технологии, как правило, не могут конкурировать с западными. К счастью, из этого пра­вила есть исключения.

Теплообменный аппарат производства севастопольского предприятия «Те­плообмен» привлек наше внимание своею удиви­тельной компактностью. Лучшие образцы пластинча­тых теплообменников западного производства вы­глядят мастодонтами по сравнению с изящными, вы­полненными из нержавеющей стали, трубчатыми ап­паратами, способными их заменить. Французский пластинчатый водоподогреватель нельзя назвать громоздким, но его сопоставление с интенсифици­рованным теплообменником севастопольского про­изводства не оставляет сомнений в том, какой тепло­обменник более совершенен.

Теперь вода в теплопункте подогревается в оте­чественном трубчатом аппарате, а зарубежный пла­стинчатый теплообменник сохранен как музейный образец для наглядного сопоставления.

Впрочем, вода в этом трубчатом аппарате греет­ся только восемь месяцев в году, потому что, начиная с 1998 года, с середины мая до середины сентября в показательном теплопункте работает тепловой на­сос. В летний период, когда обычно тепловые сети работают с перерывами, досаждая потребителям плановыми и неплановыми отключениями, только в общежитии КиевЗНИИЭП, единственном из всех подключенных к тепловой сети зданий, приготавли­вают горячую воду в автономном режиме, не расходуя сетевой воды, не сжигая топлива и не загрязняя окружающую среду. Теперь не тепловая сеть отклю­чает общежитие в удобное для нее время, а общежи­тие вполне обходится без тепловой сети и отключа­ется от нее на все лето.

Источником те­пла, используемого в системе горячего водоснаб­жения, служит теплота атмосферного воздуха, отни­маемая у него посредством калорифера, устано­вленного на крыше. Старый калорифер, извле­ченный из давно отработавшего свой век центрального секцион­ного кондиционера, использует­ся вновь, но теперь уже не как потребитель, а как источник те­пла. И чем интенсивнее этот ка­лорифер облучается солнцем, обдувается ветром или ороша­ется дождями, тем активнее происходит тепломассообмен на его поверхности, и тем эф­фективнее работает тепловой насос.

Для циркуляции охлажденной воды используются циркуляционные насосы системы отопления, которые летом по прямому наз­начению не работают. В сильную жару холодоноситель частично подается в систему отопления, что способствует некоторому ох­лаждению комнат общежития отопительными радиаторами. Когда жара спадает, радиаторы отключаются от системы холодоснабжения, чтобы на них не об­разовывался конденсат.

Теплота конденсации холо­дильного агента отводится из конденсатора теплового насоса в бак-аккумулятор, откуда в здание поступает горячая вода.

Несмотря на то, что все восемь лет тепловой насос работал эф­фективно, его технические воз­можности в течение этого време­ни использовались не полностью, потому что установленный на крыше калорифер работал как ох­ладитель атмосферного воздуха, в то время как холод мог бы ис­пользоваться в системе кондици­онирования.

В здании общежития имеются комнаты для приезжих, в которых холод, вырабатываемый тепло­вым насосом, мог бы потре­бляться неавтономными конди­ционерами. Такое оборудование отечественной промышленно­стью не изготавливается, а зару­бежные фанкойлы достаточно дороги для общежития, где холод для комфорта, в сущности, не требуется. В то же время трудно смириться с тем, что такой доро­гой вид энергии, каким является холод, выбрасывается знойным летом на крышу только потому, что нет подходящего оборудова­ния, способного его рационально использовать. Нужен был простой и дешевый фанкойл.

Фанкойл (англ.) - венти­лятор и змеевик. Буквально так и был сконструирован упрощенный фанкойл.

В обечайку диаметром 250 мм из оцинкованной стали вставле­ны осевой вентилятор и полимер­ная трубка, естественным обра­зом принявшая форму змеевика. В нижней точке обечайки проде­лано отверстие для дренажа.

В 2005 году изготовлен и уста­новлен в помещении теплопункта опытный образец упрощенного фанкойла.

Вот так и появился, возможно, первый в мире теплопункт с кон­диционированием. Не комфорта ради, а для возможности прове­дения испытаний упрощенного фанкойла и для оценки перспек­тив его применения.

Любой конструктор теплообменных аппаратов знает, что водовоздушные теплообменники должны быть ребристыми, а в упрощенном фанкойле приме­нены почти абсолютно гладкие трубки.

В обычных воздухоохлади­телях сечение для прохода воз­духа зажато теплопередающей поверхностью с целью лучшего их обдувания, а в упрощенном фанкойле охлаждающийся воз­дух свободно движется по оси воздуховода, в то время как теплообменная поверхность, от­несенная к периферии воздуш­ного потока, занимает лишь небольшую часть сечения аппа­рата.

Опытный образец лишен ав­томатики. Добавить к нему стан­дартный пульт управления не стоит большого труда, но нужно ли это? Если присмотреться к тому, как управляются с конди­ционерами большинство инди­видуальных пользователей, можно убедиться, что когда ста­новится холодно, они просто выключают кондиционер, на­правляя на него луч инфракрас­ного выключателя. И это несмо­тря на то, что любой кондицио­нер имеет набор опций автома­тического управления. Не будет никакой беды в том, что упро­шенный фанкойл будет упра­вляться упрощенно, вручную. Стало жарко - включил, стало холодно - выключил. Не так уж долго стоит в нашем климате жара, чтобы нужно было бороть­ся с нею непременно с помощью автоматики.

