КУРС ЛЕКЦИЙ по программе повышения квалификации Эксплуатация производственных объектов в ЖКХ (отопление, вентиляция и кондиционирование) 72 часа 1 СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ 2.1. Назначение и устройство систем отопления В холодный период года помещение теряет тепло через наружные ограждения. Кроме того, тепло расходуется на нагрев наружного воздуха, поступающего в помещение через неплотности, а также на нагрев оборудования и материалов. В тоже время в помещение может поступать тепло от технологического оборудования, людей, солнечной радиации и т.д. Недостаток или избыток тепла определяется из уравнения теплового баланса помещения. Если количество поступающего тепла при расчетных условиях меньше теплопотерь, требуется отопление. Отопление помещений осуществляется специальными системами, состоящими в общем случае из трех основных элементов (рис. 2.1). Ввиду многообразия технических решений каждого из элементов существуют различные варианты систем отопления (СО). Так, в качестве источника тепла используют котельные либо получают его от теплоэлектроцентралей (ТЭЦ). Для отопления коттеджей применяют местные источники тепла. В частном случае, например, отопительная печь, работающая на газовом, жидком или твердом топливе, сочетает в себе источник энергии, нагревательный прибор и условно распределительную сеть, если нагретые поверхности печи располагаются в смежных помещениях. Системы отопления подразделяют также по виду тепло- и энергоносителя на водяные, паровые, воздушные, газовые и электрические. Доля водяных СО значительная, однако в последние годы внимание специалистов привлекают эффективные электрические и газовые системы отопления, а также более удобные в эксплуатации воздушные системы. Область применения различных систем отопления зависит от назначения помещений и их категории по взрывопожарной и пожарной опасности (прил. 1). Категории помещений даны в табл. 2.1. Таблица 2.1 - Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности Применяемые в системах отопления нагревательные приборы можно разделить по основному способу передачи тепла на конвективные и лучистые. Эффективность СО связана также с видом топлива, используемого для выработки теплоносителя. В этой области наряду с традиционными видами топлива и централизованными системами энергоснабжения (газ, электроэнергия) актуальным является использование сжиженного природного газа, энергии ветра и отходов различных производств. Под энергоэффективной системой отопления подразумевается такая система, в которой энергоэффективными являются ее основные элементы: источник энергии, используемое топливо, теплоноситель и способ передачи тепла от нагревательного прибора к воздуху помещения. 2.2. Автоматизированные системы водяного отопления 2.2.1. Источник теплоснабжения Системы отопления многоэтажных зданий разного назначения присоединяются, как правило, к тепловым сетям централизованного теплоснабжения через тепловые пункты (рис. 23). Иногда в качестве источника теплоснабжения используются встроенные или пристроенные местные котельные, в том числе крышные. Автоматизированные системы водяного отопления рекомендуется присоединять к тепловой сети по независимой схеме через разделяющий их водоподогреватель (рис. 23, а). Допускается и зависимое присоединение системы к теплосети через смесительный узел с циркуляционным насосом (рис. 23, б). При этом из-за значительного гидравлического сопротивления автоматизированной системы отопления (не менее 25–30 кПа), а также из-за переменного теплового и гидравлического режима ее работы зависимое присоединение с использованием водоструйного насоса (гидроэлеватора) недопустимо (рис. 23, в). Узлы присоединения должны оснащаться средствами регулирования отпуска теплоты на отопление. 2.2.2. Параметры теплоносителя В качестве теплоносителя в автоматизированных системах следует использовать воду с едиными параметрами для всех частей здания одного и того же назначения. Предельная температура теплоносителя определяется санитарно-гигиеническими требованиями (105 °С — для однотрубных и 95 °С — для вертикальных двухтрубных систем отопления) и техническими условиями заводов — изготовителей. Рис.2.1 отопительных приборов, трубопроводов и другого оборудования для отопительных систем. В горизонтальных поквартирных системах отопления многоэтажных жилых зданий температура теплоносителя не должна превышать 90 °С, а в высотных — температуру теплоносителя рекомендуется ограничивать 80 °С. Гидростатическое давление (высота системы отопления) не должно быть свыше условного давления, применяемого в системе устройств с запасом 15–20%. В реальной практике предельная высота однозонной автоматизированной двухтрубной системы отопления составляет 75–80 м. При невозможности соблюдения этого условия систему отопления следует делить по вертикали на зоны, учитывая при этом разделениездания техническими этажами. 2.3. Схемы систем отопления Системы отопления с радиаторными терморегуляторами могут быть двух- и однотрубными (рис. 24). Для применения радиаторных терморегуляторов наилучшим образом подходят двухтрубные системы отопления В них отопительные приборы присоединены к трубопроводам параллельно. Поэтому срабатывание терморегуляторов на одних отопительных приборах системы отопления не вызывает (при определенных условиях) изменения теплоотдачи других приборов. Таким образом, автоматические радиаторные терморегуляторы изначально были разработаны именно для двухтрубных систем отопления, которым следует отдавать предпочтение как при новом строительстве, так и при реконструкции зданий любой этажности. Несмотря на ряд недостатков, связанных с последовательным соединением отопительных приборов разных этажей или помещений, однотрубные системы с терморегуляторами могут применяться в случаях реконструкции при сохранении существующего типа системы, а также в социальных жилых зданиях, возводимых индустриальными методами строительства. Двухтрубные автоматизированные системы отопления бывают вертикальные и горизонтальные. В зависимости от объемно-планировочного решения здания (наличия подвалов, чердаков, технических этажей), приня той системы теплоснабжения и т. д. магистральные трубопроводы могут прокладываться (рис. 25): • снизу системы отопления — нижняя разводка магистралей; • сверху системы — верхняя разводка; • подающий трубопровод сверху системы или снизу — смешанная разводка. Схема с нижней разводкой магистралей (рис. 25, а) наиболее предпочтительна для двухтрубных систем отопления в связи с возможностью пуска системы по мере возведения здания, удобством ее эксплуатации из-за размещения запорно- регулирующей и спускной арматуры на одном этаже, а также по причине более высокой гидравлической устойчивости. Смешанная разводка (рис. 25, в) также применяется, хотя несколько и уступает предыдущей по своим показателям. Главным преимуществом такой системы является централизованное воздухоудаление из ее стояков. Смешанную разводку магистралей целесообразно использовать при устройстве в здании крышной котельной, а также для однотрубных систем при наличии чердака или технического этажа. Рис 2.2 - Схему с верхней разводкой магистральных трубопроводов (рис. 25, б) применять не рекомендуется, так как в этом случае в стояках имеет место отрицательное гравитационное давление, препятствующее циркуляции теплоносителя и значительно снижающее гидравлическую устойчивость системы, а также затрудняющее ее пуск после летнего бездействия. Кроме того, схема с верхней разводкой не позволяет централизованно опорожнить стояки системы, усложняя процесс эксплуатации. Направление движения теплоносителя по подающей и обратной магистрали допускается предусматривать как встречное (тупиковая схема трубопроводов), так и попутное (рис. 26). Выбор тупиковой или попутной схемы определяется объемнопланировочными решениями здания. Отопительные приборы В автоматизированных системах водяного отопления могут применяться любые отопительные приборы (радиаторы, конвекторы), отвечающие санитарногигиеническим и противопо-жарным требованиям для зданий и помещений конкретного назначения, параметрам теплоносителя, конфигурации трубопроводной сети, а также пожеланиям заказчика. В вертикальных системах отопления следует применять отопительные приборы с боковым присоединением. В горизонтальных системах, учитывая способ прокладки трубопроводов (подпольный), рекомендуется отдавать предпочтение приборам с нижними (донными) присоединительными штуцерами и встроенными клапанами терморегуляторов. Отопительные приборы компания «Данфосс» не изготавливает. С техническими характеристиками приборов можно ознакомиться в каталогах фирмпроизводителей, рекомендациях по применению приборов, базе данных программ по расчету систем с помощью персональных компьютеров и различной справочной литературе. Применять в многоэтажных зданиях напольные греющие панели со змеевиками из труб в конструкции пола нецелесообразно из-за их недостаточной надежности и низкой ремонтопригодности. Кроме того, отопительные панели, обладая тепловой инерционностью, не позволяют быстро изменять их теплоотдачу и тем самым обеспечивать надлежащий температурный комфорт в помещении. При желании иметь круглогодично теплые полы в некоторых помещениях рекомендуется обогревать их с помощью электрических систем Danfoss. 2.5. Трубопроводы и запорно-спускная арматура Магистрали и стояки систем отопления рекомендуется выполнять из стальных труб. На каждом стояке в зданиях свыше 3 этажей следует предусмотреть запорную и спускную арматуру. На стояках лестничных клеток и лифтовых холлов, а также на разводящих стояках поквартирных систем отопления запорно-спускную арматуру необходимо применять при любой этажности здания. Спускная арматура стояков соединяется, как правило, стационарными трубопроводами с системой канализации здания при обеспечении разрыва струи (рис. 27, а) для контроля случайных утечек теплоносителя. При наличии дренажных приямков или трапов для спуска стояков можно допустить применение шлангов (рис. 27, б). Для стационарных дренажных трубопроводов оцинкованные или пластмассовые трубы. следует применять стальные 2.6. Компенсация тепловых удлинений На двухтрубных стояках и магистралях должны быть предусмотрены устройства для компенсации тепловых удлинений. В качестве компенсаторов прежде всего следует использовать естественные изгибы трубопроводов или предусматривать П- или Гобразные компенсаторы. При этом неподвижные опоры размещают таким образом, чтобы тепловое удлинение участка трубы между опорами не превышало 50 мм. Для компенсации тепловых удлинений могут также применяться сильфонные компенсаторы Danfoss. Для открытых трубопроводов рекомендуется использовать компенсаторы Danfoss с внутренней направляющей гильзой и наружным защитным кожухом, а для трубопроводов, прокладываемых в шахтах, допускается применять компенсаторы без кожуха Danfoss. Сильфонные компенсаторы следует устанавливать возле неподвижных опор (на вертикальных трубопроводах — ниже опоры). На трубопроводе для исключения его бокового смещения, а также поломки или заклинивания компенсатора необходимо предусмотреть скользящие опоры (рис. 28). Расстояние от опор до компенсатора не должно превышать двух диаметров трубопровода. При использовании сильфонных компенсаторов на вертикальных трубопроводах неподвижные опоры необходимо конструировать, учитывая вес трубопровода с водой. Выбор типоразмера сильфонного компенсатора и расстановка неподвижных опор осуществляются по величине удлинения трубопровода ΔL и компенсирующей способности компенсатора δ. Удлинение трубопровода ΔL, мм, может быть вычислено по формуле: ΔL = 0,012· L·(Tг – 5), (1) где L — длина прямого участка трубопровода между неподвижными опорами, м; Tг — расчетная температура теплоносителя в подающем трубопроводе, °С. В табл. 16 приведены параметры удлинения трубопровода при значениях стандартной температуры теплоносителя в подающем трубопроводе. При выборе компенсатора рекомендуется учитывать половину величины их компенсирующей способности, указанной в каталоге (не 2δ, а δ), так как нет гарантии, что компенсаторы будут монтироваться в растянутом виде. В зданиях с количеством этажей менее 8 допускается на стояках двухтрубных систем отопления условным проходом до 25 мм компенсаторы не предусматривать, а осу- ществлять компенсацию тепловых удлинений за счет отступа стояка от места его присоединения к магистрали (рис. 29). При этом должна быть предусмотрена неподвижная опора в середине стояка. Для обеспечения свободного осевого перемещения трубопроводов в местах их пересечения стен и перекрытий необходимо установить гильзы с зазором между трубой и гильзой не менее 3–5 мм, заделанным эластичным материалом. Однотрубные стояки диаметром до 25 мм со смещенными замыкающими участками вообще не требуют специальных компенсаторов. Их компенсация осуществляется за счет поэтажных поворотов к отопительным приборам, а «замертвление» — в междуэтажных перекрытиях. Тепловая изоляция Магистральные трубопроводы и разводящие стояки необходимо покрывать тепловой изоляцией. Не допускается теплоизолировать сильфонные компенсатоы и скользящие опоры, так как изоляция нарушит возможность компенсации. Тепловая изоляция может применяться из любых материалов, отвечающих требованиям пожарной безопасности. 2.8. Запорно-регулирующая арматура Радиаторные терморегуляторы Радиаторные терморегуляторы могут применяться в системах водяного отопления с насосной циркуляцией теплоносителя1) любой конфигурации со всеми известными отопительными приборами, отвечающими санитарно-гигиеническим противопожарным требованиям для зданий и помещений и конкретного назначения. Предусматривать терморегуляторы в системе отопления следует, как правило, на всех отопительных приборах. Исключение может составлять группа приборов, находящихся в одном помещении и объединенных общим трубопроводом, на котором предусматривается один общий терморегулятор. В целях экономии тепловой энергии терморегуляторы целесообразно устанавливать даже на отопительных приборах лестничных клеток, в лифтовых холлах и других «нерабочих» помещениях. При этом терморегуляторы следует оснащать термостатическими элементами с защитой от постороннего вмешательства. 2.2.9. Двухтрубные системы отопления Двухтрубные системы отопления являются наиболее совершенными для автоматического регулирования с использованием радиаторных терморегуляторов. Поэтому связи автоматические радиаторные терморегуляторы изначально были разработаны именно для двухтрубных систем отопления. Радиаторные терморегуляторы (их регулирующие клапаны) для двухтрубной системы отопления, как и традиционные ручные регулирующие краны, должны отвечать следующим требованиям: • иметь достаточно высокое гидравлическое сопротивление в целях обеспечения гидравлической устойчивости всей системы отопления; должны быть оснащены устройством монтажной регулировки пропускной способности, с помощью которого при выполнении наладочных работ производится расчетное распределение теплоносителя по всем отопительным приборам системы. Такими свойствами обладают клапаны терморегуляторов для двухтрубной системы отопления RA-N и RA-DV . Для достижения максимальной теплоотдачи отопительного прибора подавать в него теплоноситель следует по схеме «сверху — вниз». В этой связи клапаны терморегулятора RA-N и RA-DV устанавливается в верхнюю пробку радиатора или на верхнем штуцере конвектора через промежуточную муфту (рис. 30). С учетом этих требований выполнена конструкция отопительных приборов со встроенным клапаном терморегулятора для двухтрубных систем отопления. В отдельных случаях, когда необходимо использовать объем отопительного прибора для сбора воздуха с последующим его удалением (например, на верхнем этаже здания или на приборах горизонтальных систем при их зависимом присоединении к тепловой сети централизованного теплоснабжения), допускается подавать теплоноситель по схеме «снизу–вниз». При этом клапан терморегулятора, как и в первом случае, устанавливается при входе теплоносителя в отопительный прибор. Калибр клапана терморегулятора (условный проход) принимается по диаметру отверстия в пробке радиатора или штуцера конвектора, но не более 20 мм. При выборе диаметра отверстия в пробке радиатора следует отдавать предпочтение отверстию и, соответственно, клапану Ду = 15 мм. На всех без исключения клапанах терморегуляторов должны устанавливаться термостатические элементы. Для многоэтажного строительства рекомендуется применять газовые термоэлементы серии RA 2000. Другие виды термостатических элементов (RAW, RA Plus и др.) допускается предусматривать при особых требованиях заказчика. Тип термостатического элемента (со встроенным или выносным датчиком и др.) выбирается в зависимости от размещения отопительного прибора. В современных системах отопления для полного отключения, дренажа и демонтажа отдельно взятого отопительного прибора без опорожнения всей системы на его обратной подводке принято устанавливать запорную арматуру, в качестве которой в двухтрубной системе используется запорный радиаторный клапан типа RLV. Диаметр RLV обычно принимается по диаметру клапана терморегулятора. Устанавливается клапан RLV на обратной подводке отопительного прибора аналогично клапану терморегулятора. Приэтом для полного удаления воды из отопительного прибора клапан RLV должен монтироваться шпинделем вниз или в бок. В целях безопасного выполнения операций по демонтажу отопительного прибора в проекте дополнительно к клапанам RLV следует предусмотреть некоторое количество (не по числу RLV) специальных металлических рукояток (кодовый номер 013G3300) для надежного перекрытия клапана терморегулятора и спускных насадок со штуцером под шланг (кодовый номер 003L0152). Впоследствии рукоятки и насадки должны находиться в распоряжении эксплуатирующего здание персонала. Вертикальные двухтрубные системы В практике отечественного строительства среди двухтрубных систем наибольшее распространение получила система с вертикальными стояками и нижним расположением разводящих и сборных трубопроводов (рис. 31). Такая система имеет ряд преимуществ: • обладает повышенной гидравлической устойчивостью; • позволяет запускать систему отопления по мере строительства здания и производить отделку помещений на нижних этажах; • дает возможность применять штатную установку балансировочных клапанов (см. ниже); • облегчает процесс эксплуатации системы отопления (отключение, спуск или заполнение отдельных стояков с помощью арматуры, располагаемой только на одной отметке); • имеет лучший дизайн (одинаковые диаметры подающего и обратного стояков в пределах одного помещения); • способствует унификации отопительных приборов на разных этажах и упрощению наладочных работ. В системах отопления с вертикальными стояками в качестве отопительных приборов следует использовать любые радиаторы (секционные колончатые, стальные панельные или трубчатые) или конвекторы различных типов с боковым расположением присоединительных патрубков. Подключение отопительных приборов к стояку может быть как односторонним, так и двухсторонним. В целях обеспечения работы радиаторных терморегуляторов в оптимальном и бесшумном режиме на их клапанах необходимо поддерживать постоянный перепад давлений. Для этого на стояках следует предусматривать автоматические балансировочные клапаны типа ASV-PV, которые стабилизируют перепад давлений между подающим и обратным стояками системы отопления вне зависимости от колебаний давления в магистральных трубопроводах. Таким образом, автоматические клапаны балансируют стояки между собой как в статическом (расчетном), так и в динамическом режиме, упрощая и ускоряя процесс проектирования, а также сводя к минимуму наладочные работы. Автоматические балансировочные клапаны следует устанавливать, как правило, на каждом стояке системы отопления. Для групп близкорасположенных друг к другу стояков допускается предусматривать общий автоматический балансировочный клапан, а в маломасштабных зданиях —общийдля всей системы отопления (данные случаи в настоящем пособии не рассматриваются). Автоматический балансировочный клапан ASV-PV устанавливается на обратном стояке двухтрубной системы отопления (см. рис. 31). Клапан ASV-PV Ду = 15–50 мм обычно применяется совместно с запорным клапаном ASV-M, который монтируется на подающем стояке системы. Этот клапан, кроме выполнения основной — запорной функции, применяется для присоединения импульсной трубки клапана ASV-PV к подающему стояку. Так как длина импульсной трубки ограничена, расстояние между клапанами ASV-PV и ASV-M не должно превышать 1,5 м. В системах отопления с верхней разводкой подающей магистрали это требование вынуждает устанавливать балансировочные клапаны нештатным образом в соответствии со схемой (рис. 32). Для предотвращения засорения клапанов терморегуляторов и автоматических балансировочных клапанов на входе теплоносителя в систему отопления следует предусматривать установку фильтра с сечением ячейки его сетки не более 0,5 хх 0,5 мм. Наилучшим решением считается установка фильтров на каждом подающем стояке системы перед клапаном ASV-M. Несмотря на то что ASV-PV имеет запорное устройство и встроенный дренажный кран, практика эксплуатации систем отопления с этими клапанами подтвердила целесообразность обвязывать их дополнительной запорной и спускной арматурой (рис. 33). Горизонтальные двухтрубные системы В последние годы в России сложилась негативная практика строительства жилых зданий, когда дома сдаются без окон-чательной отделки, которую владельцы квартир производятсамостоятельно и, как правило, без какой-либо проектной документации и необходимых согласований. Отделочные работы часто затрагивают и систему отопления: заменяются отопительные приборы, и устанавливаются шаровые краны вместо предусмотренных проектом радиаторных терморегуляторов. В результате несанкционированной реконструкции в квартирах без терморегуляторов становится жарко, а там, где они установлены, — холодно. Наладить такую систему практически невозможно. Быть «хозяином» системы отопления своей квартиры, не оказывая влияния на соседей, позволяет горизонтальная система с поквартирной разводкой (поквартирная система отопления)1). Поквартирная система (рис. 34) состоит из локальных квартирных систем (г), подключаемых к разводящим стоякам или ветвям (б) через квартирные узлы ввода (в). Стояки объединяются, как правило, общими магистральными трубопроводами (а) системы отопления жилой части здания, к которым одновременно могут подключаться стояки лестничных клеток. Отопление встроенных и пристроенных помещений общественного назначения следует осуществлять с помощью отдельных систем. В многоэтажных зданиях поквартирную разводку необходимо предусматривать для всех квартир. Не следует допускать устройство таких систем только для одной или нескольких квартир здания. К тепловым сетям системы централизованного теплоснабжения поквартирная система должна присоединяться через тепловой пункт здания преимущественно по независимой схеме. Зависимое присоединение можно допустить при обосновании только в малоэтажном жилом здании. Тепловая нагрузка квартирных систем определяетсятепловыми потерями квартиры при температурах воздуха в помещениях с постоянным пребыванием людей в пределах оптимальных норм, но не ниже 20 °С. Разводящие стояки Количество разводящих стояков (пар стояков: подающий и обратный) выбирается в зависимости от объемно-планировочного решения здания и принятой схемы системы