Кондиционирование. Классификация систем вентиляции и кондиционирования. Области применения и типы кондиционирования.
Кондиционирование представляет собой систему для создания и поддержания комфортного или требуемого качества воздуха ( температура , влажность , чистоту и CO 2, концентрацию пыли), независимо от погодных условий , выделяемых в помещениях излишков тепла и вредных выбросов. Система кондиционирования воздуха имеет задачу обеспечения воздуха помещения с определенными параметрами и последующее поддержание этих параметров в не зависимости от внешних факторов. В бытовом смысл под кондиционированием часто понимается исключительно охлаждение воздуха в объеме помещения.
Функции кондиционирования воздуха:
1. Изменение температуры воздуха (нагревание или охлаждение)
2. Изменение влажности (увлажнение или осушение)
3. Удаление вредных компонентов воздуха (фильтрация с рециркуляцией, замена отработанного воздуха на свежий наружный воздух или комбинация этих способов.)
4. Изменение локальной скорости воздуха.
Бытовые системы кондиционирования воздуха часто не владеют всеми этими функциями, но в бытовом плане кондиционированием называют любую систему если у ней доступна хотя бы функция охлаждения.
Кондиционирование воздуха применяется в промышленных, рабочих и жилых помещениях, а также на судах, поездах и других транспортных средствах. Кондиционирование обеспечивает необходимые условия микроклимата в помещениях для технологических процессов или комфортные для человека. Как правило, комфортные параметры микроклимата для человека составляют температур окружающего воздуха около 22 ° С и относительную влажность воздуха около 50%.
Классификация систем вентиляции и кондиционирования воздуха
Классификация систем вентиляции и кондиционирования воздуха приведена в соответствии с немецким стандартом DIN EN 13779. Хотя в России данный стандарт не применяется нижележащая таблица хорошо характеризует возможности систем кондиционирования и вентиляции.
| категория | вентиляция | отопление | охлаждение | увлажнение | осушение | название |
|---|---|---|---|---|---|---|
| THM-C0 | Х | - | - | - | - | Система вентиляции без подогрева |
| THM-C1 | Х | Х | - | - | - | Система вентиляции с подогревом или системой воздушного отоплени |
| THM-C2 | Х | Х | - | Х | - | Кондиционирования воздуха с увлажнением |
| THM-C3 | Х | Х | Х | - | частично | Кондиционирования воздуха с функцией охлаждения |
| THM-C4 | Х | Х | Х | Х | частично | Кондиционирование воздуха с охлаждением, увлажнением и частичным осушением |
| THM-C5 | Х | Х | Х | Х | Х | Кондиционер со всеми функциями (или в просторечии полное кондиционирование ) |
Преимущества и недостатки кондиционирования воздуха
Влияние кондиционирования воздуха на комфорт жилого помещения и продуктивности работы в офисе или на производстве носит противоречивый характер и зависит от многих индивидуальных факторов. Преимущества системы кондиционирования:
• Обеспечивает постоянный доступ свежего воздуха.
• Обеспечивает охлаждение воздуха. При температуре окружающего воздуха около 20 °С достигается наилучшая работоспособность. При 28 ° С, работоспособность снижается до 70%, а при температуре 33 ° С до 50%.В Германии существует норматив (ASR A3.5) по которому температура в рабочих комнатах не должна превышать 26 ° С. В России верхний передел температуры на рабочих местах не ограничен.
• Для производственных процессов происходит очистка воздуха от загрязнений, что благотворно сказывается на здоровье человека.
Недостатки системы кондиционирования:
• При неправильном, не своевременном обслуживании системы вентиляции и кондиционирования в данных системах могут развиваться вредные бактерии и микроорганизмы, что негативно сказывается на здоровье и самочувствии человека в обслуживаемых помещениях.
• Увеличенная потребляемая электрическая и тепловая нагрузка здания. Для большинства крупных городов данное увеличение является настолько большой проблемой, что в ряде случаев приходится отказываться от систем вентиляции и кондиционирования из-за невозможности получить необходимые мощности от поставщиков.
• Если хладагентR410A, выпущенный в окружающую среду способствует глобальному потеплению и разрушению озонового слоя.
• Комнатная температура часто регулируется «по максимуму», что может привести к простуде в летнее время года при использовании кондиционера. Рекомендуется, установка температуры помещения не более чем на 6 ° С ниже температуры окружающей среды. В большинствеслучаев данное решение реализуется с помощью автоматической регулировки – самый простой пример – климат-контроль в машине и кондиционер в автомобиле. В первом случае имеется автоматическая регулировкатемпературы, а во втором кондиционер работает всегда на максимальный холод.
