Системы кондиционирования воздуха

Системы автоматизации установок  для обработки воздуха можно  разделить на три основные группы: со специализированными устройствами управления, комплексные и интеллектуальные. Рассмотрим каждую из них.

 1. Системы со специализированными устройствами управления

Эта группа включает: системные  решения с применением стандартных  промышленных регуляторов и реализующие  один алгоритм управления; системные  решения с применением улучшенных промышленных регуляторов, выполняющие  дополнительные функции (например, коррекцию  по температуре теплоносителя или  наружного воздуха).

 В состав системы  автоматизации первой группы  входят (Рис.1):

- щит управления со  встроенным регулятором (центральным  модулем);

- терминал управления  пользователя, установленный на  стенку щита или отнесенный  в рабочую зону помещения; 

- исполнительные механизмы  воздушных клапанов и вентиляторов, термостаты, датчики, реле давления  и др.;

- исполнительные механизмы  двух- или трехходовых клапанов, наружный, комнатный и канальные  датчики температуры, термостат  по обратной воде и др.

 Аппаратура управления  и регулирования выполняет следующие  функции: 

- осуществляет управление  работой вентиляционного агрегата;

- обеспечивает регулирование  процессов подготовки воздуха; 

- контролирует состояние  выносных датчиков и работу  исполнительных механизмов;

- выводит индикацию режимов  работы и аварийную сигнализацию  на терминал управления;

- осуществляет защиту  элементов установок; 

- обеспечивает местное  и дистанционное управление;

- другие функции по  заданию. 

Рис. 1. Пример системы  автоматизации приточно-вытяжной установки

Для таких систем разработана  серия унифицированных щитов  автоматики, которые спроектированы применительно к 10 основным технологическим  схемам обработки воздуха с качественным регулированием параметров.

Системы автоматизации первой группы получили наиболее широкое применение, так как просты в монтаже и  обслуживании. В большинстве случаев контуры регулирования автономны. Технико-экономическая эффективность применения унифицированных щитов автоматики кондиционеров достигается за счет сокращения затрат на проектирование и изготовление оснастки щитов, уменьшения затрат на монтажные и наладочные работы. Опыт эксплуатации позволил выявить ряд недостатков этой группы систем: отсутствие взаимосвязи между работой различных установок, сложность обслуживания установок, расположенных в различных частях зданий, и др.

2. Комплексные  системы 

Ко второй группе относятся  системы с центральным диспетчерским  пультом. Примером такой системы  автоматизации могут служить  локальные сети, в состав которых  входят центральные модули и терминалы управления (Рис.2).

Рис. 2. Локальная  сеть на базе контроллеров аппаратуры управления Airtronic D

Локальные контроллеры автономно  обеспечивают работу одной из CВ или КВ, осуществляют контроль управляющих переменных (температуры, влажности, вводов/выводов, аварийных сигналов). По локальной сети осуществляется передача данных и информации от одного локального контроллера к другому. Контроллеры, подключенные к локальной сети, способны обмениваться информацией между собой, а также использовать общий сетевой ресурс. При отключении или выходе из строя терминала управления управляющая программа контроллера продолжает функционировать, осуществляя непрерывный контроль системы, записывая и архивируя поступающие данные.

3. Интеллектуальные  системы 

К третьей группе относятся  интеллектуальные системы, управляющие  группой СВ и КВ (или всеми системами) и другими инженерными системами зданий (Рис.3).

Рис. 3. Схема управления удаленными модулями

Управление удаленными модулями организуется специализированным программным  продуктом. Программа способна обслуживать  до 800 удаленных систем управления по интерфейсу RS485.

 Основные функции программы: 

- регистрация параметров  работы системы: температуры,  давления, влажности; 

- контроль аварийных  ситуаций;

- планирование действий, которые будут приняты в случае  возникновения аварийной ситуации;

- проверка работоспособности  систем;

- конфигурация параметров  удаленных систем с персональным  компьютером; 

- вывод на дисплей  сообщений с подробным изложением  аварийной ситуации;

- рассылка сообщений  с указанием параметров системы  и аварийных ситуаций в бумажном  и электронном виде;

- связь с удаленными  рабочими станциями и отсылка  SMS сообщений; 

- вывод на печать диаграмм  работы, отчетов, параметров системы; 

- другие функции по  заданию. 

 

Персональный компьютер (ПК) автоматически контролирует работу и состояние отдельных CВ и  КВ, регулирует параметры воздуха  в кондиционируемых помещениях, оптимизирует работу и осуществляет регистрацию  параметров в различных точках СВ и КВ.

Эффективность работы СКВ  достигается определением оптимальной  в данный момент времени последовательности обработки воздуха в кондиционере по минимуму энергозатрат, оптимизацией работы других агрегатов (например, теплоутилизаторов).

Отметим основную тенденцию  при заказе систем автоматизации  установок: 2–3 года тому назад больше внимания уделялось точности поддержания  внутренних параметров, а вопросы  расходования тепловой и электрической  энергии считались второстепенными. В настоящее время положение  изменилось: первостепенным назначением  систем управления считается обеспечение  оптимальных процессов обработки  воздуха и поддержание необходимых  параметров при минимальных энергозатратах. Благодаря правильной организации режимов работы СВ и КВ можно достигнуть значительной (до 40 %) экономии теплоты и холода и одновременно добиться уменьшения капитальных затрат.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет систем кондиционирования  воздуха с центральными кондиционерами  и фэнкойлами

 

В последние годы в офисных и  многофункциональных зданиях, в  торговых центрах, гостиницах и на других объектах широко применяют системы  кондиционирования воздуха с  центральными кондиционерами, подающими  в помещение некоторый расчетный  объем наружного воздуха, и фэнкойлами в качестве охладителей-доводчиков.