отопления, но не менее одного на каждую блок-секцию (рис. 35). Максимальное количество разводящих стояков в здании может соответствовать количеству квартир на одном этаже. Не следует присоединять к одному стояку квартиры разных блок-секций. Наиболее предпочтительной является схема, где каждая квартирная система самостоятельно подключается к разводящим стоякам через индивидуальный узел ввода (рис. 36, а), включающий весь набор трубопроводной арматуры, регулирующих и измерительных устройств. При обосновании (например, при специфических объемнопланировочных решениях здания, которые исключают размещение отдельных для каждой квартиры узлов ввода или ограничивают доступ к ним обслуживающего персонала) допускается предусматривать присоединение к разводящему стояку нескольких квартирных систем одного этажа через групповые (поэтажные) узлы ввода (рис. 36, б). В поквартирных системах отопления запорную и спускную арматуру следует предусматривать на каждом разводящем стояке вне зависимости от этажности здания. Индивидуальные узлы ввода Индивидуальный узел ввода выполняет следующие функции: • присоединительная. Обеспечивает соединение квартирной системы со стояком, отключение ее от системы отопления здания, очистку теплоносителя, дренаж. Для этого узел оснащается входными и выходными шаровыми кранами 1 (рис. 36). На подающем тру- бопроводе после входного крана устанавливается сетчатый фильтр 2. На подающих распределительных коллекторах квартир предусматриваются воздуховодчики 10. Дренаж узлов осуществляется через спускные краны 11 или краны фильтров и балансировочных клапанов; • измерительная. Производит измерение количества тепловой энергии, расходуемой на отопление конкретной квартиры, с помощью теплосчетчика 3 в составе расходомера, который устанавливают, как правило на подающем трубопроводе, двух термопреобразователей и тепловычислителя. При стесненных условиях допускается установка расходометра на обратном трубопроводе системы. В качестве дополнительных принадлежностей теплосчетчик может доукомплектовываться шаровым краном 4 для установки одного из термопреобразователей в трубопроводе и присоединительными патрубками; • регулирующая. Стабилизирует гидравлический режим в квартирной системе отопления. Эту функцию выполняет автоматический балансировочный клапан 5 в комплекте с настраиваемым запорно-измерительным (ручным балансировочным) клапаном 6. Он поддерживает постоянный перепад давлений на квартирной системе вне зависимости от колебаний давлений в распреде- Рис. 2 (36) – узлы ввода квартирных систем лительной трубопроводной сети, в том числе гравитационной составляющей. Применение автоматических балансировочных клапанов исключает необходимость установки ручных балансировочных клапанов на других частях системы отопления (стояках и ответвлениях магистральных трубопроводов),а также проведение сложных наладочных работ. Ручной балансировочный клапан устанавливают для ограничения расхода теплоносителя (в пределах расчетной величины) через квартирную систему в случаях изменения ее гидравлических характеристик, например при замене отопительных приборов с установкой вместо автоматических радиаторных терморегуляторов запорных шаровых кранов. При такой реконструкции в данную квартирную систему отопления пойдет теплоносителя больше расчетного количества, а в системах квартир, где осталось проектное решение, теплоносителя, и, как следствие, тепла не хватит. В узле ввода автоматический балансировочный клапан размещается на обратном трубопроводе, а ручной — на подающем; • распределительная. «Раздает» горячий теплоноситель по отопительным приборам квартиры через распределительный коллектор при лучевой разводке трубопроводов и собирает обратный либо через штуцеры при периметральной разводке (по количеству колец). Групповые (поэтажные) узлы ввода Групповой узел ввода выполняет только часть функций индивидуального квартирного узла: присоединительную, регулирующую и распределительную. При этом в групповом узле предусматривается установка только общей для квартир данной группы входной запорной арматуры, фильтра и автоматического балансировочного клапана в комплекте с ручным запорным клапаном. Остальные устройства (теплосчетчики, ручные балансировочные клапаны и др.) предусматриваются для каждой квартиры после группового узла. Для контроля режимов работы квартирных систем отопления групповые узлы ввода рекомендуется оснащать манометрами в местах, обозначенных на рис. 36, б. Индивидуальные узлы ввода следует размещать в специальных шкафах вблизи шахт для прокладки трубных коммуникаций (отопления, холодного и горячего водопровода). Для обеспечения свободного доступа к ним обслуживающего персонала шкафы предпочтительно устанавливать вне квартир. Для групповых поэтажных узлов ввода целесообразно предусматривать технические помещения, где одновременно могут располагаться квартирные теплосчетчики, водосчетчики горячей и холодной воды. Узлы ввода (до распределительных коллекторов квартир) рекомендуется изготавливать из стальных водогазопроводных труб. Для упрощения монтажа диаметры трубопроводов и запорной арматуры узлов ввода целесообразно принимать по диаметру балансировочных клапанов. (Расходомеры теплосчетчиков обычно бывают меньшего калибра.) Монтаж балансировочных клапанов следует выполнять так, чтобы их шпиндели, измерительные ниппели и спускные краны были доступны (не оказались со стороны стены). Компания «Данфосс» поставляет практически все обору дование для оснащения квартирных узлов ввода: – теплосчетчики Danfoss типа Sonometer 1100 с ультразвуковым расходомером или МCal Compact 447 с механическим расходомером (см. стр. 20). При применении этих теплосчетчиков предусматривать прямые участки трубопровода до и после расходомеров не требуется; – автоматический балансировочный клапан типа ASV-PV в комплекте с настраиваемым запорно-измерительным клапаном ASV-I (см. стр. 16–17). Он поддерживает на локальнойквартирной подсистеме отопления постоянный перепад давлений вне зависимости от колебаний давлений в разводящих трубопроводах системы отопления здания; – ручной балансировочный клапан USV-I (см. стр. 18); запорную, спускную и воздухоотводящую арматуру Danfoss – сетчатый фильтр типа FVR-D со спускным краном (см. стр. 20). В целях повышения индустриализации строительно-монтажных работ, обеспечения минимизации расходования тепловой энергии на отопление жилых зданий при сохранении комфортных температурных условий в помещениях, а также повсеместного применения приборов индивидуального учета теплопотребления, компания «Данфосс» разработала и при-ступила к производству шкафов полной заводской готовности ШКСО-1 (рис. 37) с узлом ввода для одной квартирной отопительной системы и групповых узлов ввода TDU.3 (рис. 38). Шкафы ШКСО-1 оснащены всем необходимым технологическим оборудованием для выполнения вышеперечисленных функций, включая распределительные коллекторы1), к которым присоединяются разводящие трубопроводы квартирной системы отопления в случае с ШКСО-1 и коллекторы с отводами на квартирные системы отопления. В шкафах ШКСО-1 установлен автоматический балансировочный клапан AB-PM, который выполняет функции сразу двух клапанов – поддерживает постоянный перепад давлений на распределительных коллекторах и обеспечивает ограничение расхода теплоносителя в пределах расчетной величины. В состав поэтажных узлов TDU.3 входят автоматические балансировочные клапаны ASV-PV, коллекторы с балансировочными клапанами, которые позволяют равномерно распределить теплоноситель между квартирами, запорная арматура на входе в узел и на отводах к квартирным системам отопления, а так же проставки под теплосчетчики, что позволяет в последствии установить средства учета для каждой квартиры. В качестве прибора теплоучета в шкафах ШКСО-1 предусмотрен квартирный теплосчетчик Sonometer 1100. Для уменьшения габаритных размеров шкафа расходомер тепло счетчика размещен на обратном трубопроводе узла ввода, а температурный датчик установлен непосредственно в по-дающем распределительном коллекторе без использования предназначенного специально для этого шарового крана. Шкафы ШКСО-1 бывают трех типов: – ШКСО-1 В1 – с одной парой штуцеров на распределительных коллекторах. Этот вариант шкафа предназначен для присоединения к узлу ввода трубопроводов квартирной системы отопления при периметральной разводке; – ШКСО-1 В4 и В7 – с четырьмя или семью парами штуцеров, который предусматривает использование лучевой разводки внутриквартирных трубопроводов. Кроме этого шкафы выпускаются в правом и левом исполнениях, а также для открытой установки у стены или в нише. Основные технические характеристики шкафов ШКСО1 представлены в табл. 17. Квартирная разводка Квартирная разводка начинается после узла ввода и включает трубопроводную систему, отопительные приборы, запорную и терморегулирующую арматуру. поквартирных горизонтальную системах отопления разводку1), рекомендуется предпочтительно применять лучевую, с двухтрубную индивидуальным присоединением каждого отопительного прибора к распределительному коллектору (рис. 38, а). Такая разводка выполняется из цельной трубы от распределительного коллектора до отопительного прибора без промежуточных соединительных элементов. При этом система в значительной степени гарантирована от протечек, и изменение расхода через один из приборов практически не влияет на перераспределение теплоносителя по остальным приборам отопления квартиры. Однако следует учитывать, что трубопроводы при лучевой разводке и произвольной трассировке могут повреждаться при отделочных и ремонтных работах. Чтобы снизить риск повреждения труб, целесообразно их прокладывать вдоль стен в конструкции пола или специальных плинтусах-коробах. При применении периметральной разводки (рис. 38, б) в местах присоединения отопительных приборов имеют место тройники, что снижает надежность системы. При этом следует иметь в виду, что резьбовые фасонные элементы трубопровода не допускается устанавливать в недоступных для контроля и ремонта местах, например в конструкции пола. Их разрешается размещать в полу только при использовании паяных, сварных или прессовых соединений с трубопроводом. Значительное количество фитингов при периметральной разводке, в том числе больших диаметров на начальных участках трубопроводов, приводит к увеличению стоимости системы отопления. Также могут возникнуть дополнительные затраты при необходимости пробивки отверстий в монолитных перегородках для прокладки трубопроводов по периметру квартир. Кроме того, специфика периметральной разводки осложняет проведение наладочных работ. В качестве трубопроводов для выполнения разводки внутри квартир в настоящее время применяются, как правило, пластиковые и медные трубы, соединяемые с арматурой и оборудованием системы отопления с помощью специальных фитингов (см. стр. 16). Стальные трубы используются редко из-за сложности монтажа, проблем их соединения с современной арматурой и т. д. Металлопластиковые трубы следует применять с осторожностью, так как на практике после нескольких лет эксплуатации имели место случаи их старения, в результате чего снижалось проходное сечение труб. В конструкции пола полимерные трубы рекомендуется прокладывать в гофрированных руковах для обеспечения их перемещения в результате теплового удлинения, а также возможности замены труб. При лучевой разводке рекомендуется принимать для всехотопительных приборов трубопроводы одного диаметра. Отопительные приборы поквартирных систем должны быть оборудованы автоматическими терморегуляторами. Они могут быть традиционными с клапанами RA-N и устанавливаться на трубопроводах, входить в состав присоединтельно- регулирующих гарнитур RA-K, RA15/6TB и VHS или встраиваться заводамиизготовителями в конструкции отопительных приборов. На клапаны терморегуляторов устанавливаются термостатические элементы. При использовании электрических систем управления клапаны терморегуляторов RAN оснащаются термоэлектрическими приводами TWA-A. При этом регулирующие клапаны и приводы целесообразно размещать непосредственно на распределительных коллекторах квартир. К разводящим трубопроводам квартиры отопительные приборы должны присоединяться через запорную арматуру: клапаны запорно-присоединительные типа RLV-КS или RLV-KD; клапан запорный радиаторный RLV; запорные клапаны в конструкции присоединительно-регулирующих гарнитур RA-K и VHS. Часть устройств (RLV, RLV-KD и VHS), кроме отключения локального прибора от трубопроводов, позволяют слить из него воду через шланг. . Однотрубные системы отопления Широко распространенные в России однотрубные системы отопления также могут оснащаться радиаторными терморегуляторами с проходными регулирующими клапанами пониженного гидравлического сопротивления обычного исполнения RA-G (см. стр. 12–13) при наличии в узле обвязки отопительного прибора байпаса (замыкающего участка) между трубными подводками. Диаметр RA-G, как правило, принимается по диаметру присоединительных элементов отопительного прибора (патрубков или пробок), а диаметр замыкающего участка — на калибр меньше (см. табл. 23 на стр. 42). Для обеспечения наибольшего затекания воды в отопительный прибор целесообразно принимать диаметр подводок к прибору и калибр клапана терморегулятора равными 20 мм при диаметре замыкающего участка 15 мм. Для отключения и демонтажа отдельного отопительного прибора на его обратной подводке рекомендуется устанавливать полнопроходной шаровой кран. Применять в однотрубной системе клапан типа RLV не следует, так как он обладает некоторым гидравлическим сопротивлением (шаровой кран практически не имеет сопротивления), из-за чего снизится затекание теплоносителя в отопительный прибор и увеличится поверхность его нагрева. На стояках однотрубных систем отопления должны предусматриваться запорноспускная арматура и автоматические балансировочные клапаны типа AB-QM (рис. 39). Поддерживая в стояках системы постоянный расход теплоносителя, эти клапаны обеспечивают автоматическую гидравлическую балансировку стоков между собой. В однотрубной системе отопления при срабатывании терморегуляторов на отопительных приборах повышается температура теплоносителя в стояках. При этом имеют место перегрев воздуха в помещениях и перерасход тепловой энергии. Кроме того, завышение температуры теплоносителя, возвращаемого в тепловую сеть системы централизованного теплоснабжения, снижает эффективность работы теплоэлектростанции. Для энергосбережения и оптимизации работы систем централизованного теплоснабжения на стояках однотрубной системы отопления целесообразно устанавливать автоматические балансировочные клапаны AB-QM, дооснащенные термостатическими элементами QT (рис. 17 и 40, а), которые, таким образом, превращаются в регуляторы температуры прямого действия. Эти устройства поддерживают на задаваемом пониженном уровне температуру теплоносителя, выходящего из стояков системы, и ограничивают его расход в пределах расчетного значения. Для более существенной экономии тепловой энергии есть возможность с помощью электронной системы регулирования осуществлять поддержание температуры теплоносителя. на выходе из однотрубных стояков системы отопления в соответствии с температурным отопительным графиком. Такая система (рис. 40, б) состоит из устанавливаемых на стояках балансировочных клапанов AB-QM (1) с нормально открытыми (при отсутствии напряжения) термоэлектрическими приводами TWA-Z (2) на 24 В пост. тока., датчиков температуры (3), например, типа ESM-11 и управляющего регулятора (контроллера) ССR3 (4). Виды стандартных блочных тепловых пунктов Danfoss для автоматизированных систем отопления предятвалены ниже. 2.2.7. Составляющие систем отопления Насосы GRUNDFOS для систем отопления Радиаторные терморегуляторы Радиаторный терморегулятор — автоматический регулятор прямого действия, предназначенный для поддержания на заданном уровне температуры воздуха в помещении путем изменения теплоотдачи установленного в нем местного отопительного прибора системы водяного отопления здания. Терморегуляторы компании «Данфосс» единой серии RA (рис. 2) представляют собой сочетание двух частей — регулирующего клапана типа RA-N, RA-DV или RA-G и автоматического термостатического элемента, как правило, RA 2000. С 2011 года началось производство электронных программируемых термостатов living eco, которые могут замещать собой термоэлементы RA 2000. Термоэлемент является главным устройством автоматического регулирования. Внутри термоэлемента типа RА 2000 (рис. 3) находится замкнутая гофрированная емкость — сильфон (1), который связан через шток термоэлемента (2) с золотником (3) регулирующего клапана. Сильфон заполнен газообразным веществом, меняющим свое агрегатное состояние под воздействием изменения температуры воздуха в помещении. При снижении температуры воздух газ в сильфоне начинает конденсироваться, объем и давление газообразной составляющей уменьшаются, сильфон растягивается (см. особенности конструкции на рис. 3), перемещая шток и золотник клапана в сторону открытия. Количество воды, проходящей через отопительный прибор, увеличивается, температура воздуха повышается. Когда температура воздуха начинает превосходить заданную величину, жидкая среда испаряется, объем газа и его давление увеличиваются, сильфон сжимается, перемещая шток с золотником в сторону закрытия клапана. Радиаторные терморегуляторы с газонаполненным термостатическим элементом (газовые) изготавливаются только компанией «Данфосс».Это уникальное техническое решение запатентовано компанией и имеет ряд бесспорных преимуществ: • производство сильфонов осуществляется непосредственно на заводах «Данфосс»; • малая тепловая инерционность сильфона позволяет быстро реагировать на изменение температуры воздуха и за счет этого использовать для отопления до 85% «бесплатных» теплопоступлений в помещения; • увеличенный ход штока обеспечивает прекрасные характеристики регулирования; • устойчивые во времени свойства газового заполнения сильфона гарантируют качественную работу терморегулятора в течение длительного срока эксплуатации (более 20 лет). Каждому значению температуры воздуха соответствует вполне определенное давление газа в сильфоне, которое уравновешивается усилием настроечной пружины (5). Меняя усилие сжатия пружины, можно настраивать терморегулятор на поддержание той или иной температуры воздуха. Температура настройки отражена на шкале (6) вращающейся настроечной рукоятки термоэлемента (7). Диапазон настройки термоэлемента лежит в пределах от 5 до 26 или от 8 до 28 °С в зависимости от его модификации. Температуры на шкале термоэлемента указаны в виде цифровых индексов, примерные соотношения которых с реальными температурами приведены на рис. 4. Эти индексы предназначены только для ориентировочного руководства, так как реальная температура зависит от условий размещения радиаторного терморегулятора. Для установления нужной температуры достаточно повернуть рукоятку до совмещения соответствующего индекса на ней с указателем на корпусе термоэлемента. Сильфонная система с пружиной обеспечивает пропорциональное регулирование температуры воздуха в пределах так называемой зоны пропорциональности Хр, которая показывает, насколько должна повыситься температура воздуха в помещении относительно заданной величины, чтобы золотник клапана терморегулятора переместился от открытого положения до закрытого. В соответствии с европейским и российским стандартами зона пропорциональности терморегулятора должна быть равна 2 °С (Хр = 2 °С). Это означает, что клапан радиаторного терморегулятора закрывается при температуре воздуха в помещении, превышающей на 2 °С установленное на его шкале значение. Например, если по шкале задана температура 18 °С, то терморегулятор будет поддерживать температуру воздуха в помещении в диапазоне от 18 до 20 °С в зависимости от фактической потребности в теплоте. Компания «Данфосс» предлагает целый ряд газовых термостатических элементов серии RA 2000 (рис. 5): а) со встроенным датчиком, в качестве которого выступает «сильфон» термоэлемента, и диапазоном температурной настройки 5–26 °С. Они применяются, когда отопительный прибор размещен открыто на стене и ось термоэлемента расположена горизонтально; б) с выносным датчиком и диапазоном температурной настройки 5–26 °С. Выносной датчик представляет собой термобаллон, который соединен с сильфоном термоэлемента тонкой капиллярной трубкой длиной 2 м. Трубка намотана на термобаллон и при монтаже датчика вытягивается на нужную длину. Данные термоэлементы устанавливаются на клапаны терморегуляторов, размещенных в стесненных для свободного теплообмена условиях (отопительный прибор в глубокой нише, закрыт глухими шторами или мебелью); в) со встроенным датчиком, диапазоном температурной настройки 5–26 °С и защитным кожухом, предотвращающим термоэлемент от перенастройки и несанкционированного демонтажа. Предназначен для оснащения терморегуляторов в системах отопления зданий с массовым скоплением «случайных» людей (магазины, школы, поликлиники и т. п.); д) дистанционного управления с диапазоном температурной настройки 8–28 °С. 2.3. Энергоэффективные устройства и системы для обогрева помещений 2.3.1 Инфракрасные обогреватели Инфракрасным обогревателем является нагревательный прибор, отдающий тепло в окружающую среду преимущественно излучением. Тепловая энергия, излучаемая прибором, поглощается окружающими поверхностями, которые, в свою очередь, отдают тепло воздуху помещения и находящимся в нем людям. Это позволяет выровнять температуру воздуха по высоте, и предотвратить всплывание более теплого воздуха в верхнюю зону. Инфракрасные обогреватели позволяют осуществлять зональный или точечный обогрев. Использование инфракрасных обогревателей дает возможность снизить потребление энергии и уменьшить затраты на обогрев помещений по сравнению с традиционными системами отопления. Инфракрасные обогреватели представляют собой панели, теплоотдающие поверхности которых нагреваются электрическими элементами, горячей водой или продуктами горения газа. Инфракрасные обогреватели фирмы Frico (http://frico.ru/?yclid=3060170743072164823 ) выпускаются в виде потолочных кассет HP, монтируемых в подвесной потолок, а также панелей настенного и потолочного крепления EZM и EZ. Общий вид промышленного инфракрасного обогревателя типа IR приведен на рис. 2.8. Инфракрасные электрические обогреватели фирмы Pirox (http://www.pyrox.ru/catalog.shtml )представляют собой панели направленного действия Heat Line и могут устанавливаться в помещениях высотой от 3 до 20 м. Мощность обогревателей от 0,4 до 4,2 кВт. Излучающие приборы ЛН-100/30, разработанные Управлением "Энергогазремонт", предусматривают использование газа. Номинальная тепловая мощность 30 кВт при расходе газа 3 м3/ч. Обогревающие электрические конвекторы используют ТЭН в качестве рабочего элемента. Только здесь он установлен не в воде, а заключен в керамический изолятор и красивый безопасный корпус из алюминия или стали. Другими словами, нагрев идет от теплого корпуса прибора и воздуха внутри него. Нагретый воздух начинает подниматься вверх, уступая место более холодному, начинается циркуляция и нагрев воздуха в помещении. В настоящее время на рынке России представлено огромное количество разнообразных моделей конвекторов, которые подразделяются по странам изготовителям и регионам производства на следующие категории: отечественные фирмы производители: Тепломаш и другие; азиатские фирмы: BALLU, LUMIX и NEOCLIMA (Китай); европейские фирмы производители конвекторов: NOBO (http://www.noboinfo.ru/ )(Норвегия), ELECTROLUX (Швеция) компании NOIROT, THERMOR и DIMPLEX. На российском рынке газовых систем лучистого обогрева на сегодняшний день работает около десяти крупных иностранных производителей. Это немецкие компании Kubler GmbH (http://www.kuebler.ru), Schwank GmbH (http://www.schwank.ru/ru/produkcija/assortiment/svetlyeobogrevateli/preimushchestva.html ), GoGaS Goch GmbH & Co., Pender Strahlungsheizung GmbH, Roberts Gordon (США), Fraccaro Officine termotecniche S.r.l. (Италия), Adrian a.s. (Словакия), Vlastimil Mandik (Чехия), Radiant Service Ltd. (Англия). В настоящее время наблюдается тенденция к созданию гибридных систем отопления, в частности подразумевается оптимальное сочетание трёх высокоэффективных технологий. В инновационном концепте тепла от Кюблер http://www.kuebler.ru лежат основы инфракрасного нагрева соединённые с обычным конвективным гидравлическим водяным отоплением. Управляет этой совокупной системой автоматика R.O.S.S.Y, ресурсы оптимизирующее управление, которое отмечено в 2004 году федеральным дипломом в инновации. До сих пор остаточное использование тепла в системах инфракрасного нагрева (тёмных излучателей ) было использовано в целях экономии только в исключительных случаях. Главным образом это было связано с несовместимостью технологий: инфракрасные излучатели, эффективность которых зависит от температуры и площади обогрева, и выделяемой теплоты при сгорании, которая становится всё эффективнее с более низкой температурой. Совокупность преимуществ за счёт оптимизированного КПД излучения инфракрасных излучателей, эффективной автоматики управления и инновативном использовании остаточного тепла обеспечивает полную интегрированную систему H.Y.B.R.I.D., которая является самым эффективным концептом тепла, поднимающий общий энергетический КПД в экономичном современном отоплении больших помещений до 108 %. Пленочные лучистые электронагреватели (ПЛЭН) применяются как источник пиковой энергии в дополнение к котельной либо к тепловым насосам, вырабатывающим базовую энергию. ПЛЭН устанавливается между покрытием потолка и дополнительной теплоизоляцией, занимая при этом около 70—80 % площади поверхности. В основу работы нагревателя заложен известный принцип, в соответствии с которым при протекании тока через проводник (резистивную греющую фольгу) выделяется теплота. Она контактно передается на алюминиевую фольгу, поверхностькоторой нагревается до температуры 43—44 °С. ПЛЭН начинает излучать невидимую тепловую составляющую солнечного света (инфракрасные лучи) длиной волны 9—15 мкм. Данное излучение поглощается поверхностью стен, пола и мебели, создавая при этом комфортный температурный обогрев помещения (разница между температурой пола и потолка составляет 2—3 °С). КПД ПЛЭН составляет 95 %. Систему отопления на основе ПЛЭН невозможно разморозить. При отключении электроэнергии с ней ничего не случится, она также отключится и после восстановления энергоснабжения выйдет на заданный температурный режим. Системаспособна повысить температуру в положительном диапазоне в помещении на 10 °Св течение 40 минут. На обогрев 1 м2 помещения с высотой потолка, не превышаю щей 3 м, затрачивается около 10—20 Вт в час. Столь низкий расход электроэнергииобусловлен тем, что в поддерживающем режиме система включается на период времени, не превышающий 10 мин в час. 2.3.2.