Центральное кондиционирование.
Центральное кондиционирование подразумевает централизованную обработку воздуха (фильтрация, охлаждение, осушение и увлажнение) для всего здания в помещениях вент камер и последующую транспортировку кондиционированного воздуха по системе воздуховодов непосредственно в обслуживаемые помещения. В центральных системах кондиционирования различают системы кондиционирования с водяными доводчиками (системы воздух + вода) и системы центрального кондиционирования только воздухом (только воздух):
• Системы центрального кондиционирования с доводчиками – системы кондиционирования воздух / вода
Часть контроля температуры (доводка) осуществляется в этой схеме с помощью воды и доводчиков температуры (радиаторы, фанкойлы), Тогда как общая подготовка воздуха (фильтрация, увлажнение и осушение остаются в центральном блоке). Эта конструкция позволяет обеспечить быстрое охлаждение / нагрев помещения даже при умеренном расходе воздуха. Данная система поучила почти повсеместное распространение для жилых и общественных зданий гражданоского назначения (жилые, офисные, торговые центры) ввиду удобства регулирования температуры в каждом помещении,более низкой цены относительно только воздушных систем кондиционирования.
• Только воздушные системы
В этой конструкции полное кондиционирование помещения осуществляется исключительно подаваемым воздухом. Вода в данных системах либо не учувствует вовсе, либо присутствует только в помещениях вент камер. Только воздушные системы используются для кондиционирования больших пространств, таких как театры, аудитории, театры, конференц-залы. Часто только воздушные системы можно встретить в индивидуальном жилищном строительстве – у нас это называют системы воздушного отопления. Хотя в России данные системы не особо распространены для частного домостроения США данные системы носят преобладающий характер.
Центральные системы кондиционирования считаются проверенными и надежными. Они в состоянии обеспечить необходимые требования к качеству воздуха, низкий уровень шума, обеспечение необходимой влажности и температуры в кондиционируемом помещении. Пространственная концентрация основных структурных компонентов в одном месте обеспечивает экономические преимущества с точки зрения энергоэффективности, технического обслуживания и гигиены
Центральные системы вентиляции и кондиционирования позволяют вести комплексную и эффективную энергосберегающую обработку воздуха в помещении. Ввиду как правило больших объемов кондиционирования воздуха центральные системы позволяют использовать решения недоступные для местного кондиционирования – использование – адиабатное испарительное охлаждение, эффективное использование тепла в здании целиком (при использовании в ряде помещений охлаждения отбираемое из охлаждаемых помещений можно использовать для обогрева помещений, нуждающихся в тепе (два фасада здания в переходные периоды года – солнечный фасад испытывает необходимость в охлаждении, а теневой наоборот в обогреве) либо на подогрев горечей сантехнической воды ( используемой на кухнях, в ванных комнатах, спортивных центрах
Центральное кондиционирование не смотря на все его неоспоримые плюсы как правило возможно только при новом строительстве и должно закладываться на этапе проектирования либо при глобальной реконструкции.
Децентрализованное кондиционирование
Родоначальником и глобальным представителем децентрализованных кондиционеров являются оконные кондиционеры. Они появились как логичный шаг от простого окна, которое по сути является примитивным естественным кондиционером – открыв окно для проветривания мы охлаждаем помещение, улучшаем качество воздуха, выравниваем влажность воздуха. Основным назначением децентрализованных кондиционеров является модернизация (либо устройство) установоккондиционирования в отдельных помещениях.
Децентрализованные установки кондиционирования устанавливается в основном в конструкции подшивного потолка либо отдельным блоком на полу подсобного помещения.
Недостатки:
-Нехватка выделенных мощностей либо их полное отсутствие (к примеру в жилой квартире отсутствует возможность использовать для подогрева приточного воздуха горячую воду и единственным способом для центральной части России является электрический подогрев. А на электрический подогрев возможна нехватка мощности и стоимость этого подогрева как правило приблизительно в 5 раз дороже подогрева горячей водой)
-Необходимость выделения места под данную систему кондиционирования.
-Ввиду небольших объемов кондиционируемого воздуха часть оборудования на рынке просто отсутствует.
-Стоимость при прочих равных условиях как правило выше центрального кондиционирования.
Плюсы:
-Децентрализованная система кондиционирования может быть установлена практически в любом здании и в любом помещении.
-Независимость системы кондиционирования от других помещений – как следствие возможность создать более полноценную систему кондиционирования именно для данного помещения или группы помещений.
Сплит – системы кондиционирования.
