8.2. Системи опалювання, вентиляції і кондиціювання повітря
Відомі різноманітні системи опалювання, вентиляції і кондиціювання повітря (ОВКП), кожна з яких має свої переваги і недоліки регулювання. Розглянемо тільки ті, які найчастіше зустрічаються, а також ефективніші способи їх регулювання. В кінці розділу розглянені системи нового типу, що включають сонячні установки.
8.2.1. Системи з підігрівом
Багатозональна система ОВКП з підігрівом показана на рис. 9.1. Центральний вентилятор 1 засмоктує суміш рециркуляційного і зовнішнього повітря в повітроохолоджувач змієвикового типу 2 з холодною водою і розподіляє його по каналах, в які вбудовані змійовики 3 з паровим обігрівом. Кожен канал обслуговує окрему зону, в якій температура регулюється за допомогою «ведучого» регулятора (п.1-1). Цей регулятор задає температурне завдання "веденому" регулятору (п1-2), давач якого розташований в повітряному каналі після змієвикового підігрівача. Ведучий регулятор, відкриваючи або закриваючи паровий клапан, підтримує в діапазоні задану температуру.
Показана на рис. 8.1 система регулювання є звичайною для більшості установок з підігрівом. Кількість рециркуляційного повітря, що змішується із зовнішнім повітрям, визначається температу-
рою суміші, яка підтримується на рівні 12,8°С. Протягом опалювального сезону до підігрівачів необхідно підводити достатню кількість пари для нагріву цього повітря до будь-якої температури, яка підтримується в окремих зонах. Кількість зовнішнього повітря береться не відповідно до потреби, а так, щоб, температура суміші задовільняла довільно заданому значенню 12,8°С. Отже, витрата зовнішнього повітря перевищує потребу, поки необхідне підведення тепла. Проте в тих випадках, коли завдяки сонячній радіації або внутрішнім джерелам тепла в зоні температура перевищує потрібну, регулятори перешкоджатимуть зниженню температури повітряної суміші нижче 12,8°С.
Коли регулятор температури повітряної суміші не може підтримувати температуру нижче за 15,6°С, він на виході вентилятора включає подачу охолодженої води. Така схема менш ефективна при температурі зовнішнього повітря 15,6-21,1 °С, особливо при його високій вологості. Зовнішнє повітря охолоджується і осушується, а потім знов нагрівається відповідно до завдань ведучих регуляторів. Процес осушення пов'язаний з відносно високим тепловим навантаженням; проте навіть при нагріві до 21,1 °С повітря відчувається неприємно холодним для такої пори року. Більше того, збільшення значення завдання температури ведучого регулятора спричинить збільшення споживання пари, підвищення температури рециркуляційного повітря, а отже, і збільшення теплового навантаження. Таке неузгоджене регулювання призводить до втрат енергії, не забезпечуючи комфортних умов.
Рис. 8.1. ФСА багатозональної системи з підігрівом.
1 - центральний вентилятор; 2 - повітроохолоджувач; 3 - повітрообігрівник. 1-1 - ведучий регулятор температури; 1-2 - ведений регулятор температури; 2-1 - регулятор, який підтримує температуру на рівні 15,6 °С; 3-1 - регулятор, який підтримує температуру на рівні 12,8 °С;
Система, показана на рис. 8.2, забезпечує узгоджене регулювання процесів опалення, охолоджування і вентиляції, забезпечуючи економію енергії і покращення комфортності умов. Аналогічно іншим системам, описаним в даній книзі, ця система заснована на регулюванні положення деякого вибраного клапана.