Газовые отопительные приборы В отличие от нагревательных приборов систем центрального отопления, для газового отопительного прибора не требуются распределительные сети. От печей, работающих на твердом или жидком топливе, его отличает высокая пожарная безопасность. Конвектор включается с помощью пьезоэлектрического зажигателя, который является составной частью прибора, работающего независимо от электрической сети. Воздух для горения подается непосредственно с улицы, и туда же отводятся продукты сгорания. Конвектор отопительный газовый КОГ-5 предназначен для отопления домов, квартир, коттеджей, офисов и общественных зданий. Вид топлива – природный газ или пропан. Теплопроизводительность прибора – от 1,5 до 5 кВт. Возможность регулировки позволяет максимально экономить природный газ. При работе на пропане одного баллона достаточно для непрерывной работы в течение 15 дней. Расход газа не более 0,5 м3/ч. Для установки не нужна дымовая труба, продукты сгорания отводятся через отверстие в стене здания. ЗАО "АГРОГАЗ" производит (http://www.energogas.ru/) газовые отопительные конвекторы КОГ-5 "КАМЕЛЕК" номинальной мощностью 5 кВт с диапазоном регулирования от 1,5 до 5 кВт. При этом температура поверхности прибора не превышает 60 оС. Обогреватель выполнен в виде тумбы, в которой смонтированы горелка эжекционного типа, теплообменник, система розжига и контроля горения, элементы управления (рис. 2.10). Для регулирования теплоотдачи предусмотрен терморегулятор. В комплект входит настенный узел, с помощью которого свежий воздух подводится к горелке, а продукты сгорания отводятся наружу. По месту установки обогревателя в стене делается отверстие диаметром наружной трубы настенного узла. Возможен вариант с отводом продуктов сгорания через дымоход. Аналогичные приборы производит венгерское предприятие FEG (http://www.gazklimat.ru/index.php?ukey=product&productID=676 ) 2.3.3. Газовые воздухонагреватели Огромное значение для энерго- и ресурсосбережения имеют газовые воздухоподогреватели. Воздух в них нагревается без применения промежуточных теплоносителей. Дымовые газы и нагреваемый воздух полностью изолированы друг от друга. К таким воздухонагревателям относятся, например: - газовые воздухонагреватели ГВН-450 «АЭРОТЕРМ» и ВНС-90 «САМУМ», производимые фирмой «Энергогазремонт» (г. Екатеринбург); - воздухонагреватели «Тепловей», выпускаемые АО «Тепловые системы» (г. Челябинск); - воздухонагреватели ЗАО "СТИМРАТОР" (г. Санкт-Петербург). Газовые воздухонагреватели ГВН-450 «АЭРОТЕРМ» предназначен для отопления промышленных объектов и состоит из воздухозаборного блока с вентилятором, камеры сгорания, пластинчатого газовоздушного теплообменника, горелки и воздухораздающего блока (рис. 2.11, 2.12). Рис.2.11. Общий вид воздухонагревателя ГВН-450 «АЭРОТЕРМ»: 1 – газовая горелка; 2 – корпус нагревателя; 3 –датчик температуры; 2 Воздухонагреватель – газовая труба; 5 – дымовая труба позволяет нагревать наружный воздух до необходимой температуры и распределять его в различные зоны цеха с помощью воздуховодов. Воздухонагреватель имеет КПД 90% и работает в автоматическом режиме без постоянного обслуживающего персонала. Автоматика позволяет с высокой точностью поддерживать заданный температурный режим в обслуживаемом помещении и легко переходить в режим дежурного отопления. Это большая экономия для предприятий, особенно с односменным режимом работы. Возможность зонного обогрева помещений позволяет целесообразно использовать тепловую энергию, следовательно, экономить топливо. Воздухонагреватель ГВН должен размещаться в отдельном помещении при использовании его для отопления общественных и бытовых помещений либо в отгороженной зоне в помещениях промышленного назначения. Аналогичные воздухонагреватели производятся ЗАО "СТИМРАТОР" (г. СанктПетербург) [23]. Модели STEAMTHERM имеют мощность от 30 до 500 кВт. В конструкции использованы новейшие разработки финской теплотехники. Воздухонагреватели поставляются полностью готовыми к эксплуатации и могут быть подключены к воздуховодам или использоваться для непосредственного обогрева помещений. Воздухонагреватель «Тепловей», выпускаемый АО «Тепловые системы» (г. Челябинск), также состоит из камеры сгорания, газовоздушного теплообменника, вентилятора, стального кожуха и электрооборудования . Корпус воздухонагревателя покрыт тепловой изоляцией из стекловолокна с теплоотражающей пленкой. Камера сгорания выполнена из нержавеющей стали. Конструкция теплообменника исключает попадание дымовых газов в нагреваемый воздух. Подача воздуха в воздухонагреватель осуществляется с помощью вентилятора (центробежного или осевого), приставного или встроенного под камерой сгорания. Нагретый воздух подается в помещение через жалюзийную решетку или системой воздуховодов. Максимальная температура дымовых газов на выходе из воздухонагревателя 200 оС, нагреваемого воздуха - 95 оС. Выпускается 9 моделей воздухонагревателей "Тепловей" с теплопроизводительностью от 45 до 450 кВт. Выбор типа воздухонагревателя зависит от требуемой тепловой мощности, место установки выбирается непосредственно в отапливаемом помещении при мощности до 100 кВт или в отдельном помещении при большей мощности или при наличии пыли. При использовании воздухонагревателей следует учитывать требование СНиП о необходимости установки резервного вентилятора в системах воздушного отопления или предусматривать для этой цели не менее двух воздухонагревателей. 2.3.3 Гелиотермическое оборудование для систем отопления Гелиоустановки идеально годятся для приготовления горячей воды и поддержки отопления. В целом имеется возможность для использовать солнечную энергию для приготовления горячей воды и поддержки отопления. Экономия жидкого и газообразного топлива в любом случае значительна: в год около 60 процентов энергии, которая обычно расходуется на ежедневное приготовление горячей воды. При комбинированном нагреве воды в контуре ГВС и теплоносителя ежегодная экономия может составить до 35 процентов от общей потребляемой энергии. Пример гелиоустановки с бивалентным емкостным водонагревателем фирмы http://www.viessmann.ru/ представлен на рисунке. Основным элементом данной системы является бивалентный емкостный водонагреватель. При достаточной инсоляции находящийся в гелиоустановке теплоноситель посредством расположенного внизу теплообменника нагревает воду в емкостном водонагревателе. Когда температура за счет водоразбора, например, при принятии ванны или душа, снижается, по мере необходимости включается водогрейный котел, который осуществляет дополнительный подогрев через второй контур. В качестве сердца термических солнечных установок выступает коллектор. Наиболее распространена его плоская форма. Состоит коллектор из покрытого избирательного абсорбера, который в свою очередь поглощает солнечные лучи, трансформируя их в тепловую энергию. Для того чтобы свести к минимуму термические потери, такой коллектор помещается в термоизолированный ящик с прозрачными стенками. Теплоноситель, роль которого в основном выполняет смесь воды и антифриза, протекает через абсорбер. Циркуляция производится между резервуаром с горячей водой и коллектором. Запуск в действие термической солнечной установки производится посредством специального регулятора. Когда в коллекторе температура превышает температуру жидкости в резервуаре, включается насос, и теплоноситель переносит тепловую энергию в резервуар из коллектора. Чаще всего абсорберы создают из большого количества металлических пластинок. Теплоноситель передается по трубкам к этим пластинкам, где и происходит процесс теплообмена. Если заводить речь о листовом абсорбере, то здесь два металлических листа сваривают между собой таким образом, чтобы между ними мог циркулировать теплоноситель. Обычно в таком случае в качестве исходного материала используют алюминий и медь. Если нужны солнечные коллекторы для бассейнов, то применяют искусственные материалы, ведь параметры термостойкости здесь несколько ниже. Существуют и комбинированные аппараты, которые не нуждаются в циркуляционных насосах. В таком случае вода нагревается прямо в коллекторе. Абсорберы в основном делают черного цвета, ведь именно данный цвет располагает самым большим коэффициентом поглощения солнечных лучей. Последний показатель отображает, какое количество коротковолновых лучей абсорбер поглощает, а какое отражает. Поскольку при этом устройство нагревается, то это является признаком отдачи абсорбером в виде длинноволновых лучей большой части принятой энергии. Все данные об этом можно найти в коэффициенте излучения. Сердцем всей системы являются абсорберы, которые поглощают тепло солнца. Для минимизации потерь тепловой энергии используют абсорберы, конструкция которых имеет органическое покрытие. Такое оборудование позволяет получить наибольшее количество энергии из лучей солнца, после чего трансформировать его в тепло. Вдобавок в процессе работы сокращается эмиссия теплового излучения. Как правило, у обычного покрытия коэффициент абсорбции составляет 90 процентов. В процессе производства абсорберы покрывают специальным лаком, который наносится не на всю поверхность из-за высокого уровня эмиссии. Элементы, выполненные из оксида алюминия, окрашенного никелем, черного никеля или хрома, указывают на частичное покрытие. Достаточно новым принято считать технологию с использованием слоя, состоящего из титана-оксида-нитрида, напыляемого в вакуумном коллекторе. Данный слой позволяет не только сократить уровень эмиссии, а в некоторых случаях вовсе ее ликвидировать. Плоские коллекторы. Конструкция плоского коллектора предполагает наличие абсорбера, корпуса, прозрачного покрытия и теплоизоляции. Для прозрачного покрытия чаще всего используют безосколочное стекло, обладающее высоким коэффициентом пропуска коротковолновых солнечных лучей. Одновременно с этим снижается отражение с поверхности стеклянного слоя. Ко всему прозрачное покрытие коллектора способствует отводу тепла через процесс конвекцию. Таким образом, прозрачное покрытие вместе с корпусом способно защитить абсорбер от неблагоприятных погодных и природных условий. Достаточно часто в производстве корпусов применяют оцинкованную сталь или алюминий, а в некоторых случаях – даже синтетические материалы. За счет наличия на обратной стороне и стенках абсорбера теплоизоляционного слоя существенно сокращаются потери тепла. В основном роль изоляционного материала играет минеральная вата или пена из полиуретана, изредка можно встретить минеральное волокно, куда относят стеклопластик, стекловату, стекловолокно и т.д. Плоские солнечные коллекторы для отопления дома всегда отличались прекрасными показателями соотношения мощности и цены. Кроме этого, они предлагают большой выбор способа установки, ведь можно заказать себе отдельно стоящие коллекторы, можно встроенные в крышу, а можно и расположенные над кровлей. Для сокращения потерь от процесса конвекции внутри корпуса коллектора используется множество способов, один из которых предполагает откачку теплого воздуха из коллектора в помещение. Такой коллектор называется вакуумным, и особенностью его является то, что процедуру вакуумирования он должен проходить регулярно каждые 1-3 года. Трубные вакуумные коллекторы. Данный вид вакуумных коллекторов предполагает расположение полос абсорбера в стеклянных вакуумных ударопрочных трубках. Теплоноситель в таком случае проходит через абсорбер по принципу труба в трубе, или же по трубе U-образной формы. Рис. 2 - Трубный вакуумный коллектор В таком случае солнечный коллектор будет состоять из множества небольших труб, соединенных между собой в единую систему. В таком коллекторе жидкость начинает испаряться при достаточно низких температурах, когда она находится в тепловой трубе. 2.3.4 Системы отопления с использованием тепловых насосов Примеры применения тепловых насосов в системах отопления компании Mitsubishi Electric (http://www.mitsubishi-aircon.ru/ ) представлены на рисунках ниже (подробнее о тепловых насосах см. в главе 6). 3 СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И КАНАЛИЗАЦИИ 3.1 Внутренний водопровод зданий 2.1.1 Классификация внутренних водопроводов Внутренний водопровод зданий - это система трубопроводов и устройств, подающих воду внутри зданий, включая ввод водопровода, который находится снаружи. В состав внутреннего водопровода входят: 1) трубопроводы и соединительные фасонные детали (фитинги); 2) арматура (краны, смесители, вентили, задвижки и т.д.); 3) приборы (манометры, водомеры); 4) оборудование (насосы). Условные обозначения по внутреннему водопроводу см. выше. Классификация внутренних водопроводов Классификация внутренних водопроводов изображена на рис. 1. Внутренний водопровод В1 Холодный водопровод Горячий водопровод В Т В2 В3 Рис. 1 Т3 – Т4 Таким образом, внутренний водопровод подразделяется в первую очередь на холодный (В) и горячий (Т) водопровод. На схемах и чертежах в отечественной документации холодные водопроводы обозначаются буквой русского алфавита В, а горячие - буквой русского алфавита Т. Холодные водопроводы имеют следующие разновидности: В1 - хозяйственно-питьевой водопровод; В2 - противопожарный водопровод; В3 - производственный водопровод (общее обозначение). Современный горячий водопровод должен иметь в здании две трубы: Т3 подающая, Т4 - циркуляционная. Попутно отметим, что Т1-Т2 обозначаются системы отопления (теплосети), которые не относятся непосредственно к водопроводу, однако связаны с ним, что рассмотрим позднее. 2.1.2 Элементы систем водоснабжения Водопроводные трубы Все трубы внутреннего водопровода обычно имеют следующие внутренние диаметры: 15 мм (в квартирах), 20, 25, 32, 40, 50 мм. В отечественной практике применяют стальные, пластмассовые и металлополимерные трубы. Стальные водогазопроводные оцинкованные трубы по ГОСТ 3262-75* пока имеют массовое применение для хозяйственно-питьевого водопровода В1 и горячего водопровода . С 1 сентября 1996 г. изменением № 2 СНиП 2.04.01-85 рекомендуется для перечисленных водопроводов в первую очередь применять пластмассовые трубы из полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полибутилена, металлополимерные, из стеклопластика. Допускается применять медные, бронзовые, латунные трубы, а также стальные с внутренним и наружным защитным покрытием от коррозии. Срок службы труб холодного водопровода должен быть не менее 50 лет, а горячего водопровода не менее 25 лет. Любая труба должна выдерживать избыточное (манометрическое) давление не менее 0,45 МПа (или 45 м водяного столба). Стальные трубы прокладываются открыто с зазором 3-5 см от строительной конструкции. Пластмассовые и металлополимерные трубы следует прокладывать скрыто в плинтусах, штрабах, шахтах и каналах. Способы соединений водопроводных труб: 1) Резьбовое соединение. В местах стыков труб применяются фасонные соединительные детали (фитинги) - см. далее . Нанесение резьбы на оцинкованные трубы проводят после оцинкования. Резьба труб должна быть защищена от коррозии смазкой. Способ резьбового соединения надёжный, но трудоёмкий. 2) Сварное соединение. Менее трудоёмкое, но разрушает защитное цинковое покрытие, которое нужно восстанавливать. 3) Фланцевое соединение. Применяется в основном при монтаже оборудования (насосов и т.д.). 4) Клеевое соединение. Применяется главным образом для пластмассовых труб. Металлопластиковые трубы Металлопластиковая труба является композитным материалом, состоящим из пяти слоёв. Внешнюю и внутреннюю оболочку изготавливают из термостойкого или сшитого полиэтилена, обозначаемого маркировкой PERT или PEX соответственно. В центре конструкции находится тонкая алюминиевая трубка. Оставшиеся два слоя — специальный адгезивный состав, скрепляющий пластик с металлом. Металлопластиковые трубы достаточно термостойки, чтобы использоваться в системах отопления и горячего водоснабжения. Их эксплуатационная температура — 95 °C, а пиковая — 110 и 125 для PEX и PERT соответственно. При правильном монтаже и соблюдении температурных параметров металлопластик выдерживает давление в 10– 14 бар. Все рабочие характеристики указываются в маркировке, которая наносится на каждый метр изделия. Срок службы зависит от условий эксплуатации и колеблется от 35 до 50 лет. Данный вид труб пользуется большой популярностью, благодаря малому весу и пластичности. Эти два фактора существенно облегчают транспортировку и монтаж, по сравнению с другими материалами. Пластичность позволяет уменьшить количество угловых фитингов при прокладке водопровода — для поворота достаточно согнуть трубу руками. Один метр металлопластика диаметром 16 мм весит примерно 100 г, 20 мм — 150 г и 26 мм — 200 г. То есть двухсотметровую бухту по силам поднять взрослому человеку. Кроме того, для сборки такого водопровода не нужен специальный инструмент, вполне достаточно комплекта ключей. Полиэтилен не подвержен коррозии, на его гладкой поверхности не образуется ржавый налёт, так что просвет трубы не уменьшается в течение всего периода эксплуатации. Главный недостаток металлопластика — низкая стойкость к перепадам температур. Хотя коэффициент линейного расширения у него гораздо ниже, чем у неармированных полимерных труб, при резких перепадах температуры может произойти расслоение, что существенно снизит срок эксплуатации. Внешняя оболочка чувствительна к воздействию ультрафиолета, поэтому использование металлопластика для наружной прокладки возможно, но нежелательно. Под солнечными лучами верхний слой теряет эластичность, покрывается трещинами и постепенно разрушается. Скрытая и подземная прокладка допускается только с использованием неразъёмных соединений или цельным отрезком. Пластиковые трубы и фитинги Наиболее распространённым полимером, используемым в сантехнике, является полипропилен. Из него делают трубы для канализации, водопровода, а также раструбные и сварные фитинги. По термостойкости он не уступает полиэтилену марки PERT и значительно превосходит ПВХ. Особенно примечательна относительно новая модификация этого материала — полипропилен тип 3 (PPRC), который проявляет высокую устойчивость к резким перепадам температур и не выделяет вредных веществ под воздействием открытого пламени. Пластиковые трубы, независимо от материала, имеют следующую маркировку: •ПН10 — только для холодной воды; •ПН20 — для холодной и горячей воды (может иметь армирование стекловолокном); •ПН25 — армирование алюминием; назначение — системы ГВС и отопления. Кроме того, на изделия для холодной воды наносится синяя продольная полоса, а для горячей — красная. Большим преимуществом пластиковых труб является возможность их монтажа с помощью диффузной сварки. При этом все стыкуемые элементы должны быть изготовлены из одного материала. Соединение получается неразъёмным и абсолютно герметичным, что позволяет создавать скрытые системы водоснабжения. Для изделий из ПВХ допускается также применение специальных клеев. Обзор современных материалов для прокладки водопровода Недостаток полимерных труб — отсутствие пластичности. Выпускаются они отрезками по 4 метра, что создаёт определённые трудности во время транспортировки и увеличивает количество отходов при сборке. Поскольку трубу нельзя согнуть, приходится использовать большее количество фитингов, чем для металлопластика. Следовательно, возрастают и сроки выполнения работ. Несколько слов комбинированными. о фитингах. Первые служат Они для бывают соединения цельнопластиковыми труб между собой и и изготавливаются из того же полимера, что и сама труба. Вторые необходимы, чтобы состыковать пластмассовые элементы водопровода с металлическими, для чего в них имеется заштампованная резьбовая вставка. Стальные трубы Во внутридомовой разводке стальные трубы используются всё реже, по причине малого срока службы, трудоёмкого монтажа и большого веса. Их главный враг — коррозия — проявляется уже через 5–7 лет эксплуатации. Внутренняя поверхность начинает зарастать ржавчиной, что приводит к уменьшению пропускной способности. Кроме того, из-за высокой теплопроводности стали, на поверхности систем ХВС образуется конденсат, запускающий процесс коррозии и снаружи. Данного