Попробуем разобрать методику расчета  СКВ с фэнкойлами, включая построение процессов обработки воздуха на I-d диаграмме и подбор фэнкойлов, в зависимости от режима их работы.

Для систем кондиционирования воздуха  с местными доводчиками построение процессов на I-d диаграмме принципиально  отличается от построений для центральных  систем, т. к. процесс в доводчиках может идти со значительной осушкой  воздуха, а холодопроизводительность доводчиков зависит от неизвестной  до начала расчета температуры поступающего в них воздуха по сухому и мокрому  термометрам.

Поэтому для систем с доводчиками  нельзя задать на I-d диаграмме точку  с параметрами внутреннего воздуха, а можно указать лишь требуемое  значение температуры и допустимую область значений относительной  влажности или влагосодержания, что делает задачу построения процесса неопределенной.

Рассмотрим одну из наиболее распространенных схем кондиционирования воздуха, например, в офисном помещении или торговом зале (рис.1).

Рисунок 1.

На рисунке 1 приняты следующие  обозначения индексов:

н — параметры приточного наружного  воздуха, подаваемого от центрального кондиционера;

у — параметры воздуха, удаляемого из помещения общеобменной вытяжной системой;

ф — параметры приточного воздуха, подаваемого в помещение фэнкойлами;

уф — параметры воздуха, удаляемого из помещения фэнкойлами;

в — параметры внутреннего воздуха  в обслуживаемой или рабочей  зоне.

Рассматриваемая схема, безусловно, не является какой-то исключительной. Возможно размещение фэнкойлов на или в полу, на стене или под потолком, так же как и подача приточного воздуха у пола (вытесняющая вентиляция) или в рабочую зону, но это не меняет сути решаемой задачи — обеспечить требуемые параметры воздуха, включая, кроме указанных, его качество и подвижность в обслуживаемой зоне.

Составим тепловлажностный баланс для рассматриваемого помещения, который в общем случае имеет вид:

 

	(1)
	(2)

Количество сухой части приточного или удаляемого воздуха определяется по формуле

	(3)

Поскольку значения влагосодержания  обычно невелики (0,008–0,012 кг/(кг св)), то уравнения (1) и (2) можно записать в виде:

	(4)
	(5)

где G — количество воздуха, кг/ч;

I — энтальпия воздуха, кДж/(кг  св);

d — влагосодержание воздуха,  г/(кг св);

SQ_пол — суммарные полные теплоизбытки в помещении, кДж/ч;

W — суммарные влаговыделения в помещении, кг/ч.

Для определения энтальпии воздуха  необходимо знать его температуру, поэтому формулы (4) и (5) обычно дополняют  равенством:

где SQ_явн — суммарные явные теплоизбытки в помещении, кДж/ч.

Из уравнений (4) и (5) нетрудно получить формулы для расчета количества воздуха, подаваемого фэнкойлами, при условии, что G_н = G_у:

	(7)
	(8)

Аналогичную формулу можно получить и из уравнения (6), но поскольку процессы в помещении и в фэнкойлах идут с изменением влагосодержания воздуха, то дальнейший расчет следует выполнять по формуле (7).

В приведенных выше уравнениях нет  двух параметров, которые интересуют нас в первую очередь и являются нормируемыми или требуемыми: температуры  t_рз и относительной влажности j_рз в рабочей или обслуживаемой зоне.

Обычно для связи параметров воздуха в рабочей зоне с параметрами  приточного и удаляемого воздуха  используют коэффициенты воздухообмена  К_t и K_d [1]:

	(9)
	(10)

Причем для рассматриваемых  систем кондиционирования воздуха  необходимо вводить по два разных значения: К_t и K_d (отдельно для центрального кондиционера и для фэнкойлов). В общем случае значения коэффициентов воздухообмена зависят от способа организации воздухообмена, типа воздухораспределителей, расположения приточных и вытяжных отверстий относительно друг друга и источников выделения тепла и вредностей и ряда других факторов.

Эти вопросы достаточно подробно рассмотрены  Г. М. Позиным. Однако для офисных и многофункциональных зданий при высоте помещений 2,8–3,5 м и при схеме организации воздухообмена сверху-вверх надо очень хорошо подобрать и расположить приточные и вытяжные плафоны, чтобы получить К_t = 1. Даже при вытесняющей вентиляции при подаче приточного воздуха непосредственно у пола значения К_t для офиса и зала заседаний, рассчитанные при высоте обслуживаемой зоны 1,8 м, не превышают 1,25 м.

В любом случае, используя коэффициент  воздухообмена или полагаясь  на личный опыт, проектировщик должен принять значения температур t_у и t_уф с учетом температуры воздуха в рабочей зоне и размещения вытяжных плафонов и фэнкойлов. Расчет полных теплопоступлений от людей, освещения, оргтехники, компьютеров и солнечной радиации, а также влаговыделений не требует каких-то пояснений (рисунки 2 и 3 приложения).

Расчетный объем наружного воздуха  следует определять как:

• минимальный, требуемый по санитарным нормам;

• необходимый для компенсации местных отсосов и создания подпора в кондиционируемом помещении;