Уровень шума, создаваемого упрощенным фанкойлом, впол­не приемлем для большинства потребителей, хотя он несколько выше, чем в импортных аппа­ратах. Это, конечно, накладыва­ет определенные ограничения на область применения упро­щенных фанкойлов. Они не дол­жны применяться в помеще­ниях, к которым предъявляются жесткие требования по уровню шума. С другой стороны, потре­битель обычно готов к тому, что работающий кондиционер, в от­личие от отопительного прибо­ра, должен издавать некоторый шум.

Непрезентабельный внешний вид упрощенного фанкойла и его некоторая громоздкость не имеют значения, если он устана­вливается в пространстве за подвесным потолком или в про­изводственном помещении. От­метим, что высота фанкойла (250 мм) отвечает обычным тре­бованиям к скрытой его установ­ке в запотолочном простран­стве. Что касается дизайна, то даже фирменные фанкойлы, предназначенные для скрытой установки, не отличаются высо­кой эстетикой, более свойствен­ной аппаратам, устанавливае­мым в интерьере.

1.2 Метод центрального кондиционирования

Одним из подобных методов, активно реализуемых в мире, является применение теплонасосных установок (ТНУ). Ежегодный выпуск в США, Канаде, Японии, Швеции составляет сотни тысяч установок, а результаты применения – сокращение потребления органического топлива, сохранение окружающей среды и главное для конечного пользователя – экономичное и комфортное кондиционирование.

В нашей стране есть отдельные проекты, реа­лизованные в промышленности или в систе­мах с использованием геотермального те­пла, и практически нет внедрения ТНУ для основно­го, самого массового потребителя - ЖКХ, школ и т. д.

ТНУ отвечают задачам уме­ньшения потребления энергии от внешнего источника и обеспечения максимального комфорта: свежего воздуха, автоматическо­го поддержания требуемых параметров (те­пло - зимой и холод – летом). Они успешно заменяют или дополняют традиционные системы не только кондиционирования, но также отопления, вентиля­ции и горячего водос­набжения. Оборудование компактно, рабо­тает в автоматическом режиме и практиче­ски бесшумно. Установки даже большой мощности имеют высокую степень безопас­ности. Тепловые насосы для климатических систем «вода - воздух» поставляются в пол­ной заводской готовности и не требуют ра­бот с хладоагентом на месте. Внешним теплоносителем как в режиме охлаждения, так и а ре­жиме подогрева воздуха является вода с темпера­турой в диапазоне 4-32 °С, оптимально - 15-30 °С. Для объектов с необходимостью одновременно нагревать и охлаждать воздух используется коль­цевая система нагрева и кондиционирования воз­духа - решение, в России известное по 15-летнему опыту эксплуатации гостиницы «Ирис Конгресс Отель» в Москве. В основе кольцевой системы - циркуляционный контур с температурой воды на уровне 20-30 °С; у потребителей установлены те­пловые насосы «вода - воздух», которые охлаждают воздух в помещении и перекачивают его тепло в об­щий водяной контур или из общего водяного конту­ра перекачивают тепло в помещение, подогревая воздух. Расчетная мощность как градирни, так и теплоисточника су­щественно меньше, чем требовалась бы при тради­ционных системах кондиционирования и теплос­набжения.

Все ТНУ здания подключены к кольцевому водяному контуру и получают от него воду с одними и теми же параметрами. В ТНУ, рабо­тающих на подогрев воздуха, происходит охлаж­дение воды контура, в остальных - нагрев. Вклю­чение котла или градирни требуется только при выходе температуры воды в контуре за рекомен­дуемые границы. Вместо котла может быть другой внешний источник тепла, в частности, обратная вода теплосети.

Необходимо отметить, что кольцевые системы - наиболее активно применяемый вариант использо­вания ТНУ (в США - 85 % от общего числа в новом строительстве и при реконструкции). Эффективно применение ТНУ как дополнение к существующим системам централизованного те­плоснабжения. В сочетании с внешней теплосистемой применение ТНУ - это реальная возможность создания комфортных условий даже при неста­бильной работе теплосети, где не выдерживаются температурные и гидравлические режимы, исполь­зуя количество тепла от источника и переводя его в качество теплоснабжения. Если электрообогрев по сути заменяет плохо работающую систему отопле­ния и требует соответствующей электрической мощности, то ТНУ требуют электроэнергии в 3-6 раза меньше. В свою очередь, для теплосети снижение расчетной нагрузки и темпера­туры возвращаемой воды позволяет уменьшить диаметры и стоимость те­плопроводов (для новостроек, в су­ществующих сетях - уменьшить рас­ход сетевой воды), а переход на пони­женные параметры теплоносителя - использовать неметаллические трубы, чтобы снизить теплопотери, стоимость теплоизоляции и расход топлива на выработку электроэнергии (повысить КПД) теплоэлектроцен­тралей.