недостатка лишены трубы из нержавеющей стали. Но, несмотря на почти вековой срок эксплуатации, применяются они довольно редко, главным образом из-за высокой цены. Более дешёвая альтернатива нержавейке — оцинкованная сталь. Трубы с защитным покрытием служат дольше обычных, а стоят ненамного дороже. Основное достоинство стальных труб — высокая прочность, позволяющая выдерживать большие давления и внешние нагрузки. В ряде случаев это делает их незаменимыми при прокладке подземных и внешних систем. Стоит упомянуть и о коэффициенте линейного расширения, который у стали гораздо меньше, чем у полимеров и металлопластика. Фасонные детали (фитинги) Компрессионные фитинги Для металлопластика наиболее популярны фитинги компрессионного типа, в которых конец трубы фиксируется разрезным кольцом (цангой), обжимающим его вокруг штуцера. Обтяжка происходит с помощью специальной гайки, а герметичность соединения обеспечивается резиновыми кольцами. Основное достоинство таких фитингов, ставшее причиной их популярности — простота монтажа. Как уже говорилось, для этого не нужны специальные инструменты: чтобы затянуть обжимную гайку, сгодится любой ключ подходящего размера. Соединение при этом получается разъёмным, хотя перед повторным использованием обычно приходится менять уплотнительные кольца. Существует также сравнительно новый вариант компрессионного фитинга — евроконус — сделанный по типу «американки». Его штуцер и корпус являются отдельными частями, которые соединяются обжимной гайкой. Такая конструкция облегчает демонтаж металлопластиковых систем и часто позволяет избежать повреждения уплотнителей. Недостатками цанговых фитингов являются сравнительно высокая стоимость, разъёмность соединения и тот факт, что за герметичность отвечают довольно тонкие резиновые кольца. В условиях перепада температур они могут утратить эластичность и перестать справляться со своей задачей. По этой причине фитинги данного типа не применяют для закрытой прокладки водопровода. Кроме того, после первого года эксплуатации рекомендуется подтянуть гайки, хотя необходимость в этом довольно спорная. В результате сдавливания происходит деформация трубы и цанги, благодаря чему прочность и герметичность соединения уже через несколько месяцев такова, что течи не наблюдается, даже если открутить гайку. Срок службы компрессионных фитингов зависит от условий эксплуатации и качества материала. Некачественные изделия отличаются тонкими гайками, которые зачастую лопаются при затягивании. Если не с чем сравнить — обратите внимание на маркировку. Она должна быть чёткой, а цифры и буквы не должны уходить за кромку. Внутренняя поверхность хорошего фитинга имеет воронкообразную форму, что уменьшает сопротивление потоку и снижает шум текущей воды. Лучше потратиться и купить трубы и фитинги высокого качества, которые прослужат не один десяток лет, чем то и дело устранять протечки, страдать от лишнего шума и ликвидировать последствия потопов. Пресс-фитинги По конструкции пресс-фитинг напоминает компрессионный, только вместо гайки и цанги — тонкая гильза из нержавейки, которой и обжимают трубу. Разобрать такое соединение нельзя, не повредив гильзу. Пресс-фитинги более надёжны, чем компрессионные, но менее популярны. Причина в том, что при практически равной стоимости, для их монтажа требуется специальный инструмент — пресс. Также желательно, чтобы профиль обжима соответствовал рекомендациям производителя. При таких условиях более привлекательно сварное соединение, поскольку стоимость материала гораздо меньше. Сварные фитинги Технология сварки, ранее доступная только для полимерных труб, с недавних пор применяется и для металлопластика. Специальные фитинги изготавливаются из термостойкого полиэтилена и металла. Использовать их можно только с трубой pert-alpert, а для pex-al-pex они непригодны. С виду новинка похожа на привычные фитинги для полипропиленовых труб, и отличается от них только наличием латунной или алюминиевой вставки внутри. Сварка проводится обычным аппаратом, но со специальными насадками. Неразъёмное соединение гарантирует отсутствие протечек, что при сравнительно низкой цене фитингов обещает им хорошую перспективу. Пуш-фитинги До недавнего времени сборка водопровода без применения инструментов казалась нереальной. Однако новые технологии сделали возможным и это. Процесс монтажа пуш-фитингов, или PUSH-FIT происходит следующим образом: откалиброванная труба одним движением вставляется в приёмную гильзу так, чтобы её конец появился в контрольном отверстии. Внутри она жёстко фиксируется цанговым захватом, а резиновые кольца уплотняют соединение, делая его герметичным. При необходимости соединение можно легко разобрать и собрать заново. Очевидно, что при использовании пуш-фитингов имеет место колоссальная экономия рабочего времени. Тем не менее применяются они пока довольно редко, а их перспектива весьма туманна. Требуемая надёжность такого соединения может быть достигнута лишь при условии высокой точности изготовления и сборки всех деталей, что подразумевает немалую стоимость. Цена данного изделия гораздо выше, чем компрессионного аналога, но для монтажа в труднодоступных местах пуш-фитинги могут стать незаменимыми Водопроводная арматура Водопроводная арматура применяется: - водоразборная (краны водоразборные, банные, поплавковые клапаны смывных бачков унитазов); - смесительная (смесители для мойки, для умывальника, общий для ванны и умывальника, с душевой сеткой и т.д.); - запорная (вентили на диаметрах труб и более); 15-40 мм, задвижки на диаметрах 50 мм - предохранительная (обратные клапаны - ставятся после насосов). Приборы Приборы на водопроводе:- манометры (измеряют давление и напор);- водомеры (измеряют расход воды). Условные обозначения приборов см. выше. Оборудование Насосы - это основное оборудование на водопроводе. Они повышают давление (напор) внутри водопроводных труб. Подавляющее число водопроводных насосов в настоящее время работает за счёт электродвигателей. Насосы чаще всего применяют центробежного типа. . 2.1.3 Хозяйственно-питьевой водопровод В1 Хозяйственно-питьевой водопровод В1 - это разновидность холодного водопровода. Это основной водопровод в городах и населённых пунктах, поэтому ему и присвоена цифра 1. В его названии на первом месте стоит слово "хозяйственный", так как основной объём воды - более 95 % - используется в зданиях на хозяйственные нужды и лишь менее 5 % - на питьё. Например, на одного жителя крупного города суточная норма водопотребления холодной воды, согласно СНиП 2.04.01-85, составляет около 180 л/сут, из которых на питьё в среднем расходуется около 3 литров. Требования к качеству воды, водоподготовка В1 Требования к качеству воды в хозяйственно-питьевом водопроводе В1 можно разбить на две группы: - вода должна быть питьевой, согласно ГОСТ 2874-82*; - вода должна быть холодной, то есть с температурой t +8 ... +11 Стандарт на питьевую воду содержит показатели трёх типов: 1) ФИЗИЧЕСКИЕ: мутность, цветность, запах, привкус; С. 2) ХИМИЧЕСКИЕ: общая минерализация (не более 1 г/литр - это пресная вода), а также содержание неорганических и органических веществ не более предельнодопустимых концентраций (ПДК); 3) БАКТЕРИОЛОГИЧЕСКИЕ: не более трёх бактерий на литр воды. Температура воды в пределах t +8 ... +11 С достигается за счёт контакта подземных труб наружного водопровода с грунтом, для чего эти трубы не теплоизолируются под землёй. Наружный водопровод прокладывается всегда на глубинах ниже зоны промерзания грунта, где круглый год температуры положительные. Водоподготовка и дезинфекция Современные системы водоподготовки и дезинфекции воды для водоснабжения рассмотрим на примере систем GRUNDFOSS Диоксид хлора – это газ, который хорошо растворяется в воде.5 При высоких концентрациях он становится взрывоопасным. На рис. 3.1 показана область взрывоопасных концентраций в газовой фазе в зависимости от концентрации в растворе. Другие свойства: Физические: • Зеленый цвет (при высоких концентрациях оранжевый) • Едкий запах (напоминающий озон) Химические: • Высоко селективное окислительное дезинфицирующее средство, которое не вступает в реакцию с простейшими аминами (хлорамины не образуются) • Вступает в реакцию с соединениями серы и фенолами (устраняет запах) Основное различие между хлором и диоксидом хлора, это их окислительновосстановительные потенциалы (ОВП). Проще говоря, ОВП – это энергия, которая высвобождается во время химической реакции, измеряемая в милливольтах. Энергия высвобождающаяся в результате реакции пропорциональна количеству высвобождающихся электронов. Основные области применения диоксида хлора: • Питьевая вода • Очистка сточных вод • Пищевая промышленность • CIP-мойка оборудования (без демонтажа и разборки) • Системы водяного охлаждения (градирни, теплообменники, трубопроводы) • Системы горячего водоснабжения • Другие водохозяйственные системы ПИТЬЕВАЯ ВОДА. Предварительная и последующая дезинфекция Предварительное дозирование диоксида хлора применяется для снижения дозы хлора при последующей обработке, а также для окисления органических и минеральных соединений с их переводом в нерастворимые формы, которые могут отфильтровываться и осаждаться на других стадиях процесса. Доза предварительного хлорирования составляет (1-2 мгСlO2/л). Последующее дозирование диоксида хлора используется для обеспечения пролонгированного дезинфицирующего действия. Доза при последующей обработке составляет (0,5-1 мгСlO2/л). Пример компоновки системы Oxiperm 166 предназначена для синтеза раствора СlO2 на основе взаимодействия хлорита натрия и хлор-газа производительностью 170-10000 г/ч СlO2. Концентрация раствора NaClO2 составляет 24,5% Рис3.8 - Oxiperm 166 синтеза раствора СlO2 Хлор (от греческого слова «хлорос», в переводе означающего «зеленый») представляет собой желтовато-зеленый газ с резким запахом, раздражающий слизистые оболочки. В периодической таблице элементов он расположен в группе галогенов. В обычных условиях (20°C; 1 атм.) хлор (Cl2) является двухатомным газом. Он поставляется в сжиженном виде в стальных емкостях (баллонах или цистернахдля сжиженных газов).В природе хлор, главным образом, встречается в виде хлорида натрия, и обычно его получают электролизом раствора хлорида натрия. Дезинфицирующие и окислительные свойства хлора объясняются его очень высокой реакционной способностью, поэтому он быстро и эффективно уничтожает микроорганизмы и нейтрализует токсичные вещества в нормальных условиях. Хлор более чем вдвое тяжелее воздуха и поэтому при высвобождении опускается вниз. Человеческое обоняние способно почувствовать запах хлора при ничтожной концентрации 0,3 ppm (частей на миллион). Максимально допустимая концентрация хлора в атмосфере рабочей зоны составляет 1,5 мг/м3, или 0,5 ppm. Даже кратковременное пребывание в атмосфере с содержанием 50 объемных частей хлора на миллион (vpm) может привести к фатальному исходу. Хлор, полученный промышленным способом, имеет чистоту не менее 99,8 масс. %. Наиболее частые примеси – небольшие количества CO2, N2 и воды. Предварительное хлорирование. Как видно из названия, эта процедура производится перед любыми другими операциями обработки. Она служит начальным этапом дезинфекции для удаления из воды как можно большего количества микробов перед дальнейшей обработкой. В очистке питьевой воды предварительное хлорирование используется для предохранения установок фильтрации от чрезмерного наслоения микроорганизмов. В очистке сточной воды предварительное хлорирование применяют, чтобы предотвратить перегрузку биологической стадии очистки инородными бактериями. Заключительное хлорирование Это заключительный этап обработки, который служит для гарантии наличия в водопроводной сети избыточного хлора, который должен препятствовать повторному росту бактерий. Интенсивное хлорирование, или хлорирование в ударных дозах Эта процедура используется для быстрой и надежной дезинфекции новых водопроводных линий перед их вводом в эксплуатацию. Кроме того, ее применяют в системах, где постоянно возникают источники микробов в открытых контурах охлаждения, трубах с протечками или из-за переменного качества воды. Этот тип хлорирования практикуется периодически, а не постоянно. Хлор добавляется в течение короткого периода времени и, в некоторых случаях, с концентрацией до 10 раз выше обычно поддерживаемой концентрации. Продолжительность интервалов времени и необходимая концентрация определяются на основе накопленного опыта таких обработок. Хлорирование в точке перегиба Это особый режим хлорирования, предназначенный для определения количества необходимого хлора с учетом присутствия в воде азотных соединений (аммиака, аминов), которые связывают свободный хлор. Особенность образуемых при этом хлор-азотных соединений заключается в том, что их концентрация нелинейно связана с количеством добавляемого хлора и с концентрацией доступного хлора. Причина в том, что свободный хлор связывается азотными соединениями с образованием хлорамин. Компоненты: 1 – Поступление газа 2 – Манометр 3 – Вакуумный регулятор (или предварительный регулятор для крупных систем хлорирования) 4 – Измерительная трубка на дозаторе 5 – Клапан расхода на дозаторе с сервомотором 6 – Главный регулятор (только для крупных систем хлорирования, см. раздел 4) 7 – Вакуумметр 8 – Инжектор 9 – Поступление воды, клапан 10 – Выпускное отверстие хлорированного раствора, диффузор 11 – Компенсация колебаний давления Методы очистки воды Угольные фильтры Достоинства угольных фильтров: •Отлично удаляют пестициды и хлор. •Недороги. Фильтры бывают всех форм и размеров. Это один из самых старых и самых дешевых способов очистки воды. В большинстве угольных фильтров используется активированный уголь. Вода легко проходит через фильтр с активированным углем, который обладает большой площадью поверхности пор (до 1000 м2/г), в которых происходит адсорбция загрязняющих веществ. Активированный уголь используется как в форме твердых блоков, так и в гранулированной форме. Через твердый блок вода проходит дольше, что делает подобные фильтры более эффективными в поглощении загрязнений. Фильтры с активированным углем лучше всего подходят для удаления таких загрязнителей, как инсектициды, гербициды и полихлоринатные бифенилы. Они могут также удалять многие промышленные химикаты и хлор. Но активированный уголь не удаляет большинство неорганических химических веществ, растворенных тяжелых металлов (например, свинец) или биологические загрязнения. Чтобы в некоторой степени справиться с этими недостатками, многие производители используют активированный уголь в сочетании с другими способами очистки, такими как керамические фильтры или ультрафиолетовое излучение, о которых речь пойдет позже. Даже с этими усовершенствованиями, однако, угольные системы фильтрации имеют свои ограничения и недостатки. Недостатки угольных фильтров: •Не удаляют бактерии. •Недолговечны. Угольные фильтры представляют собой отличную среду для размножения бактерий. Если вода не подвергалась обработке хлором, озоном или другим способам бактерицидной защиты перед фильтраций, то бактерии из воды осядут в фильтре и будут там размножаться, загрязняя проходящую через него воду. По этой причине не рекомендуется использовать угольный фильтр в том случае, когда вода поступает напрямую из природного источника. Некоторые производители утверждают, что проблема решается при помощи добавления серебра. К сожалению, эта технология работает недостаточно эффективно. Вода должна оставаться в контакте с серебром гораздо дольше, чтобы появился существенный эффект. Также со временем угольные фильтры начинают терять свою эффективность. Постепенно фильтр теряет способность задерживать загрязнения и все больше и больше примесей попадает в отфильтрованную воду. При этом вода продолжает протекать через фильтр с легкостью, и узнать насколько эффективно работает фильтр можно только при помощи анализа качества воды, но не у всех дома есть лаборатория. Поэтому фильтр необходимо заменять через определенный промежуток времени или после фильтрации определенного объема воды. Керамические фильтры Достоинства керамических фильтров: •Хорошо очищают от паразитов и физических примесей. •Легко чистятся. Вода проходит через очень мелкие поры в керамическом материале. Такие фильтры легко удаляют из воды ржавчину, грязь, паразитов, таких как криптоспоридии (Cryptosporidium) и лямблии (Giardia lamblia), а также другие загрязнители. Некоторые пивоваренные заводы используют керамические фильтры в качестве альтернативы пастеризации. Они также хорошо подходят для путешествий или занятий альпинизмом, так как легко очищаются снаружи и могут быть использованы повторно. Недостатки керамических фильтров: •Неэффективны против органических загрязнителей и пестицидов. Керамические фильтры неэффективны при удалении органических загрязнителей или пестицидов. Так что эти фильтры не рекомендуется использовать для очищения воды в домашних условиях. Дома их стоит использовать в паре с угольным фильтром. Озонирование Достоинства озонирования: •Удаляет бактерии, вирусы, грибки, водоросли и паразиты. Озон (О3) отличается от обычного кислорода тем, что он содержит три атома кислорода вместо двух. Этот дополнительный атом кислорода делает озон сильным окислителем. Когда пузырьки озона проходят через воду, озон быстро и очень эффективно убивает бактерии, вирусы, водоросли и паразитов. Этот способ не только в тысячи раз более эффективный по сравнению с хлорированием, но при этом он еще и не производит любых вредных побочных продуктов, которые появляются при хлорировании. По этим причинам этот метод очистки применяется при обработке воды в бассейнах. Недостатки озонирования: •Этот метод не позволяет удалять тяжелые металлы, минералы и пестициды. •Озон быстро распадается на кислород и теряет свою эффективность. •Очень дорогой метод. •Озон является очень ядовитым веществом, поэтому работа системы должна тщательно контролироваться датчиками. Для получения питьевой воды одного озонирования недостаточно. Оно не удаляет тяжелые металлы, минералы и пестициды. И, в отличие от хлора, который, оставаясь в воде, продолжает выполнять свою функцию, озон имеет очень короткий срок действия. Он распадается почти мгновенно и не имеет остаточного эффекта очистки. Еще один камень преткновения в озонировании воды – это стоимость. Использовать озонирование в домашних условиях получается слишком дорого. Ультрафиолетовые излучение Достоинства использования УФ-излучения: •Убивает бактерии и вирусы. Когда микроорганизмы, такие как бактерии и вирусы, поглощают ультрафиолетовое излучение, то начинают происходить определенные реакции, вызывающие их гибель. Это делает УФ-излучение очень эффективным методом уничтожения патогенных микроорганизмов, таких как кишечная палочка и сальмонелла, без добавления химических веществ, например, хлора. УФ-излучение является одним из немногих способов очистки, позволяющим уничтожать вирусы, что особенно важно в сельской местности, где нет других способов получения качественной воды. Недостатки УФ-излучения: •Неэффективно против всех организмов. •Неспособно удалять тяжелые металлы, пестициды, другие физические загрязнители. УФ-излучение неэффективно при удалении всех видов организмов (например, некоторых паразитов), и оно никак не влияет на содержание в воде тяжелых металлов, пестицидов и многих других загрязняющих веществ. Хотя оно способно разрушать хлорсодержащие соединения. Чтобы излучение стало эффективным, вода должна подвергаться воздействию источника света в течение достаточного периода времени. Наконец, вода должна быть относительно прозрачной, чтобы УФ-излучение могло проникнуть через нее. Как и большинство других методов очистки воды, одного УФизлучения недостаточно, стоит рассмотреть его применение в комплексе с другими. Ионообменные фильтры для воды Достоинства ионообменных фильтров: •Продлевают работу водонагревателей, стиральных машин. Недостатки ионообменных фильтров: •Не очищают воду и не делают ее безопасной для человека. Ионообменные фильтры действуют как умягчители воды и не оказывают никакого влияния на микроорганизмы. Смягчение жесткой воды хорошо для стиральной машины и водонагревателя, а также при купании. Жесткая вода больше стягивает кожу, и мыло в ней хуже мылится. Однако мягкая вода не является более полезной, чем жесткая. Умягчители не очищают воду. Медно-цинковые системы очистки воды Достоинства медно-цинковых систем очистки: •Эффективно удаляют хлор и тяжелые металлы. Подобные фильтры для воды продаются под названием KDF. В них используется запатентованный медно-цинковый сплав, который содержится в фильтре в виде гранул. Молекулы меди и цинка действуют как различные полюса в батарее. При прохождении загрязненной воды через гранулы одна часть примесей направляется в сторону цинка, другая часть примесей с противоположным зарядом направляется в сторону меди. При этом происходят окислительно-восстановительные реакции, при которых обезвреживаются потенциально опасные химические вещества. В результате обработки хлорированной воды образуется хлористый цинк. Также подобные фильтры снижают содержание ртути, мышьяка, железа и свинца. При прохождении через фильтр в воде уничтожаются бактерии и другие организмы. Недостатки медно-цинковых системы очистки: •Неэффективны против пестицидов и органических загрязнителей. Медно-цинковые системы очистки не позволяют удалять пестициды и другие органические загрязнители. Тем не менее, KDF-системы обычно включают блок угольных фильтров, чтобы устранить эти недостатки. Системы обратного осмоса Достоинства систем обратного осмоса: •Хорошо очищают воду от металлов, бактерий, вирусов, микроорганизмов, а также органических и неорганических химических веществ. Первоначально система обратного осмоса использовалась для опреснения морской воды. В процессе очистки вода под давлением проходит через полупроницаемую синтетическую мембрану. При благоприятных условиях данный способ фильтрации позволяет удалять от 90% до 98% тяжелых металлов, вирусов, бактерий и других организмов, органических и неорганических химических веществ. Недостатки систем обратного осмоса: •Большое количество воды в виде отходов. •Синтетическая мембрана деградирует под воздействием хлоридов и физических загрязнителей. •В системе могут размножаться бактерии. •Хуже работают с жесткой водой. Несмотря на свои достоинства системы обратного осмоса обладают существенными недостатками. Для начала, они чрезвычайно ресурсоемки; для получения 1 л чистой воды в канализацию смывается 3-8 л загрязненной воды. Факт, что эта сливаемая вода содержит концентрированные загрязняющие вещества, вынудил некоторые сообщества, страдающие от недостатка воды, полностью запретить подобные системы очистки. Эти системы для должной работы также требуют минимального давления воды 2,7 атм. Необходимо принимать меры по поддержанию целостности мембраны, которую надо заменять каждые несколько лет. Мембрана ухудшает свои свойства в присутствии хлора и при очистке мутной воды. Поэтому системы обратного осмоса требуют предварительную очистку воды угольным фильтром. Системы обратного осмоса также являются хорошей средой для размножения бактерий, что может потребовать установки угольного фильтра между блоком обратного осмоса и резервуаром для хранения воды и еще одного фильтра между накопительным баком и краном, из которого сливается вода. И, наконец, если вода достаточно жесткая, то может потребоваться дополнительная система смягчения воды. Учитывая перечисленные недостатки, действительно трудно рассматривать эти системы в качестве лучшего способа очистки воды. Дистилляция Достоинства дистилляции: •Удаляет широкий спектр загрязняющих веществ, полезна в качестве первого этапа очистки. •Можно использовать многократно. При правильном выполнении дистилляции она обеспечивает получение довольно чистой и безопасной воды. Есть критики употребления дистиллированной воды, но многие люди употребляют дистиллированную воду годами, не испытывая при этом никаких проблем со здоровьем. Дистилляция является относительно простым процессом: вода нагревается до кипения и превращается в пар. Кипячение убивает различные бактерии и другие патогены. Полученный при кипячении пар охлаждают и вновь получают воду. Недостатки дистилляции •Загрязняющие вещества переносятся в некоторой степени в конденсат. •Требуется тщательный уход для обеспечения чистоты дистиллятора. •Медленный процесс. •Потребляет большое количество водопроводной воды (для охлаждения) и энергии (для нагрева). Неорганические загрязнители способны мигрировать вдоль тонкой пленки воды, которая образуется на внутренних стенках. Также в воду переходят загрязняющие вещества из стекла или металла, в которых нагревается вода. Органические соединения с температурой кипения ниже, чем 100°C, автоматически переходят в дистиллят, и даже органические соединения с температурой кипения более 100°C могут раствориться в водяном паре и также перейти в дистиллят. Во время кипения за счет поступающей энергии могут образоваться новые хлорорганические соединения. Дистилляция является медленным процессом, который требует хранения воды в течение длительного времени. За время хранения возможно повторное загрязнение воды веществами из окружающего воздуха. Дистилляция требует большого количества энергии и воды и, следовательно, является дорогим процессом в эксплуатации. Кроме того требуется регулярная чистка дистиллятора от загрязнителей, накопленных в процессе. Элементы В1 Элементы хозяйственно-питьевого водопровода В1 рассмотрим на примере двухэтажного здания с подвалом (рис. 2). 