Разновидность децентрализованной системы кондиционирования воздуха в виде разнесенного устройства, сжатие хладагента происходит в наружном блоке на открытом воздухе, в то время как обработка воздуха (циркуляция, фильтрация и контроль температуры) выполняются во внутреннем блоке, находящимся непосредственно в помещении. Многие небольшие приборы только в комнате воздух циркулирует и охлаждается в процессе. Многие системы доступны с возможностью работы на обогрев. Коэффициент трансформации электрической энергии в тепловую у современных моделей равен 1:4 – на выработку 4 кВт тепла или холода тратится 1 кВт электроэнергии. Но большинство присутствующих на рынке моделей сплит-систем имеют коэффициент трансформации 1:3.
Моноблочные устройства
Вот все компоненты системы кондиционирования присутствуют в одном корпусе, который как правило находится в пространстве охлаждаемого помещения. Данный вид кондиционеров имеет гибкий шланг, через который выбрасывается горячий воздух от конденсатора. Данный шланг выводится ере окно наружу. Большинство данный устройств ориентировано на американского и европейского покупателя с окнами, открывающимися в одной плоскости (сдвижные окна). Переходники для выбросного шланга как правило ориентированы на данные окна и не очень подходят к нашим пластиковым окнам. Стоит иметь ввиду, что данный вид кондиционера прост в установке – включить в розетку выставить шланг в окно, но довольно шумный – находиться постоянно рядом с таким кондиционером удовольствие сомнительное
Экология и проблемы со здоровьем
Бактериальное загрязнение
Кондиционеры являются потенциальными источниками выбросов для биоаэрозолей . Преобладающим в них среде способствует росту микроорганизмов , таких как легионелл и актиномицетов . Условия для роста этих бактерий как правило возникают из-за плохого технического состоянии испарителей и конденсаторов систем кондиционирования при отсутствии планового обслуживания и их обеззараживания и чистки. Синдром больного здания
В Европейской практике есть понятие «синдрома больного здания» Синдром больного здания часто ошибочно ассоциируется с кондиционером. Общее самочувствие зависит от шести основных факторов, из которых только первые два могут зависеть от кондиционирования воздуха. Только при условии соответствия всем критериям, здание приближается к «больному».
1. Обеспечение температурного и влажностного комфорта микроклимата помещения
2. Хорошее качество воздуха (наружный воздух вместо рециркуляции воздуха )
3. Удовлетворительное физическое здоровье людей.
4. Рабочее место разработано оптимально (отсутствие шума , достаточное освещение , никаких заметных колебаний, вибраций)
5. Хорошая рабочая атмосфера в коллективе.
6. Интересная и любимая работа
Хладагент
Использование хлорфторуглеродовгидрохлорфторуглеродов (ГХФУ) в качестве хладагентов в системах кондиционирования воздуха была широко распространена вплоть до 20 - го века. В частности, хладагент R-11 и R-12 ( "Фреон 12") были выбраны для их благоприятными свойствами в области стабильности и безопасности. Тем не менее, эти газы при попадании в атмосферу разрушают озоновый слой. Применение R-12 в 1994 году было заменено на R-134a , который не разрушал озоновый слой. Использование R-22 было разрешено до 2010 года.
Экологические альтернативы
С распространением оборудования для кондиционирования воздуха, появились и новые проблемы, такие как более высокое потребление электроэнергии, изменением климата, связанных с увеличением выбросов двуокиси углерода и разрушение озонового слоя, вызванные с вытеканием хладагента. Поэтому во всем мире ищут экологические альтернативы кондиционированию без использования фреона. Самой распространенной альтернативой на данный момент является адиабатическое увлажнение воздуха за счет испарения воды. Используют как непосредственное охлаждение воздуха путем орошения приточного воздуха, так и охлаждение с помощью теплообменников вода-воздух. Первый способ почти всегда приводит к повышению влажности воздуха, что не способствует комфорту. Второй способ используется не только в сочетании с градирнями, но и в сочетании с искусственными или естественными водоемами, вода которых выступает в роли хладагента.