Парові клапани в цих системах, як правило, закриті; зазвичай регулюючий орган цих клапанів переміщається з відкритого положення в закрите у міру того, як сигнал надлишкового тиску повітря зростає від 27,6 до 55,2кПа. Якщо сигнали, що йдуть до всіх парових клапанів підігрівана, порівнюються в селекторі верхнього рівня, то найбільш закритий клапан повинен утримуватися в закритому положенні при надлишковому тиску 62кПа регулятором положення клапана, який послідовно керує подачею зовнішнього повітря і холодної води. Якщо сигнал вибраного клапана нижче 62кПа, то регулятор положення клапана буде поступово закривати клапан подачі холодної води, а потім і клапан зовнішнього повітря, доки надлишковий тиск не зросте до 62кПа. Якщо в усталеному режимі потрібне підведення тепла відповідно до завдання ведучого терморегулятора, то холодна вода і зовнішнє повітря відключаються. При цьому у вибраній зоні не проводиться одночасний нагрів і охолоджування, хоча такий режим можливий в якійсь іншій зоні. Якщо використовують селектор нижнього рівня, як показано на рис. 8.2, одночасний нагрів і
охолоджування виключають у всіх зонах, причому в зонах, що не відносяться до вибраних, температури підіймаються вище заданих значень.
Рис. 8.2.Схема регулятора положення клапана.
Регулятор послідовно керує подачею зовнішнього повітря і охолодженої води, коли всі парові клапани закриті.
У багатьох установках одна із зон буде постійно споживати більше пари, ніж інші зони, внаслідок особливостей її розташування, характеру руху повітряного потоку або якихось спеціальних потреб. В цьому випадку сигнал, що подається на паровий клапан такої зони, може подаватися безпосередньо на регулятор положення клапана, оскільки автоматичний вибір в даному випадку є зайвим. Коли немає зони, у якої потреби в парі значно більше, ніж у інших, для регулювання може використовуватися один сигнал положення клапана, зразковий для всієї групи. Це значно спрощує систему регулювання, особливо в тих випадках, коли парові клапани знаходяться на значній відстані один від одного. Така ситуація частіше зустрічається в двоканальних системах, описаних нижче, ніж в системах з підігрівом, в яких всі нагрівачі згруповані біля вентилятора.
Узгоджене регулювання розширює робочий діапазон системи. Інтенсивне тепловиділення або сонячна радіація, викликаючи підвищення температури в деякій зоні, повинні привести до закривання парового клапана цієї зони. В цьому випадку регулятор положення клапана при необхідності реагує так, що температура повітряної суміші знижується до 1,7°С, щоб умови в зоні знову відповідали діапазону регулювання температури. Регулятор температури повітряної суміші обмежує її температуру значенням 1,7°С шляхом блокування регулятора положення клапана, щоб захистити змійовики охолодженої води від замерзання.
У режимі із температурою 15,6-21,1 °С і високою вологістю охолодження не застосовують, доки не досягнуті умови, при яких в зону подається тільки зовнішнє повітря без підігріву. Це призводить до підвищення вологості в зоні, покращуючи комфортність без нагріву або охолодження повітря. Якщо температура в зоні починає підвищуватися, включається лише охолоджування, достатнє для підтримки температури поблизу заданого значення при закритому паровому клапані. Як і в інших випадках застосування регуляторів положення клапана бажана тільки інтегральна дія достатньо повільна, щоб контур ведучого регулятора встигав реагувати на охолоджування.
Коли температура зовнішнього повітря перевищує температуру рециркуляційного повітря, то не буде забезпечене подальше охолоджування. При цьому диференційний термовимикач закриває заслінку зовнішнього повітря. Дія вимикача може також бути засновано на різниці ентальпій, якщо вологість рециркуляційного повітря значно відрізняється від вологості зовнішнього повітря. Коли система подачі охолодженої води не функціонує, цей термовимикач повинен переводитися в неробоче положення. В більшості північних регіонах холодильні установки відключають на період з жовтня по травень. Якщо температура зовнішнього повітря в цей період підвищується до високих значень, вказаний термовимикач може закрити заслінку зовнішнього повітря, повністю припиняючи охолоджування. Це обов'язково відбудеться, якщо регулювання засноване тільки на температурі зовнішнього повітря. Якщо ж воно засноване на різниці температур зовнішнього і рециркуляційного
повітря, то температура рециркуляційного повітря може підвищуватися тільки до температури зовнішнього повітря.
На рис. 8.1 показана заслінка для подачі мінімальної кількості зовнішнього повітря, що забезпечує мінімально необхідний ступінь вентиляції; заслінка автоматично закривається при виключенні вентилятора.