7 6 5 Колодец 2 3 4 Hзал B1 1 Наружная сеть В1 Рис. 2 Элементы хозяйственно-питьевого водопровода В1: 1 - ввод водопровода; 2 - водомерный узел; 3 - насосная установка (не всегда); 4 - разводящая сеть водопровода; 5 - водопроводный стояк; 6 - поэтажная (поквартирная) подводка; 7 - водоразборная и смесительная арматура. Ввод водопровода Ввод водопровода — это участок подземного трубопровода с запорной арматурой от смотрового колодца на наружной сети до наружной стены здания, куда подаётся вода (см. рис. 2). Каждый ввод водопровода в жилых зданиях рассчитан на количество квартир не более 400. На схемах и чертежах ввод обозначается, например, так: Ввод В1-1. Это означает, что ввод относится к хозяйственно-питьевому водопроводу В1 и порядковый номер ввода № 1. Глубина заложения трубы ввода водопровода принимается по СНиП 2.04.02-84 для наружных сетей и находится по формуле: Hзал = Нпромерз + 0,5 м , где Нпромерз — нормативная глубина промерзания грунта в данной местности; 0,5 м — запас пол-метра. Водомерный узел Водомерный узел (водомерная рамка) — это участок водопроводной трубы непосредственно после ввода водопровода, который имеет водомер, манометр, запорную арматуру и обводную линию (рис. 3). ВК-32 р В здание Пол подвала Обводная линия Из ввода водопровода Рис. 3 Водомерный узел надлежит устанавливать у наружной стены здания в удобном и легкодоступном помещении с искусственным или естественным освещением и температурой воздуха не ниже +5 °С согласно СНиП 2.04.01-85. Обводная линия водомерного узла обычно закрыта, а арматура на ней опломбирована. Это необходимо для учёта воды через водомер. Достоверность показаний водомера можно проверить с помощью контрольного крана-вентиля, установленного после него (см. рис. 3). Насосная установка Насосная установка на внутреннем водопроводе необходима при постоянном или периодическом недостатке напора, обычно когда вода не доходит по трубам до верхних этажей здания. Насос добавляет необходимый напор в водопроводе. Чаще всего используются насосы центробежного типа с приводом от электродвигателя. Минимальное число насосов — два, из которых один рабочий насос, а другой резервный насос. Схема насосной установки для этого случая показана в аксонометрии на рис. 4. p Манометр В p о бв О Насос о ог рн а дн е ни а зд ия ин л я Вибровставка ме доа о л тв з О у Рис. 4 Обратные клапаны препятствуют противодавлению на насос воды из здания, а также предохраняют от паразитной циркуляции. Обводная линия насосной установки в отличие от водомерного узла наоборот всегда открыта. Это связано с тем, что в периоды достаточного напора из наружной сети работа насоса не требуется. Тогда электроманометром насос выключается, а вода поступает в здание через обводную линию. В зависимости от типа насосного оборудования различают насосные станции с горизонтальными и вертикальными, центробежными и осевыми насосами. По расположению насосов относительно уровня воды в водоеме, приемном резервуаре или резервуаре чистой воды различают станции: с насосами, установленными с положительной высотой всасывания; с насосами, установленными с подпором (под залив). По расположению машинного зала относительно поверхности земли насосные станции бывают: наземные, частично заглубленные (полузаглубленные); заглубленные; подземные. В наземных насосных станциях отметка пола машинного зала определяется планировочными отметками окружающей земли. В этих станциях при необходимости предусматривается въезд автомобиля в машинный зал, и насосы к месту установки могут быть поданы подъемно-транспортным оборудованием непосредственно с кузова автомобиля. В полузаглубленных насосных станциях пол машинного зала заглублен по отношению к поверхности окружающей земли. Характерной особенностью таких станций является отсутствие перекрытия между первым этажом и машинным залом. Одно и то же подъемно-транспортное оборудование обслуживает монтажную площадку на уровне первого этажа и заглубленный машинный зал. Особенностью заглубленных насосных станций является наличие перекрытия между машинным залом и первым этажом. Пространство над машинным залом в заглубленных насосных станциях используется для размещения вспомогательных помещений. При большом заглублении насосных станций (шахтный тип) между машинным залом и поверхностью земли могут устраиваться дополнительные подземные этажи, на которых располагается вспомогательное оборудование. Подземные насосные станции расположены полностью под землей и, как правило, не имеют надземной части (верхнего строения). Они невелики и управление ими автоматизированно. Подземными, например, могут проектироваться станции забора подземных вод. По форме подземной части в плане насосные станции могут быть: прямоугольными, круглыми, эллиптическими и сложной конфигурации. Прямоугольная форма обеспечивает лучшие условия для строительства как подземной, так и надземной части из унифицированных деталей. Круглая и эллиптическая формы позволяют легче воспринимать гидростатическое давление и давление грунта бетонными и железобетонными конструкциями подземной части, а также вести строительство опускным способом. По характеру управления насосные станции могут быть: с ручным управлением — все или часть операций по управлению агрегатами производятся обслуживающим персоналом; автоматические — все операции по включению и выключению агрегатов производятся автоматически в зависимости от уровня воды в емкостях, давления или расхода воды в трубопроводах; полуатоматические — насосный агрегат включается или выключается от единичной команды, заданной эксплуатационным персоналом, а вся дальнейшая работа выполняется автоматически; с дистанционным управлением — управление насосной станцией производится из диспетчерского пункта, значительно удаленного от станции. Разводящая сеть водопровода Разводящие сети внутреннего водопровода прокладываются, согласно СНиП 2.04.0185, в подвалах, технических подпольях и этажах, на чердаках, в случае отсутствия чердаков — на первом этаже в подпольных каналах совместно с трубопроводами отопления или под полом с устройством съёмного фриза или под потолком верхнего этажа. Трубопроводы могут крепиться: - с опиранием на стены и перегородки в местах монтажных отверстий; - с опиранием на пол подвала через бетонные или кирпичные столбики; - с опиранием на кронштейны вдоль стен и перегородок; - с опиранием на подвески к перекрытиям. В подвалах и техподпольях к разводящим сетям водопровода присоединяют трубы 15, 20 или 25 мм, подающие воду к поливочным кранам, которые обычно выводят в ниши цокольных стен наружу на высоте над землей около 30-35 см. По периметру здания поливочные краны размещают с шагом 60-70 метров. Водопроводные стояки Стояком называется любой вертикальный трубопровод. Водопроводные стояки размещают и конструируют по следующим принципам: 1) Один стояк на группу близкорасположенных водоразборных приборов. 2) Преимущественно в санузлах. 3) С одной стороны от группы близкорасположенных водоразборных приборов. 4) Зазор между стеной и стояком принимают 3-5 см. 5) В основании стояка предусматривают запорный вентиль. Поэтажные подводки В1 Поэтажные (поквартирные) подводки подают воду от стояков к водоразборной и смесительной арматуре: к кранам, смесителям, поплавковым клапанам смывных бачков. Диаметры подводок обычно принимают без расчёта 15 мм. Это связано с тем же диаметром водоразборной и смесительной арматуры. Непосредственно около стояка на подводке устанавливают запорный вентиль 15 мм и квартирный водомер ВК-15. Далее подводят трубы к кранам и смесителям, причём ведут трубы на высоте 10-20 см от пола. Перед смывным бачком на подводке устанавливают дополнительный вентиль для ручной регулировки напора перед поплавковым клапаном. Водоразборная и смесительная арматура Водоразборная и смесительная арматура служит для получения воды из водопровода. Она устанавливается на концах трубопроводов подводок на определённой высоте над полом, регламентированной СНиП 3.05.01-85. Например, общий смеситель для умывальника и ванны устанавливается в уровне верха борта умывальника на высоте над полом равной 850 мм. 2.1.4 Противопожарный водопровод Противопожарный водопровод В2 предназначен для тушения пожаров водой в зданиях. Согласно СНиП 2.04.01-85, систему В2 должны иметь следующие здания: 1) жилые здания от 12 и более этажей; 2) здания управлений от 6 и более этажей; 3) клубы с эстрадой, театры, кинотеатры, актовые и конференц-залы, оборудованные киноаппаратурой; 4) общежития и общественные здания объёмом от 5000 м3 и более; 5) административно-бытовые здания промпредприятий объёмом от 5000 м3 и более. Классификация противопожарных водопроводов Противопожарный водопровод подразделяется на три разновидности (рис. 5). Противопожарный водопровод С пожарными кранами В2 Дренчерные системы Спринклерные системы Рис. 5 Системы с пожарными кранами проектируются по СНиП 2.04.01-85, а полуавтоматические (дренчерные) и автоматические (спринклерные) установки по СНиП 2.04.09-84. Системы В2 с пожарными кранами Область применения систем водопровода В2 с пожарными кранами см. выше. Согласно СНиП 2.04.01-85, система В2 носит подчинённый характер по отношению к системам В1 или В3. Это означает, что если в здании предусмотрена сеть В1 или В3, то противопожарный водопровод В2 стояками присоединяется к сети В1 или В3. Стояки В2 принимают диаметром не менее 50 мм и прокладывают в лестничных клетках и коридорах. Пожарные краны 50 мм располагают на высоте 1,35 м над полом. Их помещают в шкафчиках, куда кладут свёрнутый пеньковый пожарный рукав длиной 10, 15 или 20 м. На одном конце рукава имеется полугайка для быстрого присоединения к пожарному крану, а на другом конце конический пожарный ствол для получения компактной водяной струи длиной около 10-20 метров. Полуавтоматические дренчерные установки Полуавтоматические дренчерные установки предназначены для создания водяных завес из мелких капель во время пожара. Они применяются на сценах зрительных залов, а также в боксах крупных производственных гаражей. Главным элементом является дренчер-ороситель это особый вид водоразборной прокладывается стальная труба диаметром не менее арматуры. Под потолок 20 мм и на ней с шагом 3 метра устанавливаются дренчеры, направленные вниз. В ожидании действия система находится без воды, то есть она сухотрубная. При возникновении пожара нажимают на кнопку, почему система и считается полуавтоматической, так как срабатывает от кнопки. В результате включается пожарный насос и открывается электрозадвижка и вода по трубе поступает к дренчерам. Те распыляют воду вниз, например, на занавес сцены и создают водяную завесу, которая кроме тушения огня также способствует благоприятному психологическому эффекту, несколько сбивая панику среди зрителей в зале. Виды дренчерных оросителей: •специальные оросители для дренчерных завес в проемах; •специальные оросители для дренчерных завес на причальных комплексах; •обычные дренчерные оросители; •дренчерные оросители систем тушения тонкораспыленной водой. Дренчерные системы проектируются по СНиП 2.04.09-84. Автоматические спринклерные установки Автоматические спринклерные установки предназначены для создания площадного орошения водой при тушении пожара. Они применяются в архивах библиотек и документации, в торговых залах крупных супермаркетов и в складах с повышенной пожароопасностью. Главным элементом является спринклер-ороситель это особый вид водоразборной арматуры. Под потолком помещения прокладывается разводящая сеть из стальных труб диаметром не менее 20 мм и на них с шагом 3 метра устанавливаются спринклеры, направленные вниз. В ожидании действия система находится под напором. При возникновении пожара под конкретным спринклером внутри него расплавляется легкоплавкая вставка и он сам автоматически открывается и начинает поливать-брызгать водой вниз туда, где возник пожар, почему система и называется автоматической, так как срабатывает без участия человека. Рис 3.5 – Спринклер Спринклерные системы проектируются по СНиП 2.04.09-84. Рис 3.2 – Пример спринклерной системы Пример системы насосной установки для пожаротушения от GRUNDFOS Нуdro MX представлен на рисунке Рис. 3.5 Жокей-насос Жокей-насос предназначен для поддержания давления воды в системах спринклерного пожаротушениия. Из опыта проектирования параметры жокей-насоса рекомендуется принимать по следующим зависимостям: Qжокея = 2–3 м3/час, если Qпож. насоса ≤ 100 м3/ч Qжокея = 3–4 м3/час, если Qпож. насоса > 100 м3/ч. Напор жокей-насоса должен превышать напор пожарного насоса в рабочей точке на 10%, но не менее чем на 5 м.в.с. Однако, в зависимости от тех или иных требований к проекту, может потребоваться установка жокей-насоса, обеспечивающего другие параметры. Решение о выборе параметров жокей-насоса должен принимать специалист, проектирующий систему пожаротушения. Рис. 3.6 –Жокей-насос Рис3.8 – Насос для системы пожаротушения с использованием дизельного двигателя от GRUNDFOS 2.1.5 Производственный водопровод Производственный водопровод подаёт воду в производственные здания для различных технологических нужд, поэтому требования по качеству воды разнообразны. Стандартная классификация производственного водопровода В3 по качеству воды изображена на рис. 6. Производственный водопровод В3 В4 В5 В6 В7 В8 В9 Более 100 типов … Рис. 6 В3 это общее обозначение любого производственного водопровода. На первом месте в классификации стоит оборотное водоснабжение В4-В5, в котором В4 подающая труба, а В5 труба обратная. Оборотное водоснабжение это перспективные, экологически чистые и ресурсосберегающие системы. В6 системы с умягчённой водой. В7 системы с речной водой. В8 системы с осветлённой водой. В9 — системы с подземной (промышленной) водой и так далее … Классификация производственного водопровода по использованию воды: 1) Прямоточный водопровод. Это самый простой производственный водопровод, когда вода после использования напрямую сбрасывается в канализацию. Однако он загрязняет окружающую среду и не экономит ресурсы, поэтому предприятия стремятся от него перейти на другие, более прогрессивные системы. 2) С повторным использованием воды. Вода, использованная в технологии одного цеха, не сбрасывается сразу в канализацию, а используется на другие технологические нужды, по цепочке. Система более прогрессивная по сравнению с предыдущей. 3) Оборотное водоснабжение. Вода подаётся из местного очистного сооружения на производственно-технологические нужды по трубопроводу В4, используется и уходит обратно в очистное сооружение по трубопроводу В5. Оборотное водоснабжение это перспективные, экологически чистые и ресурсосберегающие системы. Примером могут служить мойки автомобилей с такими системами, которые к тому же и выгодны для данного предприятия автосервиса, так как дают экономию по забору воды из водопровода и сбросу стоков на водоотведение. Классификация производственного водопровода по объёмам потребляемой воды: 1) Объединённые системы В1+В2+В3. Применяются для небольших производственных зданий при суточном расходе водопотребления не более 100 м3/сут. 2) Раздельные системы (В1+В2, В3) или (В1, В3+В2). Применяются для производственных зданий при значительном суточном расходе водопотребления более 100 м3/сут. Кроме того, отметим, что в цехах следует устраивать питьевые фонтанчики с шагом не более 75 метров от рабочих мест. 2.1.6 Система горячего водоснабжения Современный горячий водопровод имеет в здании две трубы: Т3 трубопровод; Т4 это подающий циркуляционный трубопровод. Требования к качеству воды Требования к качеству горячей воды в системе содержатся в СНиП 2.04.01-85: 1) Горячая вода в должна быть питьевой по ГОСТ 2874-82. Качество воды, подаваемой на производственные нужды, определяется технологическими требованиями. 2) Температуру горячей воды в местах водоразбора следует предусматривать: а) не ниже +60 С для систем централизованного горячего водоснабжения, присоединяемых к открытым системам теплоснабжения; б) не ниже +50 С для систем централизованного горячего водоснабжения, присоединяемых к закрытым системам теплоснабжения; в) не выше +75 С для всех систем, указанных в подпунктах "а" и "б". 3) В помещениях детских дошкольных учреждений температура горячей воды, подаваемой для душей и умывальников, не должна превышать +37 С. Классификация по расположению источника тепла Классификация горячего водопровода по расположению источника тепла показана на рис. 7. Горячее водоснабжение Централизованные системы Открытые системы (с непосредственным водоразбором из теплосети Т2) Местные системы Закрытые системы (вода из В1 нагревается водонагревателями за счёт теплосети Т1-Т2) С водогрейными колонками Рис. 7 Необходимо отметить, что наружных сетей горячего водопровода обычно не прокладывают, то есть горячий водопровод это типично внутренний водопровод. Классификация, показанная на рис. 7 отражает тот факт, что централизованно или местно решается расположение источника тепла. В крупных и средних городах тепло несут наружные водяные теплосети Т1-Т2 и заводят тепло в здания отдельными вводами Т1-Т2. Это централизованные системы теплоснабжения. В малых городах и населённых пунктах источник тепла находится в доме или квартире это домовая котельная или водогрейная колонка, работающая на газе, мазуте, нефти, угле, дровах или электричестве. Это местная система. Открытая система горячего водопровода (см. рис. 7) берёт воду из обратного трубопровода теплосети Т2 непосредственно, напрямую, и далее вода поступает по трубе Т3 к смесителям в квартиры. Такое решение горячего водоснабжения не самое лучшее с точки зрения обеспечения питьевого качества горячей воды, так как вода идёт фактически из системы водяного отопления. Однако такое решение весьма недорогое. Таким способом, например, снабжается большинство зданий правобережья г. Омска. Закрытая система горячего водопровода (см. рис. 7) берёт воду из холодного водопровода В1. Вода нагревается с помощью водонагревателей-теплообменников (бойлеров или скоростных) и поступает по трубе Т3 к смесителям в квартиры. Часть неиспользованной горячей воды циркулирует внутри здания по трубопроводу Т4, что поддерживает постоянную необходимую температуру воды. Источником тепла для водонагревателей служит подающая труба теплосети Т1. Такое решение горячего водоснабжения уже лучше с точки зрения обеспечения питьевого качества горячей воды, так как вода берётся из системы хозяйственно-питьевого водопровода В1. Элементы Элементы горячего водопровода рассмотрим на примере рис. 8. Т3 6 9 10 7 8 2 Т2 1 Т3 3 4 Т1 5 Т3 12 Т4 11 Рис. 8 1 2 ввод теплосети в техподполье здания. Это не элемент горячего водопровода. тепловой узел. Здесь реализуется схема (открытая или закрытая ) горячего водопровода. 3 водомер на подающей трубе горячего водопровода Т3 у теплового узла. 4 разводящая сеть подающих трубопроводов Т3 горячего водопровода. 5 подающий стояк горячего водопровода. В его основании устанавливают запорный вентиль. 6 полотенцесушители на подающих стояках Т3. 7 квартирные водомеры горячей воды на поэтажные подводках Т3. 8 поэтажные подводки горячей воды Т3 (обычно 15 мм). 9 смесительная арматура (на рис. 8 показан смеситель общий для умывальника и ванны с душевой сеткой и поворотным изливом). 10 циркуляционный стояк Т4 горячего водопровода. В его основании тоже устанавливают запорный вентиль. 11 отводящая сеть циркуляционных трубопроводов Т4 горячего водопровода. 12 водомер на циркуляционной трубе горячего водопровода Т4 у теплового узла. Сравнение современных систем нагрева воды для местных систем представлено в таблице. 3.2 Внутренняя канализация зданий Внутренняя канализация зданий - это система трубопроводов и устройств, отводящих сточные воды из зданий, включая наружные выпуски до смотровых колодцев. В состав внутренней канализации входят: 1) санитарно-технические приборы и приёмники сточных вод; 2) раструбные трубопроводы; 3) соединительные фасонные детали; 4) устройства для прочистки сети. Условные обозначения по внутренней канализации см. выше. 3.2.1 Классификация внутренней канализации Классификация внутренней канализации изображена на рис. 9. Внутренняя канализация К К1 К2 К3 Рис. 9 Таким образом, внутреннюю канализацию на схемах и чертежах в отечественной документации обозначают буквой русского алфавита К. Внутренняя канализация имеет следующие разновидности: К1 - бытовая канализация (по-старому: "хозяйственно-фекальная канализация"); К2 - дождевая канализация (или "внутренние водостоки"); К3 - производственная канализация (общее обозначение). 