Чиллеры
Кондиционирование воздуха по сравнению с обычной вентиляцией, помимо подогрева и очистки воздуха в состоянии производить его охлаждение и осушение. Для этого в вентустановке имеется отдельный теплообменник охлаждения. Для работы этого теплообменника требуется холодоноситель – как правило это либо вода, либо раствор пропилен-гликоля (для защиты от замерзания). Для подготовки этого холод носителя и охлаждения его до необходимой температуры используется холодильная машина – чиллер. Чиллер работает по тому же принципу, что и обычный кондиционер, или холодильник, но в качестве рабочих сред (которым отдается тепло или у которых отбирается тепло) используется не воздух, а вода. Обычная сплит-система представляет собой холодильную машину воздух-воздух (охлаждается воздух в помещении, тепло сбрасывается в воздух на улице). Большинство чиллеров это вода-воздух (тепло забирается из системы охлаждаемой воды и сбрасывается в наружный воздух), но существуют чиллеры вода-вода и другие модификации. Наиболее распространенная схема кондиционирования с чиллерами вода-вода используется совместно с градирнями. Потребление электроэнергии современных чиллеров 1:4, но при расчетах стоит ориентироваться на цифры 1:3, ввиду необходимости расходов электроэнергии на насосы для перекачки воды, автоматику для этих насосов, потребление электроэнергиифанкойлами Кондиционеры также все чаще используются для отопления помещений. Используется т.н. принцип теплового насоса – в данном случае испаритель и конденсатор меняются местами и кондиционер забирает рассеянное тепло из окружающей среды и перекачивает его в обогреваемое помещение. Коэффициент преобразования механической энергии в тепловую у современны моделей 1:4 – на выработку 4 кВт тепловой энергии тратится 1 кВт электрической. Стоит отметить, что данный коэффициент достигается в рекламных буклетах и технических проспектах при температуре окружающей среды +7С, и температуре в помещении +20 С, если имеется ввиду чиллер или кондиционер воздух-воздух, и при температуре воды 0С (у которой отбирается тепло) и 35 С (воды которая поступает в батареи, теплый пол или фанкойлы) – данные температуры можно найти в технических характеристиках большинства тепловых насосов. Как видно из приведенных выше цифр отопление кондиционером или чиллером как правило выгодней прямогоэлектрического отопления в 3-4 раза. Следует понимать, что при температурах ниже +7С производительность тепла снижается, а потребление электроэнергии наоборот растет и при -20С коэффициент преобразования в среднем равен 1:2. Данные системы популярны в южных регионах нашей страны – когда летом кондиционер используется дл охлаждения помещения, а зимой для обогрева. Данная система используется не только в бытовом сегменте – довольно большое количество гостиниц и торговых центров на данный момент используют для обогрева системы фанкойлов и чиллеров – во многих случаях данное решение выгоднее использования тепла от города или постройки газовой котельной – инвестиции отбиваются намного быстрее, и нет проблем с выделением мощности и согласованием. Инверторный кондиционер. В настоящее время всё большую популярность приобретают инверторные системы кондиционирования. Инверторными системами называют те системы, в которых компрессор имеет преобразовать частоты (инвертор). Простой кондиционер имеет два положения – включен и выключен. При включении обычный кондиционер работает на полную мощность, и охлаждает помещение. По достижении заданной температуры он выключается и затем включается, когда температура опять повысится. Данный процесс автоматизирован и повторяется бесконечно. В случае с инверторным кондиционером он при включении как правило работает аналогично на полную мощность, но по мере приближения к заданной температуре снижает мощность охлаждения и выйдя на заданные параметры не выключается, а поддерживает заданную температуру, работая на минимальных оборотах. Именно поэтому инвертор как правило намного тише (вентилятор работает на минимальных оборотах), дольше служат (наиболее часто ломающаяся в кондиционере деталь – это компрессор, а на долговечность компрессора влияет не столько время его работы, сколько количество циклов включения-выключения) и потребляют меньше электроэнергии (подстраиваясь под потребности, а не выдавая полную мощность)
Области применения и типы кондиционеров.
Различают различные типы кондиционеров по типу испарения:
• прямой испаритель
• косвенное охлаждение с помощью холодной воды или рассола (пропилен-гликоля, незамерзающей жидкости)
В небольших кондиционерах, таких как бытовые холодильники, мобильные системы кондиционирования, бытовые сплит-системы, крановые системы и системы кондиционирования воздуха в поездах, испаритель (внутренний блок) охлаждает непосредственно внутренний воздух. Для крупных установок кондиционирования воздуха в офисных зданиях или для охлаждения больших холодных складов применяется в основном косвенное охлаждение. В данном случае испаритель сначала охлаждает воду или раствор пропилен-гликоля, который затем поступает в систему холодоснабжения для охлаждения теплообменников приточных установок, фанкойлов и других потребителей холода.
Производительность кондиционеров варьируется в диапазоне от 2 кВт мощности охлаждения (комнатный кондиционер) до центральных холодильных систем в промышленности с мощностью охлаждения до 3 МВт на один чиллер. При необходимости получения больших мощностей собирают систему из нескольких чиллеров, ориентируясь на режимы работы и потребляемую мощность каждого из них.