3.2.2 Санитарно-технические приборы и приёмники сточных вод Санитарно-технические приборы и приёмники сточных вод первыми в канализации принимают стоки. Вот наиболее применимые в бытовой канализации К1 санитарнотехнические приборы: - мойки кухонные; - умывальники; - ванны; - унитазы. Писсуары применяют для общественных туалетов, а души-биде для комнат гигиены женщин. В полу общественных туалетов и мусорокамер зданий в К1 устанавливают напольные трапы (разновидность воронок) из чугуна или пластмассы по ГОСТ 1811-97 соответственно диаметром 50 мм и 100 мм, согласно СНиП 2.04.01-85. В дождевой канализации К2 на кровлях зданий устанавливают водосточные воронки: колпаковые (для неэксплуатируемых кровель) или плоские (для эксплуатируемых кровель). В производственной канализации К3 применяют следующие приёмники сточных вод: трапы, ванны, напольные решетки с гидрозатворами и без гидрозатворов, лотки. Условные обозначения санитарно-технических приборов и приёмников сточных вод см. выше. Сифоны и гидравлические затворы Сифоны и гидравлические затворы располагают сразу под санитарно-техническими приборами и приёмниками сточных вод. Принцип их действия можно рассмотреть на примере сифона коленчатого типа, устанавливаемого под умывальником или кухонной мойкой (рис. 10). Рис. 10 За счёт изогнутости трубы сифона в виде петли в нём всегда остаётся вода, создающая гидравлический затвор, то есть водяную пробку, препятствующую проникновению запахов из системы канализации в помещения зданий. Условные обозначения сифонов см. выше. Канализационные раструбные трубопроводы Трубы для канализации применяют раструбные. Рáструб это уширение на одном конце трубы, служащее для соединения с другими трубами или с фасонными деталями (рис. 11). Раструбы должны быть направлены против движения сточных вод. Раструб Раструб Зачеканка Рис. 11 Диаметры труб внутренней канализации чаще всего применяют 50 мм и 100 мм. В бытовой канализации К1 трубы 50 мм используют для отведения сточных вод от умывальников, моек и ванн. Трубы 100 мм служат для присоединения унитазов. По материалу наибольшее распространение получили чугунные и пластмассовые трубопроводы. Чугунные канализационные трубы 50 мм и 100 мм применяют по ГОСТ 6942- 98 "Трубы чугунные канализационные и фасонные части к ним" (введён с 1 января 1999 г.). Они могут быть длиной 750 мм, 1000 мм, 1250 мм, 2000 мм, 2100 мм, 2200 мм. Покажем обозначение марки трубы. Например, труба чугунная канализационная 100 мм длиной 2000 мм обозначается в спецификациях так: ТЧК-100-2000. Раструбный стык чугунных труб зачеканивают смоляной или битумизированной пеньковой прядью (кáболкой) и замазывают расширяющимся цементным раствором (см. рис. 11). Пластмассовые канализационные трубы диаметрами 40, 50, 90 и 110 мм применяют по ГОСТ 22689-89* "Трубы полиэтиленовые канализационные и фасонные части к ним". Их изготавливают из полиэтилена низкого (ПНД) и высокого (ПВД) давления. Они предназначены для систем внутренней канализации зданий с максимальной температурой сточной жидкости +60 °С и кратковременной (до 1 мин) +95°С. Это является недостатком полиэтиленовых труб. Раструбный стык пластмассовых трубопроводов уплотняют резиновым кольцом, которое вставлено в паз раструба. С силой вдвигая трубу в раструб, получают необходимое уплотнение стыка за счёт обжатия резинового кольца. Уклоны внутренней канализации обычно не рассчитывают, а назначают конструктивно так: для 50 мм уклон 0,035; для 100 мм уклон 0,02. Условные обозначения канализационных трубопроводов см. выше. Полный перечень условных обозначений см. в ГОСТ 6942-98 "Трубы чугунные канализационные и фасонные части к ним" (введён с 1 января 1999 г.). Соединительные фасонные детали Как уже было сказано, канализационные трубы соединяют между собой с помощью раструбов этих же труб (см. рис. 11). Однако обойтись одними раструбами труб невозможно, поэтому для переходов с меньшего диаметра на больший, поворотов и боковых присоединений применяют соединительные фасонные детали по ГОСТ 694298 "Трубы чугунные канализационные и фасонные части к ним" (введён с 1 января 1999 г.): патрубки переходные (для перехода с меньшего на больший диаметр); колена (для поворота трубопроводов на 90°); отводы (для поворота трубопроводов на 135°); тройники прямые (для стояков); тройники косые (преимущественно для горизонтальных участков); крестовины прямые (для стояков); крестовины косые (преимущественно для горизонтальных участков). Условные обозначения соединительных фасонных деталей для канализации см. Полный перечень условных обозначений см. в ГОСТ 6942-98 "Трубы чугунные канализационные и фасонные части к ним" (введён с 1 января 1999 г.). Устройства для прочистки сети Для прочистки канализационных сетей от засоров применяют следующие фасонные детали: ревизии (на стояках); прочистки из косых тройников или отводов с пробками-заглушками (на горизонтальных участках) или прямых тройников с пробками-заглушками (на вертикальных участках), а также по ГОСТ 6942-98 "Трубы чугунные канализационные и фасонные части к ним" (введён с 1 января 1999 г.). Ревизия это раструбная труба, на боковой поверхности которой имеется съёмный фланец с резиновой прокладкой, прикреплённый к трубе четырьмя или двумя болтами (рис. 12). Рис. 12 Ревизии устанавливаются на стояках в соответствии с требованиями СНиП 2.04.01-85: на верхнем и нижнем этажах; в жилых зданиях высотой 5 этажей и более не реже чем через три этажа. Прочистки устанавливают на горизонтальных участках (вернее, почти горизонтальных, так как они прокладываются с уклоном) с шагом по СНиП 2.04.01-85 не более 8-10 метров. 3.2.2 Бытовая канализация Бытовая канализация К1 предназначена для отведения сточных вод от санузлов, ванн, кухонь, душевых, общественных уборных, мусорокамер и т.д. Это основная канализация зданий. Старое название её "хозяйственно-фекальная" канализация. Элементы К1 Элементы бытовой канализации К1 рассмотрим на примере двухэтажного здания с подвалом (рис. 13). z 1 2 3 4 H ст Колодец КК1-1 5 Дворовая сеть К1 min Ф 150 мм 6 L Рис. 13 Вот основные элементы К1 по ходу движения сточных вод: 1 санитарно-технический прибор; 2 сифон (гидравлический затвор); 3 отводящий поэтажный трубопровод; 4 канализационный стояк; 5 отводящая сеть в подвале; 6 выпуск канализации. Отметим некоторые детали. Под сифоном показано колено. Оно применяется на невысоких стояках (не более 1 этажа). Отводящий поэтажный трубопровод 3 проложен с уклоном и присоединён с помощью прямого тройника к стояку 4. На стояке установлены ревизии. Верх стояка выведен выше кровли в атмосферу на высоту z канализационного стояка. Она необходима для проветривания это вентиляция внутренности канализации, а также от появления избыточного давления или, наоборот, вакуума в канализации. Вакуум может появиться при неисправной вентиляции стояка во время слива воды с верхнего этажа, что приведёт в срыву сифона, то есть вода из сифона нижнего этажа уйдёт и появится запах в помещении. Высоту стояка над кровлей принимают по СНиП 2.04.01-85 не менее величин: z = 0,3 м для плоских неэксплуатируемых кровель; z = 0,5 м для скатных кровель; z=3м для эксплуатируемых кровель. Канализационный стояк можно устраивать без вентиляции, то есть не выводить над кровлей, если его высота Hст не превышает 90 внутренних диаметров трубы стояка. В последнее время в продаже появились вакуумные клапаны для канализационных стояков, постановка которых в уровне верхнего этажа избавляет от устройства вентиляционного вывода стояка над кровлей здания. В основании стояка установлены два отвода, так как стояк крайний на сети в подвале. Если стояк сверху попадает на трубу сети, то применяют косой тройник и отвод. Применять прямой тройник в подвале нельзя, так как ухудшается гидравлика стока и возникают засоры. В конце отводящей сети 5 перед наружной стеной собрана прочистка из прямого тройника с пробкой-заглушкой. Считая от этой прочистки, длина выпуска канализации L не должна быть более 12 метров при диаметре трубы 100 мм, согласно СНиП 2.04.01-85. С другой стороны, расстояние от смотрового колодца дворовой канализации до стены здания не должно быть менее 3 метров. Поэтому расстояние от дома до колодца обычно принимают 3-5 метров. Глубина заложения выпуска канализации от поверхности земли до лотка (низа трубы) у наружной стены принимается равной глубине промерзания в данной местности, уменьшенной на величину 0,3 метра (учитывается влияние здания на незамерзание грунта рядом с домом). 3.2.3 Дождевая канализация Дождевая канализация К2 предназначена для отведения атмосферных (дождевых и талых) вод с кровель зданий по внутренним водостокам. Поэтому второе название К2 внутренние водостоки. Способов отведения атмосферных (дождевых и талых) вод с кровель зданий три: 1) Неорганизованный способ. Применяется для одно- и двухэтажных зданий. Вода просто стекает с карниза здания, для чего вынос карниза от вертикальной поверхности наружной стены должен быть не менее 0,6 метра. 2) Организованный способ по наружным водостокам (это не К2). Применяется для 3-5 этажных зданий. Вдоль карниза здания устраивается желоб, который направляет стекающие атмосферные воды в водосточным воронкам. Далее вода стекает вниз по наружным водосточным стоякам и выходит через выпуски на отмостку здания, которую обычко укрепляют бетонированием от размывания. 3) Организованный способ по внутренним водостокам это дождевая канализация К2). Применяется для жилых зданий более 5 этажей, а также для зданий любой этажности с широкой кровлей (более 48 метров) или многопролётных зданий (обычно это промздания). Элементы К2 Элементы дождевой канализации К2 рассмотрим на примере двухэтажного здания с подвалом (рис. 14). 1 2 3 5 4 Рис. 14 1 водосточная воронка. Здесь показана воронка колпакового типа, для неэксплуатируемых кровель. Плоские коронки устраиваются для эксплуатируемых кровель. Условные обозначения см. выше. Марка воронки подбирается по её пропускной способности, которая рассчитывается по методике СНиП 2.04.01-85 . 2 водосточный стояк. Прокладывается в лестничных клетках и коридорах. 3 ревизия. 4 сифон (гидравлический затвор). Он предохраняет от образования ледяной пробки на выпуске К2 в весенний период. 5 открытый выпуск К2. Устраивается при отсутствии наружной водосточной сети К2. Рекомендуется устраивать с южной стороны здания. При наличии наружной водосточной сети К2 выпуск дождевой канализации устраивают как в К1 (см. выше). 3.2.5 Производственная канализация Производственная канализация К3 предназначена для отведения технологических сточных вод из промышленных зданий. Отличительной особенностью К3 от К1 и К2 является наличие дополнительных сооружений (местных очистных сооружений, насосных станций перекачки и т.д.). Классификация производственной канализации К3 по составу сточных вод изображена на рис. 15. Производственная канализация К3 К4 К5 К6 К7 К8 К9 Более 100 типов … К3 Рис. 15 это общее обозначение любой производственной канализации. К4 системы с механически загрязнёнными сточными водами. К5 системы с илосодержащими сточными водами. К6 системы с шламосодержащими сточными водами. К7 системы с простоками, содержащими химические загрязнения. К8 системы с кислыми сточными водами. К9 системы со щелочными сточными водами. Элементы К3 Элементы производственной канализации К3 рассмотрим на примере одноэтажного промздания, у которого с пола в напольный трап (воронку) стекают механически загрязнённые производственные сточные воды. Тогда система К3 конкретизируется системой К4. 1 Элементы К3: приёмник сточных вод (в данном случае трап). 2 отводящая внутренняя канализационная сеть. 3 местное очистное сооружение (песколовка, жироловка, нефтеловушка и т.д.). 4 насосная станция перекачки. 5 выпуск канализации К3 в городскую канализационную сеть. . 4 СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ 4.1 Классификация систем вентиляции и кондиционирования Классификация типов вентиляционных систем производится на основе следующих основных признаков: •По способу перемещения воздуха: естественная или искусственная система вентиляции •По назначению: приточная или вытяжная система вентиляции •По зоне обслуживания: местная или общеобменная система вентиляции •По кострукции: наборная или моноблочная система вентиляции Естественная и искусственная система вентиляции Естественная вентиляция создается без применения электрооборудования (вентиляторов, электродвигателей) и происходит вследствие естественных факторов — разности температур воздуха, изменения давления в зависимости от высоты, ветрового давления. Достоинствами естественных системы вентиляции являются дешевизна, простота монтажа и надежность, вызванная отсутствием электрооборудования и движущихся частей. Благодаря этому, такие системы широко применяется при строительстве типового жилья и представляют собой вентиляционные короба, расположенные на кухне и санузлах. Обратной стороной дешевизны естественных систем вентиляции является сильная зависимость их эффективности от внешних факторов – температуры воздуха, направления и скорости ветра и т.д. Кроме этого, такие системы в принципе нерегулируемы и с их помощью не удается решить многие задачи в области вентиляции. Искусственная или механическая вентиляция применяется там, где недостаточно естественной. В механических системах используются оборудования и приборы (вентиляторы, фильтры, воздухонагреватели и т.д.), позволяющие перемещать, очищать и нагревать воздух. Такие системы могут удалять или подавать воздух в вентилируемые помещения не зависимо от условий окружающей среды. На практике, в квартирах и офисах необходимо использовать именно искусственную систему вентиляции, поскольку только она может гарантировать создание комфортных условий. Приточная и вытяжная система вентиляции Приточная система вентиляции служит для подачи свежего воздуха в помещения. При необходимости, подаваемый воздух нагревается и очищается от пыли. Вытяжная вентиляция, напротив, удаляет из помещения загрязненный или нагретый воздух. Обычно в помещении устанавливается как приточная, так и вытяжная вентиляция. При этом их производительность должна быть сбалансирована, иначе в помещении будет образовываться недостаточное или избыточное давление, что приведет к неприятному эффекту "хлопающих дверей". Местная и общеобменная система вентиляции Местная вентиляция предназначена для подачи свежего воздуха на определенные места (местная приточная вентиляция) или для удаления загрязненного воздуха от мест образования вредных выделений (местная вытяжная вентиляция). Местную вытяжную вентиляцию применяют, когда места выделения вредностей локализованы и можно не допустить их распространения по всему помещению. В этих случаях местная вентиляция достаточно эффективна и сравнительно недорога. Местная вентиляция используется, преимущественно, на производстве. В бытовых же условиях применяется общеобменная вентиляция. Исключением являются кухонные вытяжки, которые представляют собой местную вытяжную вентиляцию. Общеобменная вентиляция, в отличии от местной, предназначена для осуществления вентиляции во всем помещении. Общеобменная вентиляция так же может быть приточной и вытяжной. Приточную общеобменную вентиляцию, как правило, необходимо выполнять с подогревом и фильтрацией приточного воздуха. Поэтому такая вентиляция должна быть механической (искусственной). Общеобменная вытяжная вентиляция может быть проще приточной и выполняться в виде вентилятора, установленного в окне или отверстие в стене, поскольку удаляемый воздух не требуется обрабатывать. При небольших объемах вентилируемого воздуха устанавливают естественную вытяжную вентиляцию, которая заметно дешевле механической. Наборная и моноблочная система вентиляции Наборная система вентиляции собирается из отдельных компонентов — вентилятора, глушителя, фильтра, системы автоматики и т.д. Такая система обычно размещается в отдельном помещении — венткамере или за подвесным потолком (при небольшой производительности). Достоинством наборных систем является возможность вентиляции любых помещений — от небольших квартир и офисов до торговых залов супермаркетов и целых зданий. Недостатком — необходимость профессионального расчета и проектирования, а также большие габариты. В разделе состав систем вентиляции рассказывается о том, из каких компонентов собирается типовая наборная система. В моноблочной системе вентиляции все компоненты размещаются в едином шумоизолированном корпусе. Моноблочные системы бывают приточные и приточновытяжные. Приточно-вытяжные моноблочные установки могут иметь встроенный рекуператор для экономии электроэнергии. Моноблочные системы вентиляции имеют ряд преимуществ перед наборными системами: •Поскольку все компоненты расположены в шумоизолированном корпусе, уровень шума моноблочных приточных установок заметно ниже, чем в наборных системах. Благодаря этому моноблочные системы небольшой производительности можно размещать в жилых помещениях, в то время, как наборные системы, как правило, требуется устанавливать в подсобных помещениях или в специально обустроенных вентиляционных камерах. •Функциональная законченность и сбалансированность. Все элементы приточной установки подбираются, тестируются и отлаживаются для совместной работы на этапе производства, поэтому моноблочные системы обладают максимально возможной эффективностью. •Небольшие габариты. Например, моноблочная приточная вентиляционная система производительностью до 500 куб. м в час выполняется в прямоугольном корпусе высотой всего 22 см. •Простой и недорогой монтаж. Установка моноблочной приточной системы занимает несколько часов и требует минимального количества расходных материалов. Рис. 4.1 – Классификация систем вентиляции 4.2 Системы естественной вентиляции Инфильтрация воздуха через стеновые швы и проветривание через окна. Инфильтрация воздуха через стеновые швы здания возможна при наличии негерметичных зон в наружной поверхности дома. Функции наружных окон. Итак, наружные окна, помимо пропускания солнечного света, предназначены для выполнения следующих важных функций: • отвод отработавшего воздуха при одновременной подаче кислорода; • устранение влаги, запахов, пыли, вредных веществ с одновременным обеспечением притока свежего воздуха. Чтобы окно могло выполнять возложенные на него задачи, требуются соответствующие отверстия для сообщения с окружающей средой (это могут быть фрамуги, форточки или специальные оконные вентиляторы). Воздухообмен через наружные окна Окна в жилых помещениях способны обеспечивать воздухообмен порядка 0,5…1,0 в час. В случае окон старых конструкций это требование выполняется только за счет раскрытия швов, новые же окна, которые согласно распоряжению по теплоизоляции в целях экономии энергии при расходе идущего на вентиляцию тепла обычно лишены дополнительных вентиляционных отверстий, едва достигают воздухообмена в 5–10 раз меньше названного выше (примерно 0,1 за час). При создании воздухонепроницаемых окон это обстоятельство, безусловно, будет конкретным образом определять поведение пользователей данным помещением. Здесь придется смириться с частыми («залповыми») проветриваниями помещения не единожды за день, каждый раз на 3–5 минут полностью открывая окно для впуска свежего воздуха. Недостаточный воздухообмен порой приводит к образованию плесени (на основе конденсированного водяного пара) на так называемых тепловых мостах (в местах утечки тепла) в области наружных стен и в плохо проветриваемых местах помещения. Крышная вентиляция находит применение в просторных и высоких помещениях, где зона крыши (потолка) смонтирована с расчетом на открывающиеся конструкционные элементы – для интенсивного отвода тепла через эти зоны вместе с уходящим воздухом. Этот метод представляется особенно эффективным в тех случаях, когда в помещениях/зданиях в силу определенных производственных условий непрерывно образуется очень теплый воздух. Однако этот принцип вполне применим и для вентиляции больших помещений с высокой плотностью находящихся там людей (вроде спортивных залов) либо в качестве противопожарной меры (отвод дымовых газов). Принцип действия вентиляции такого типа весьма прост. Теплый воздух по причине своей очень малой плотности устремляется вверх и через определенные отверстия в крыше выводится наружу. Проходы для приточного воздуха в наружной стене обеспечивают попутные течения свежего воздуха. Примеры исполнения крышной вентиляции приведены на рисунках Рис.4.2 –Шахтная ветиляция Принцип действия вентиляционного колодца (шахты) в помещениях можно – некоторой, правда, натяжкой – сравнить с работой дымовой трубы. При вентиляции с использованием вентиляционных шахт для целей нагнетания и вытяжки воздуха находит применение тепловой напор нагретого воздуха по эффективной высоте. Функционирование вентиляции с использованием вентиляционных шахт может поддерживаться за счет специальных насадок. При этом используется подсасывающий эффект ветра при прохождении его над отверстиями для выпуска воздуха. Особенно хорошо зарекомендовали себя насадки, способные вращаться под действием ветра. Рисунок 4.3. показывает разные варианты исполнений таких насадок к вентиляционным шахтам. Впрочем, надежную работу с постоянными объемными расходами эти системы вряд ли могут гарантировать, поскольку здесь немаловажную роль играют также внешние климатические условия (температура, ветровая нагрузка). Рис.4.3 –Насадки для труб систем вентиляции 4.3 Принудительная вентиляция Принудительная (механическая) вентиляция обеспечивает поддержание постоянного воздухообмена, который осуществляется с помощью механических вентиляторов, воздуховодов и воздухораспределителей. В зависимости от того, для чего служит система вентиляции, ее подразделяют на приточную (для подачи воздуха в рабочую зону - рис. 4.4, а), вытяжную (для удаления загрязненного или нагретого воздуха - рис. 4.4, б) и приточно-вытяжную (рис. 4.4, в). Рис. 4.4. Схемы механической вентиляции: а - приточной; б - вытяжной; в - приточновытяжной с рециркуляцией: 1 - воздухоприемник; 2 - воздуховод; 3 - фильтр; 4 калорифер; 5 - вентилятор; 6 - приточное отверстие (насадка); 7 - вытяжная решетка или насадка; 8 - устройство очистки воздуха от пыли; 9 - устройство для выброса воздуха (вытяжная шахта); 10 - заслонки для регулирования притока и вытяжки воздуха; 11 рециркуляционный воздухопровод Установка механической приточной вентиляции (см. рис. 4.4, а) обычно состоит из воздухозаборного устройства (воздухоприемника) 1, устанавливаемого снаружи здания в месте наименьшей загрязненности; воздуховодов 2, по которым воздух подается в помещение; фильтров 3, служащих для очистки воздуха от пыли; калориферов 4, в которых воздух подогревается до необходимой температуры; вентилятора 5; приточных отверстий или насадок 6, через которые воздух попадает в помещение, и регулирующих устройств, которые устанавливают в воздухоприемном устройстве и на отверстиях воздуховодов. Установка механической вытяжной вентиляции (см. рис. 4.4, б) обычно состоит из вытяжных отверстий, решеток или насадок 7; вентилятора 5; воздуховодов 2; устройства 8 для очистки воздуха от пыли (газов) и устройства 9 для выброса воздуха (вытяжной шахты). Рис.4.5 –Классификация систем принудительной вентиляции 4.4 Способы подачи и удаления воздуха в помещения Выбор способа, как именно воздух будет направляться в помещение и выводиться из него, зависит от конкретных условий данного помещения. При планировании ни в коем случае нельзя упускать из виду некоторые весьма важные аспекты. Следует, в частности, позаботиться о том, чтобы в помещении достигалось хорошее смешивание свежего воздуха с воздухом помещения, воздух распределялся достаточно равномерно и обеспечивалось движение воздушных потоков по возможности без сквозняков. В качестве примеров подачи воздуха в помещение рассмотрим вентиляцию, осуществляемую по принципу вытеснения и по принципу смешивания. Вентиляция по принципу вытеснения. В этом случае приточный воздух равномерно проходит через специальные небольшие отверстия в поверхностях элементов здания (например, в потолке), далее столь же равномерно проходит через все помещение и покидает его с противоположной стороны. Такой способ находит применение преимущественно в так называемой технике чистого пространства. Вентиляция по принципу разбавления или смешивания Вентиляция, осуществляемая по принципу разбавления или смешивания, достигает высокого индукционного эффекта, возникающего в результате того, что воздух подается вдоль потолка и вплотную к нему, а после «прилегания» к стене (Коанда-эффект) проходит через помещение в виде аэродинамического вала. Благодаря этому обеспечивается отличное смешивание приточного воздуха с воздухом помещения. То, каким способом воздух подается в помещение, в значительной мере определяет особенности протекания его через помещение, создавая в конечном счете желаемое качество атмосферы в зоне пребывания людей. Чем выше требования к комфортности помещения, тем лучше должно быть смешивание приточного воздуха с воздухом помещения. Входные и выходные проемы при этом могут быть оснащены устройствами для регулирования объема воздуха. Рис. 4.6 - Способы подачи воздуха в помещения 4.5 Современная вентиляционная техника 4.5.1 Вентиляторы Вентиляторы по праву считаются сердцем любой системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Именно они заботятся о том, чтобы кондиционируемые помещения получали запроектированный для них расход свежего воздуха. Вентиляторы при этом выполняют две важнейшие задачи. Задачи вентиляторов • компенсация потерь давлений (Δр), возникающих при распространении воздуха в системе, и • подача необходимых объемных расходов воздуха (V). Связь между разностью давлений и расходом определяется для каждого вентилятора на испытательном стенде и графически отображается в диаграмме (диаграмме вентилятора). Эта рабочая документация используется затем при выборе подходящего устройства. В техническом отношении различают • осевые вентиляторы; • радиальные вентиляторы; Для правильного выбора вентилятора необходимо найти на диаграмме вентилятора в координатах (Δр, V) так называемую «рабочую точку», выражающую точное место определения его параметров функционирования совместно со всей сетью распределения воздуха, обеспечивающих наиболее благоприятное взаимодействие вентилятора со всей системой. Осевые вентиляторы Отличительным признаком осевых вентиляторов является забор и выпуск воздуха в осевом направлении. Они способны подавать большие объемы воздуха, но не в состоянии создавать столь высокие давления, как радиальные вентиляторы. Осевые вентиляторы состоят преимущественно из корпуса, рабочего колеса, двигателя и могут классифицироваться по различным признакам. Классификация по полному давлению • вентиляторы низкого давления (Δp ≤ 300 Па), • вентиляторы среднего давления (Δp ≤ 1000 Па), • вентиляторы высокого давления (Δp > 1000 Па) Классификация по способу применения • настенные, потолочные вентиляторы, • оконные вентиляторы, • вентиляторы для монтажа в канале. Характеристики осевых вентиляторов Эти вентиляторы демонстрируют в своих диаграммах типичные характеристические кривые и соответствующие поля кривых. В отличие от радиальных вентиляторов, ход кривых здесь намного круче. В верхней области прохождения отмечаются разрывы, свидетельствующие о неустойчивости характеристики вентилятора. Нельзя производить расчет вентилятора в такой зоне разрыва, в противном случае неизбежны скачкообразные изменения объемного расхода, сильные шумы и высокие нагрузки в устройстве. Многие производители вентиляторов указывают поэтому для своей продукции только нижнюю, устойчивую область поля кривых. Рис. 4.7– Осевой вентилятор фирмы Регулирование осевого вентилятора Регулировка осевого вентилятора осуществляется разными способами. Это может быть: • (не совсем экономичное) дроссельное регулирование (с перестановкой клапанов при постоянном числе оборотов), • регулирование скорости вращения вентилятора, • регулировка лопаток рабочего колеса (объемный расход изменяется, скорость вращения остается постоянной). Рис. 4.8. а – распределение давления; б – осевой вентилятор для монтажа в канале. Радиальные вентиляторы Прохождение потока воздуха через устройство в направлении всасывания может осуществляться по оси, а в направлении выхода – с поворотом на 90°. Классификация по возможной разности давлений Классификация вентиляторов такого типа, как и в случае осевых вентиляторов, может производиться на основе возможной разности давлений: • вентилятор низкого давления (Δp ≤ 700 Па), • вентилятор среднего давления (Δp ≤ 3000 Па), • вентилятор высокого давления (Δp ≤ 7000 Па) или на основе расположения лопаток. Классификация по расположению лопаток • барабанный вентилятор, • вентилятор с лопатками, загнутыми назад, • вентилятор с лопатками, загнутыми вперед. Кривые показывают при этом устойчивую характеристику без разрывов. Для выбора места работы вентилятора такого типа в принципе имеют силу те же рекомендации, что и в случае осевых вентиляторов; коэффициент полезного действия должен быть по возможности достаточно большим. Вентиляторы в радиальном исполнении в состоянии генерировать более высокие дифференциальные давления, чем осевые вентиляторы. Их область применения значительно шире, и они чаще встречаются в технике вентиляции и кондиционирования воздуха. Рисунок 8.33 демонстрирует несколько типов радиальных вентиляторов. Возможности регулирования вентилятора: • дроссельное регулирование, • байпасное регулирование (с монтажом обводных участков), • регулирование путем изменения завихрения воздушного потока и • регулировка скорости вращения вентилятора. Рис. 4.9 Конструктивное исполнение центробежных вентиляторов Рис. 4.10 Конструктивное исполнение центробежных вентиляторов Крышные вентиляторы Крышные вентиляторы устанавливаются на различные типы крыш для горизонтального или вертикального выброса загрязненного воздуха. Пример вентиляторов такой конструкции фирмы Wolter (http://daichi.ru/catalog/wolter/ ) приведен на рисунке. Рис. 4.11 Конструктивное исполнение крышных вентиляторов Тангециальные вентиляторы. Отличительной особенностью тангенциального вентилятора является большое количество воздуха при низком давлении. Также нужно отметить низкий уровень шума. Тангенциальные вентиляторы можно встретить в кондиционерах, тепловых завесах, торговом холодильном оборудовании и др. Тангенциальные вентиляторы легко выбрать зная нужную производительность по воздуху и давление, питание и габаритные размеры Тангенциальные вентиляторы Ebmpapst http://www.ebmpapst.ru/ru/info- center/downloads/downloads.html (Германия) показан на рисунке. Рис. 4.12 Конструктивное исполнение тангенциальных вентиляторов Вентиляторы с ЕС двигателями. В вентиляторной секции могут быть использованы высокопроизводительные радиальные вентиляторные модули с ЕС-двигателями. Мотор представляет собой двигатель постоянного тока со встроенной электроникой коммутации и постоянными магнитами во внешнем роторе. Такой мотор называют Electronically Commutated, или просто EC-мотор. Каждый вентиляторный модуль составляет свободное рабочее колесо с загнутыми назад лопатками и диффузором. Рис. 4.13 - ЕС-двигатель Устройство двигателя. Постоянные магниты во внешнем роторе и обмотки статора. Постоянные магниты создают магнитное поле. При помощи встроенной электроники изменяется направление потока в обмотке статора. Тем самым ebmpapst избавились от щеток, которые, как известно, не долговечны и требуют регулярной замены. Рис. 4.14 – Вентилятор с ЕС-двигателем Есть возможность объединять несколько ЕС-вентиляторов в группы. Один вентилятор является главным (master), остальные подчиненными (slave). Тем самым управляя главным вентилятором мы управляем всей группой. Это востребовано при установке на конденсаторе или в "чистых помещениях". Управляющий сигнал 0-10B или 4-20 мА нужно подавать только на master вентилятор. Рис.4.15 Объединение ЕС-вентиляторов в группу Рис 4.16 - Энергосберегающие канальные ЕС-вентиляторы от концерна Sensdar. ( http://vent7.ru/kanalnye-energosberegayuschie-ventilyatory-ot-sens/ ) Новые двигатели iQ2 для энергосберегающих вентиляторов могут делать все, что делают «обычные» двигатели iQ, – и больше, что делает их применение, в частности, в холодильной технике, более эффективным. Дополнительные функции делают возможными разные режимы работы, например, режим работы по требованиям потребителя или автоматический режим работы по реверсивному циклу. Энергосберегающие вентиляторы достигают максимальной эффективности свыше 70%. Таким образом, они потребляют лишь от 1/3 до 1/6 энергии, по сравнению с энергией, потребляемой другим обычным электродвигателем с экранированным полюсом. Но повышенная эффективность влечет за собой уменьшение характерного для таких устройств нагрева в процессе работы, а, следовательно, в окружающее пространство выделяется меньше теплоты. Это дает дополнительную экономию энергии, поскольку с самого начала нужно закладывать меньшую мощность на охлаждение. Рис. 4.17 – Энергэффективность вентиляторов с ЕС-двигателем Параллельное и последовательное включение В вентиляционных установках в силу определенных производственных условий либо по соображениям техники безопасности можно использовать и более одного вентилятора. Тогда представляется особенно важным знание всего рабочего процесса в том или ином канале. Вентиляторы, как и насосы в качестве аналогичных конструкционных элементов в теплотехнике и технологии подготовки воды, работают – в зависимости от поставленной задачи – в параллельной либо последовательной схеме. В диаграмме вентилятора с построенной общей характеристической кривой можно отобразить и способ его функционирования. Параллельная работа двух вентиляторов При параллельном включении двух вентиляторов идентичного исполнения достигается вдвое более высокий объем подачи. При этом общую характеристику (рис. 8.34) получают путем суммирования потоков, подаваемых при одинаковой разности давлений (Vобщ= V1+ V2). Последовательно включенные вентиляторы Удвоение разности давлений достигается при посследовательном соединении двух вентиляторов одинаковой конструкции. Общую характеристику вентиляторов получают путем сложения разностей давлений при одном определенном объемном расходе. Рис. 4.18 Общая характеристика двух вентиляторов в параллельной схеме : а – кривая вентилятора; б – результирующая характеристика Рис. 4.19 Общая характеристика двух последовательно включенных одинаковых вентиляторов 4.5.2 Рекуператоры Преимущества рекуперации тепла в системах вентиляции: • понижение расхода энергии, идущей на нагрев, и, следовательно, сокращение затрат на отопление; • возможность выбора генератора тепла минимальной мощности, а поверхностей нагрева, трубопроводной сети – меньших размеров; • возможность снижения летом количества энергии, идущей на охлаждение, что позволяет использовать охлаждающие установкименьшей мощности, что, в свою очередь, дает сокращение стоимостиэтих установок и затрат на их эксплуатацию; • значительное улучшение качества воздуха помещения за счет увеличения нормы свежего воздуха на человека в час. Принципиально возможные технические решения рекуператоров показаны на рис. Рис. 4.20. – Рекуператоры в системах вентиляции Роторный рекуператор служит для утилизации явного и скрытого тепла из вытяжного воздуха. В потоке вытяжного и приточного воздуха вращается ротор с алюминиевой теплообменной поверхностью и тем самым передает тепло из вытяжного воздуха в приточный. Эффективность рекуперации тепла обычно составляет около 7090%. В месте, разделяющем плоскости, помещен продувочный сектор, уменьшающий проникновение отработанного воздуха в приточный воздух. Рис. 4.21– Роторный рекуператор Пластинчатый рекуператор. Секция пластинчатого рекуператора служит для обратного получения тепла из вытяжного воздуха. Приточный и вытяжной воздух в рекуператоре полностью отделены друг от друга. Блок пластинчатого рекуператора образован системой алюминиевых пластин (ламелей), взаимно соединенных таким образом, чтобы обеспечить перекрестное движение вытяжного и приточного воздуха между пластинами. Вытяжной воздух передает тепло алюминиевым пластинам, которые затем нагревают приточный свежий воздух. Эффективность рекуперации тепла зависит от температуры и влажности приточного и вытяжного воздуха и находится в интервале 50-80%. Блок установлен и уплотнен в секции пластинчатого рекуператора герметиком без содержания силикона. Секция имеет байпас свежего воздуха для защиты от замерзания конденсированной воды на рекуператоре. Байпас оснащен заслонкой с выходом для сервопривода. Секция оснащена дренажным поддоном для удаления конденсата. Секцию можно дополнить смесительным клапаном, встроенным в байпас, позволяющим частичное смешивание приточного и вытяжного воздуха (например, для быстрого прогрева). Смесительный клапан оснащен выходом для сервопривода.__ Рис. 4.22. – Пластинчатый рекуператор 4.5.3 Теплообменники Водяные нагреватели (охладители). Секция водяного нагревателя предназначена для обогрева воздуха, теплоносителем в таком теплообменнике является горячая вода. Используемые теплообменники имеют алюминиевые пластины и медные трубы. Секция водяного охладителя предназначена для охлаждения воздуха, хладагентом служит холодная вода или незамерзающая смесь. Теплообменники имеют алюминиевые пластины и медные трубы. Минимальная температура хладагента не ограничена, однако, надо следить за тем, чтобы теплообменник не обмерзал. Воздухоохладители. Секция служит для охлаждения воздуха вследствие кипения фреона в змеевике. В распоряжении имеются теплообменники с одним или несколькими контурами для хладагентов R410A, R407C, R134a, R404a, R502 и R22. Если для охлаждения используются несколько инверторных компрессоров, то возможно исполнение с контурами, расположенными друг над другом. Теплообменники состоят из алюминиевых пластин, соединенных между собой медными трубками. Максимальное рабочее давление хладагента составляет 3 мПа (30 бар), у R410А это 4,2 мПа (42 бар). Электронагреватели. Предназначены для нагрева воздуха при помощи электрических нагревательных стержней. Нагревательные стержни соединены внутри секции в несколько нагревательных секций. Мощность нагрева воздухонагревателя регулируется посредством включения отдельных нагревательных секций или тиристорной регулировки мощности. Каждая нагревательная секция образована одной или несколькими тройками нагревательных стержней 230 В (мощность 500 Вт – 5 кВт), взаимно соединенных между собой. Питание отдельных нагревательных секций воздухонагревателя вместе с клеммами защитного и аварийного термостата выведено в клеммник внутри воздухообрабатывающего агрегата. Каждая нагревательная секция подключается отдельно к электрической сети с трехфазным напряжением 400 В/ 50 Гц. Защитный и аварийный термостат используются для размыкания электропитания. На корпусе воздухообрабатывающего агрегата в месте клеммника имеются втулки для прохода кабелей. Газовые воздухонагреватели. Секции газового воздухонагревателя служат для обогрева воздуха посредством сжигания газа. Источником тепла является горелки (например Weishaupt или ELCO), обычно с плавной регулировкой, на газообразном (природный газ, пропан) или жидком (легкая фракция мазута, нефть) топливе. Рабочее давление газа, подводимого в горелку, должно находиться в интервале 2–50 кПа в зависимости от конкретного типа горелки. Воздух нагревается в теплообменникеутилизаторе, причем продукты сгорания полностью отделены от обрабатываемого воздуха. Эффективность передачи тепла с горелки в воздух составляет 91-93%. Секция оснащена байпасом и регулировочным клапаном, оснащенным сервоприводом. Байпасный клапан на входе регулирует количество воздуха, проходящего через теплообменник. Таким образом, предотвращается конденсация продуктов горения и перегрев теплообменника при сохранении оптимальной эффективности. Посредством правильного управления байпасом можно достичь более точной регулировки температуры приточного воздуха. В стандартном варианте горелка газового воздухонагревателя помещена на стороне обслуживания воздухообрабатывающего агрегата. Отвод продуктов горения и конденсата в стандартном варианте находятся на противоположной (задней) стороне нагревателя, за исключением нагревателей больших размеров (BK 650 и 1000), в которых в стандартном варианте отвод продуктов горения находится на стороне обслуживания (стороне горелки) воздухообрабатывающего агрегата. Рис. 4.24. - Газовый воздухонагреватель 4.5.4 Воздушные фильтры В воздушно-технических установках фильтры используются в целях достижения определенной чистоты воздуха помещений и для защиты следующих за ними конструкционных блоков самой системы кондиционирования воздуха. Они призваны удалять из воздуха частицы пыли самых разных размеров (рис. 4.46), а также устранять возможно содержащиеся там грубо- и мелкодисперсные примеси, поглощать неприятные запахи и связывать присутствующие в качестве компонентов воздуха определенные вредные газообразные вещества. Классификация таких фильтров осуществляется на основе целого ряда факторов. Различают, в частности, следующие виды фильтров: • по фильтрующему материалу – волоконные, металлические, из активированного угля; Для улавливания веществ, которые гранулированный активированный уголь адсорбирует в недостаточном объеме, применяется специальный пропитанный активированный уголь: − KS – KR1 для улавливания аммиака из газов и из воздуха; − KS – KC10 для улавливания кислотных паров из газов и из воздуха (частично SO2); − KS – J42 для улавливания сульфанов из воздуха; − KS – HS10 для улавливания формальдегида из воздуха; − KS – SQ21 для улавливания паров ртути из газов и из воздуха; − KS – CCA для улавливания фосфанов из воздуха; − KS – RKJ 1 для улавливания радиоактивного метилиодида. KS – ZS10 для улавливания аминов из газов и из воздуха; − KS – KR4 для улавливания паров аммиака и органических веществ гр. A, K. • по степени осаждения (ДИН ЕН 779) – фильтры грубой очистки (G), фильтры тонкой очистки (F); • по классу фильтрации (ДИН 24 185, ч. 2) – EU (Eurovent) 1 (фильтры грубой очистки, EU 2…4 (фильтры тонкой очистки), EU 5…9 (суперфильтры сверхтонкой очистки), EU 10…18 (фильтры для осаждения мелкодисперсных примесей); • по конструктивному исполнению – мешочные, рулонные, электронные (см. рис. 4 .4). Рис. 4.25. Виды фильтров: а – волоконный фильтр ; б – мешочный фильтр ; в – автоматический рулонный фильтр; г – фильтр для мелкодисперсных примесей в V-образном исполнении; д – электронный фильтр. КАРМАННЫЕ ФИЛЬТРЫ изготовлены из синтетических и стеклянных волокон, имеют вид шитых фильтрующих карманов. Рамка пластиковая, сепараторы дере вянные. Большая поверхность фильтрации и высокая емкость. Крепление в защелкивающуюся рамку RA или вставную планку U. ЖИРОВЫЕ ФИЛЬТРЫ состоят из нескольких слоев алюминиевого переплетенного материала, вставленного в алюминиевую раму, с обеих сторон защищенного прочной решеткой из алюминиевого просечно-вытяжного листа. Применяются для улавливания жировых и масляных аэрозолей в вытяжках из кухонь, пекарен, коптилок, гриля или крупной пыли в промышленности. УЛЬТРАФИЛЬТР N представляет собой фильтрующую складку из стеклянного субмикронного волокна в жесткой металлической раме. Большая фильтрующая поверхность, длительный срок службы. Крепление при помощи установочной рамы NFG. Предназначены для использования в таких отраслях как, например, фармацевтика, медицина, атомная энергетика и микроэлектроника. Рис. 4.26. Распределение содержащихся в наружном воздухе загрязняющих примесей по их размеру в мкм. 4.5.5 Смесители Секция с клапанами служит для регулировки потока воздуха, для смешивания вытяжного и приточного воздуха, а также для закрытия воздухообрабатывающего агрегата при помощи пластинчатых регулировочных клапанов. Регулировочные клапаны состоят из алюминиевой рамы и алюминиевых профильных пластин с резиновым уплотнением. Пластиковые зубчатые колеса скрыты внутри алюминиевого профиля и таким образом защищены от засорения грязью из перемещаемого воздуха. Из регулировочного клапана выведен четырехгранный вал 12 x 12 мм для установки сервопривода или для размещения фиксируемого ручного рычага. Из клапанов, содержащих более 10 пластин (включительно), выведены два четырехгранника, а зубчатая передача разделена на две независимые половины. Между валами установлено наружное механическое соединение с шарнирами и тягой. Данное решение исключает неплотность крайних пластин клапана, вызванную суммой зазоров в зубчатой передаче. Одна секция может быть оснащена одним или несколькими регулировочными клапанами, которые можно поместить на присоединительном фланце, сверху, снизу и сбоку от секции. Клапанная секция оснащена гибкими вставками для присоединения воздуховода. Рис. 4.27 4.5.6 Увлажнители Увлажнители адиабатического типа. Секции увлажнения предназначены для увлажнения и адиабатического охлаждения обрабатываемого воздуха посредством распыления воды. Вода всасывается насосом и нагнетается по распределительным трубам в форсунки, которые создают в пространстве секции водяной туман. На входе в cекцию воздух проходит через выпрямители потока, затем проходит через водяной туман, в котором увлажняется и адиабатическим способом охлаждается, и в конце cекции проходит через каплеуловитель, который предотвращает проникновение невпитанной воды. Далее увлажненный воздух поступает в следующие cекции воздухообрабатывающего агрегата. Доступ в cекцию обеспечен через водонепроницаемые дверцы с контрольным окошком. Секция изготовлена из алюминиевых профилей и полипропилена (ПП). Секция оснащена дренажным поддоном под наружным контуром воздухообрабатывающего агрегата, поэтому при монтаже других секций агрегата необходимо учитывать высоту секции увлажнения. Рис 4. 28– Увлажнитель адиабатического типа Паровые увлажнители. Предназначены для увлажнения воздуха паром из электрического парогенератора. На месте монтажа воздухообрабатывающего агрегата в секцию встраиваются паровые распределительные трубы (см. рис.) и при помощи шлангов соединяются с парогенератором, помещенным вблизи воздухообрабатывающего агрегата. Парогенератор необходимо отдельно выбирать в зависимости от требуемой производительности увлажнения. Доступ в секцию обеспечен через водонепроницаемую дверцу со смотровым окном. Секция оснащена поддоном из нержавеющей стали для отвода конденсата с патрубком для подключения сифона . Рис.4. 29 - Схема парового увлажнителя Поверхностный увлажнитель. Секция водяного увлажнения с испарительным ячеистым увлажнителем предназначена для увлажнения и адиабатического охлаждения обрабатываемого воздуха. При этом способе воздух увлажняется исключительно посредством испарения, а не распыления воды. Увлажнитель работает без циркуляционного насоса с прямым расходом воды. Его основой являются увлажняемые кассеты из специального стекловолокнистого материала, который обеспечивает активное испарение влаги. Поддон вместе с рамой основания изготовлен из нержавеющей листовой стали и оснащен двумя выпусками, объединенными в один патрубок на корпусе воздухообрабатывающего агрегата. Секция оснащена уловителем капельводы. Пластиковые шланги распределения соединены с распределителями воды быстросъемными муфтами. Рис 4.30 Поверхностный увлажнитель фирмы 4.5.7 Шумопоглатители Шумоглушители издаваемых (внутри в значительной и снаружи) степени препятствуют передачешумов, вентиляционными установками. Уровень воздействующих на человека звуковых волн (воздушного шума) ограничен соответствующими техническими нормами и предписаниями оборудования рабочих мест с указанием допустимого уровня шума). Секция предназначена для глушения шума, возникающего при эксплуатации воздухообрабатывающего агрегата. В секции размещены пластины из звукопоглощающего материала. Пластины располагаются в секции параллельно потоку воздуха. После снятия боковых панелей и удаления съемной перегородки весь блок можно выдвинуть на сервисную сторонувоздухообрабатывающего агрегата для проведения очи стки. Поверхность пластин покрыта тканью для предотвращения отслаивания частиц шумоизоляции. Для глушения шума, особенно низкочастотного, предназначены глушители с перфорированным листовым металлом. Причины шумов в системах вентиляции воздуха Самые сильные шумы издают, конечно, вентиляторы. Звуковые волны могут здесь проникать непосредственно в воздушный канал с передачей колебаний на сопряженные конструкционные элементы. Впрочем, причиной чрезмерно сильного шума становятся порой и сами воздушные течения, проходящие с максимальной скоростью по слишком узким каналам, в устройствах, неблагоприятных в гидродинамическом отношении, либо также в фасонных элементах. Снижение уровня шума Снижения интенсивности передачи звука можно добиться в основном двумя способами: • путем собственной амортизации через сеть каналов, т.е. когда материал канала поглощает шум за счет собственных колебаний; повороты и отводы подходящей формы также способны понизить уровень звука, например за счет его отражения; • путем искусственных мер шумоглушения благодаря использованию соответствующих конструкционных элементов, например специальных шумоглушителей, а также облицовок для корпусов и каналов из звукопоглощающих материалов. Шумоглушители можно классифицировать как по их исполнению, так и по принципу действия. Классификация шумоглушителей по их конструкции • пластинчатые глушители • трубчатые глушители • телефонные глушители • кулисные глушители Классификация по принципу действия • абсорбционные глушители • отражающие глушители и • мембранные абсорберы. Рис 4.31 – Шумоглушители: абсорбционные шумоглушители с гибкой металлической облицовкой (1) или в виде вставного элемента (2); б) кулисный шумоглушитель 4.5.8 Устройства для подачи и удаления воздуха воздуха в помещениях Конструкции устройств для подачи удаления воздуха представлены в таблице. Рис 4.32 - Конструктивные исполнения устройств подачи и удаления воздуха 4.5.9 Вентиляционные каналы Воздуховоды перемещают газовоздушные смеси, а также подают чистый воздух в заданном направлении. Они различаются формой и размерами сечения, длинной, материалом, методами монтажа и характером эксплуатации. Нередко в единую вентиляционную схему объединяют разные типы воздуховодов, создавая разветвления, отводы и рукава. Наиболее востребованы в промышленном и гражданском строительстве жесткие и полужесткие металлические вентиляционные трубы. Воздуховоды устанавливаются в вентиляционных системах самых разнообразных характеристик. Поэтому видов воздуховодов множество, они объединяются на подгруппы по следующим качествам:форма сечения (может быть квадратной, овальной, круглой, прямоугольной);диаметр сечения (существует стандартный набор диаметров для разных типов сечений, по специальному заказу для вентиляции производятся воздуховоды любых диаметров);материал (листовой металл, пластик, металлопласт); конструкция (прямошовные или спиральнонавивные); Рис. 4.33 – Воздуховоды из оцинкованной стали Наиболее востребованными формами сечения, применяемыми при возведении вентиляции, являются прямоугольная и круглая. В некоторых случаях возможна установка только плоских воздуховодов для вентиляции. Они производятся из круглых труб, сжатых в овал на специальном оборудовании. Производство круглых воздуховодов обходится дешевле, на них идет меньше материала и сама технология проще. Например, для изготовления металлического воздуховода прямоугольного сечения пойдет на 25% больше металла, чем на круглый воздуховод для вентиляции такого же размера и пропускной способности. Объясняется это тем, что труба прямоугольного сечения собирается из нескольких выкроек. Плюсы круглых воздуховодов: отличная герметичность; высокие аэродинамические свойства (нет никаких препятствий для прохождения воздуха); тихая работа; легко устанавливаются; весят меньше прямоугольных. Основное преимущество прямоугольных (плоских) вентиляционных воздуховодов перед круглыми в том, что они легче вписываются в ограниченное пространство. Поэтому при более низких аэродинамических качествах и более шумной работе прямоугольные воздуховоды чаще устанавливают в офисах, загородных коттеджах, то есть на сравнительно небольших объектах. Диаметр сечения воздуховодов. Размеры воздуховодов для вентиляции зависят от проектных значений скорости движения потока. Так, для жилых помещений скорость ограничивается в пределах 4 м\сек. Иначе гул будет мешать людям. Если скорость движения известна, то площадь сечения определяем по формуле: Smin=0,9 * L, здесь: L — расход воздуха в куб.м.\час, Smin — минимальная площадь сечения воздуховода в кв. сантиметрах. Согласно нормативным требованиям, изложенным в ВСН 353-86 и СНиП 41-01-2003, круглые оцинкованные вентиляционные воздуховоды производятся следующих диаметров в мм: 100, 125, 160,140, 200, 180, 225, 250 до 2000 мм. Регламентируются и размеры поперечного сечения прямоугольных воздуховодов: 100 — 3200 мм. Конструктивно воздуховоды бывают фальцевыми или прямошовными, спиральносварными и спирально-навивными. Прямошовные воздуховоды называют еще промышленными, они производятся из цельного металлического листа длиной 1 — 2,5 метра. Используются листы стали толщиной 0,5 мм — 1,2 мм. Шовное соединение усиливает жесткость оцинкованного воздуховода для вентиляции, поэтому чаще его размещают на сгибе. Спирально-навивные (замковые) трубы производят из металлической ленты (штрипса) толщиной до 1 мм. Ширина штрипса не более 13 см, длина может быть любой. Лента сворачивается двумя методами: в ленту или в кольцо. Второй способ изготовления дороже, но воздуховоды для вентиляции из нержавейки значительно выше качеством. Спирально-сварные оцинкованные воздуховоды для вентиляции производят из шаблонов шириной до 0,75 м и толщиной листа 0,75 — 2,2 мм. Края выкройки укладываются внахлест и свариваются. В результате получается прочный, герметичный шов. Гибкие воздуховоды находящие широкое применение, в частности, благодаря несложному монтажу, с диаметром до 400 мм. Материалы Воздуховоды для вентиляции из оцинкованной стали применяются для транспортировки воздуха стандартной влажности, нагретым не более чем до +80 градусов, без примесей активных веществ. Цинк предохраняет сталь от окисления, увеличивая срок эксплуатации на несколько десятков лет, значительно повышая цену трубы. В оцинкованных воздуховодах не развивается грибок, поэтому они хороши для работы в условиях повышенной влажности (столовые и рестораны, бассейны, душевые). Воздуховоды для вентиляции из нержавейки транспортируют воздушные массы нагретые до +500 градусов. Для промышленных воздуховодов используют тонковолокнистую, жаропрочную сталь, устойчивую к воздействию агрессивных веществ. Толщина стенки может доходить до 1,2 мм. Нержавеющие воздуховоды дороги, но из них собирают самую долговечную вентиляцию. Чаще их устанавливают на производствах, связанных с выделением тепла, радиации, абразивных частиц. Пластмассовые воздуховоды также хороши для транспортировки по вентиляции активных газовых смесей. Их устанавливают на фармацевтических, химических, пищевых заводах, в лабораториях. Обычно пластмассовые воздуховоды для вентиляции производят из ПВХ (модифицированный поливинилхлорид). Он выдерживает контакт с влагой, испарениями щелочей и кислот. Пластиковые элементы вентиляции создают герметичные соединения, они мало весят и имеют ровную внутреннюю поверхность. В приточных системах вентиляции иногда устанавливают пропиленовые воздуховоды. 4.6 Примеры компоновки воздухообрабатывающих агрегатов Ниже даны примеры компоновки енергоэффективных воздухообрабатывающих агрегатов чешской фирмы JANKA ENGINEERING Ltd. Класс энергоэффективности – это методика категоризации воздухообрабатывающих агрегатов на 6 классов согласно директивам EUROVENT. Самый лучший класс – «А», самый худший – «Е». Важным контрольным параметром воздухообрабатывающих агрегатовявляется удельная мощность вентилятора SFP (Specifi c Fan Power). Это значение оценивает энергопотребление при перемещении воздуха воздухообрабатывающим агрегатом (см. ČSN EN 13779) Агрегаты в стандартном варианте поставляются на опорной стальной оцинкованной раме высотой 120 мм. Рама по контуру образована из взаимно свинченных С-образных профилей из оцинкованной стали и перегородок, устанавливаемых в модуле длиной 310 мм. В раме выполнены отверстия для транспортировки и монтажа (⌀65 мм) и отверстия для закрепления воздухообрабатывающего агрегата к основанию (⌀11 мм). Рамы C120 можно оснастить регулируемыми ножками различной длины, позволяющими легко выровнять воздухообрабатывающий агрегат (например, на полу с уклоном) и выполнять уборку или дезинфекцию под воздухообрабатывающим агрегатом. Размещение ножек в раме с учетом их грузоподъемности выбирает программа подбора Climacal. Рамы C120 используюся для блоков весом до 2400 кг и длиной до 2780 мм. Для блоков с большим весом или длиной используются сварные стальные рамы из профиля U160. Рама армирована перегородками C120. При помощи этой рамы можно составить транспортный модуль длиной до 5910 мм. Для воздухообрабатывающего агрегата с водяным увлажнителем в исполнении с дренажным поддоном под контуром воздухообрабатывающего агрегата поставляется рама высотой 350 мм. Рис. 4.34 - Пример воздухообрабатывающего агрегата в гигиеническом исполнении PremiAir KLMOD Конструкция воздухообрабатывающих агрегатов PremiAir KLMOD подходит для использования в системах вентиляции и кондиционирования чистых помещений. Это так называемые гигиенические воздухообрабатывающие агрегаты. Корпус внутри совершенно гладкий и хорошо чистится, во внутреннем профиле нет никаких недоступных углов и открытых острых кромок. Профили без тепловых мостиков (класс TB2) исключают конденсацию водяного пара на холодных местах конструкции. Рамная концепция воздухообрабатывающего агрегата предоставляет возможность легкого сервисного доступа ко внутреннему оборудованию с любой стороны, кроме того, она обладает отличными шумо- и виброизоляционны-ми характеристиками. Рис. 4.35 Пример воздухообрабатывающего агрегата в наружном исполнении Рис. 4.36 - Пример воздухообрабатывающего агрегата со встроенным охлаждением Воздухообрабатывающие агрегаты можно изготовить в исполнении со встроенным охладителем. За счет размещения конденсатора внутри корпуса агрегата в потоке отводимого воздуха достигается высокая компактность установки. Применяются для вентиляции исторических и памятных охраняемых зданий, где установка конденсатора снаружи невозможна. Воздухообрабатывающий агрегат помещен во внутреннем машинном отделении и соединен с наружной средой только подводящим и отводящим воздуховодами. Рис. 4.37 - Пример воздухообрабатывающего агрегата с подпотолочного исполнения Программное обеспечение (ПО) Climacal было разработано как специальный инструмент ПО для конструкторов, специалистов и работников службы продаж компании JANKA ENGINEERING Ltd. (http://old.janka.cz/ru /) Цель – обеспечить удобным ПО для простого и эффективного выбора наиболее подходящего варианта AHU из имеющегося спектра оборудования (25 Senator, Senator 50 и т.д.), который лучше всего соответствует запросам клиента, а также для разработки и наладки AHU. Climacal - легкое в применении ПО благодаря его интерактивному графическому интерфейсу. Пользователь имеет возможность видеть боковые планы и схемы расположения, а также размеры предлагаемых AHU. Предложенный вариант можно сохранить как файл *. с AHU расширением для дальнейшей ссылки. Также Climacal предлагает широкий выбор выходящей информации, как, например, технические спецификации агрегата, включая чертежи в формате *.BMP, а также кривые характеристик вентиляторов. Кроме того, это ПО предлагает техническое описание и предполагаемую цену определенного агрегата в формате*.DOC с чертежами CAD (масштаб 1:1) в формате *.DXF. ПО Climacal для подбора оборудования позволяет работать на 14 языках с возможностью перехода с одного на другой и сохранять выходные фалы на выбранных языках. Эти языки включают чешский, английский, немецкий, французский и другие. 5 СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ 5.1 Требования к системам кондиционирования воздуха Воздух как фактор жизнедеятельности человека следует рассматривать с двух позиций: как среда, вдыхаемая человеком, и как среда, окружающая человека, с которой поверхность человеческого организма постоянно находится в контакте. Роль воздуха состоит в снабжении человека кислородом, удаления влаги из организма при выдыхании, обеспечении процесса теплообмена челоека с окружающей средой. С помощью кондиционирования можно полностью устранить или свести к минимуму действие таких вредных факторов, как избыточная теплота (конвенционная, вызывающая повышение температуры воздуха, и лучистая); избыточные водяные пары – влага; газы и пары химических веществ токсичного или раздражающего действия; токсичная и нетоксичная пыль; радиоактивные вещества. Рассмотрим кратко источники образования факторов вредности: Избыточная теплота. Взрослый человек в спокойном состоянии и при нормальных микроклиматических условиях выделяет в окружающую среду 85– 120 Вт, из которых в среднем 20% - конвекцией; 55% - излучением и 25% -испарением влаги. Количество выделяемой человеком теплоты изменяется в зависимости от физических нагрузок и температуры воздуха в помещении. В помещениях, где бывает много людей, тепловыделения создают неблагоприятные условия, вредно отражаются на самочувствии, здоровье и работоспособности людей. Влаговыделения. Количество выделяемого организмом человека водяного пара при умеренной температуре воздуха и небольшой физической нагрузкесоставляет 40 – 75 г/ч. При высокой температуре среды выделение влаги может возрасти до 150 г/ч. Избыточное содержание водяных паров в воздухе может возникнуть в помещении здания общественного назначения, а также в цехах и отделах промышленных предприятий. Газовыделение. Содержание газов и пыли не должно превышать предельно допустимых концентраций согласно нормативных документов. Современные требования, предъявляемые к системам кондиционирования воздуха зданий и сооружений: Санитарно-гигиенические и акустические требования Оптимальными микроклиматическими условиями являются такие сочетания параметров воздуха рабочей зоны, которые обеспечивают сохранение нормального функционального и теплового состояния организма при их длительном и систематическом воздействии на человека. В соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями в обслуживаемых помещениях системы кондиционирования воздуха должны обеспечивать: - заданные внутренние условия температуры; - относительную влажность; - газовый состав; - чистоту и подвижность воздуха. Наиболее благоприятная температура в общественных и административнобытовых помещениях должна быть 20-22оС, допустимые колебания в теплый период – от 20 до 28оС, в холодный и переходной периоды – от 18 до 22оС. Относительная влажность считается оптимальной в диапазоне от 30 до 60% в теплый период и 30-45 % в холодный и переходной периоды. Верхняя допустимая граница относительной влажности – 65%. Чтобы разрушить создаваемую телом человека оболочку газовых выделений, необходимо организовать движение воздушной среды. Однако чрезмерно увеличивать скорость движения воздушной среды недопустимо из-за возникающего чувства дискомфорта и возможности простудных заболеваний. При температуре воздуха 20-25оС допустимой скоростью движения воздуха является 0,2-0,3 м/с – для легкой работы. Воздушные потоки направляются из помещений с более высокими требованиями к параметрам воздушной среды в сторону помещений с менее высокими требованиями. Уровень шума от работающего оборудования не должна превышать допустимые значения. Уровень шума современных кондиционеров для жилых и общественных зданий не превышает 25 дБ(А). Это значение находится за порогом слышимости для большинства людей. Технологические требования к системам кондиционирования воздуха. Состояние воздушной среды технологических помещений является необходимым, а часто и решающим условием для стабильной и долговременной работы многих электронных устройств. Одним из требований бесперебойной работы оборудования является поддержание оптимальных параметров температуры, чистоты и влажности воздуха. Эти параметры обеспечиваются системами кондиционирования, к которым предъявляются следующие требования: надежность, точность поддержания температуры, поддержание заданной влажности и запыленность воздуха. Самое главное требование к системе кондиционирования помещений — надежность. Один из самых опасных врагов оборудования — пыль. Она быстро аккумулируется на заряженных частях оборудования и оседает внутри оборудования. Это ведет к уменьшению срока службы оборудования и преждевременному выходу его из строя. Конструктивно-компоновочные и эксплуатационные требования к системам кондиционирования воздуха В эту группу показателей включаются удобство монтажа системы, габариты оборудования, занимаемые строительные площади, расход материалов при монтаже. В эксплуатационные требования входит: - сокращение площадей помещений для оборудования систем кондиционирования воздуха и их элементов; - обеспечение минимальных затрат времени на монтаж, испытания и наладку систем с возможностью позонного ввода их в эксплуатацию; - увязка работ по сооружению конструкции зданий с монтажом систем кондиционирования; - звуко- и виброизоляция движущегося оборудования от элементов строительных конструкций, а также противопожарные мероприятия. Эстетические требования. Архитектура здания и его планировка имеют непосредственное влияние на выбор системы кондиционирования воздуха. В условиях застройки центральной исторической части городов требования к сохранению исторического облика памятников архитектуры должны быть высокими. Недопустимо размещение на фасаде здания наружных блоков системы кондиционирования. Экологические требования к системам кондиционирования воздуха. Воздушная среда современных зданий имеет многокомпонентный химический состав, зависящий от степени загрязнения атмосферного воздуха и мощности внутренних источников загрязнения. К ним, в первую очередь, относятся продуктыжизнедеятельности человека, продукты неполного сгорания бытового газа и продукты деструкции полимерных материалов, входящих в состав отделочных и строительных материалов, предметов личного и домашнего обихода. Токсические вещества действуют на организм человека не изолированно, а в сочетании с различными факторами: температурой, влажностью воздуха, электромагнитными полями, ионно-озонным режимом помещений, радиоактивным фоном. С одной стороны система кондиционирования предназначены для создания комфортного климата внутри помещений и должны поддерживать чистоту воздуха в обслуживаемой зоне помещения. С другой стороны любые нарушения в эксплуатации и обслуживании системы могут при определенных обстоятельствах привести к обратному эффекту и оказать негативное влияние на здоровье людей и состояние окружающей среды. Экономические требования Экономические требования предусматривают эффективность системы кондиционирования воздуха, которая определяется высокой надежностью всех элементов системы, заданной обеспеченностью, устойчивостью и управляемостью системы. Эффективность определяется комплексными показателями, составляющей которых является минимум приведенных затрат. Требования к энергосбережению в системах обеспечения микроклимата важной Системы кондиционирования воздуха вносят значительный «вклад» в потребление энергии в процессе эксплуатации зданий. Мировой опыт проектирования, строительства и эксплуатации зданий различного назначения показывает, что сокращение затрат энергии в основном достигается за счет следующих факторов: - применения регулируемых систем кондиционирования, позволяющих оптимизировать подачу и потребление энергии; - устройства локальных систем, позволяющих сократить кондиционируемые площади и объемы здания, предотвратить распространение технологических вредных выделений и обеспечить их эффективную очистку; - использования утилизации тепла. 5.2 Классификация систем кондиционирования воздуха В настоящее время не существует общепринятой классификации СКВ. Это связано с различием принципиальных схем СКВ, их технических характеристик, от кондиционируемых помещений. Можно классифицировать современные СКВ по следующим признакам: 1 В зависимости от функции все кондиционеры можно разделить: 1.1 охлаждающие – кондиционеры, которые поддерживают заданную температуру в помещении (используются лишь в жаркий период года); 1.2 охладительно-обогревающие круглогодичного поддержания - кроме заданной функции охлаждения температуры воздуха служат в для помещении (оборудованы калорифером); 1.3 полной климатизации – обеспечивают вентиляцию, обогрев, охлаждение и регулирование относительной влажности воздуха. 2 По основному назначению: комфортные и технологические. Комфортные СКВ предназначены для обеспечения заданных оптимальных параметров воздуха в жилых, общественных и административно-бытовых зданий или помещений. Технологические СКВ предназначены для обеспечения параметров воздуха, отвечающих требованиям производства. 3 По принципу расположения кондиционера по отношению к обслуживаемому помещению: центральные и местные. Центральные СКВ расположены вне обслуживаемых помещений и снабжаются холодом, теплом и электрической энергией. Местные СКВ устанавливаются в обслуживаемых помещениях. 4 По наличию собственного источника тепла и холода: автономные и неавтономные. Автономные СКВ снабжаются только электрической энергией, например, сплитсистемы и шкафные кондиционеры. Они имеют встроенные холодильные машины. Неавтономные СКВ снабжаются электроэнергией, воздухом и водой, например, центральные кондиционеры. 5 По принципу действия: прямоточные, рециркуляционные и комбинированные. Прямоточные СКВ полностью работают на наружном воздухе. Рециркуляционные СКВ работают без притока наружного воздуха. Комбинированные СКВ используют и свежий наружный воздух и воздух помещения в разных пропорциях. 6 По степени обеспечения метеорологических условий в помещении: первого, второго и третьего класса. Первый класс - обеспечивает требуемые для технологического процесса параметры в соответствии с нормативными документами. Второй класс обеспечивает оптимальные санитарно-гигиенические нормы или требуемые технологические нормы. Третий класс - обеспечивает допустимые нормы, если они не могут быть обеспечены вентиляцией в теплый период года без применения искусственного охлаждения воздуха. 7 По количеству обслуживаемых помещений (локальных зон): однозональные и многозональные. Однозональные СКВ применяются для обслуживания больших помещений с равномерным выделением тепла и влаги. Многозональные СКВ применяются для обслуживания небольших помещений, и для больших помещений, в которых оборудование, с выделением тепла и влаги, размещено неравномерно. 8 По давлению, развиваемому вентиляторами кондиционеров: низкого давления (до 1 кПа), среднего давления (от 1 до 3 кПа) и высокого давления (выше 3 кПа). 9 По способу регулирования выходных параметров воздуха: с качественным и количественным регулированием. При качественном регулировании обработанный воздух выходит из кондиционера по одному каналу и поступает в помещение. При количественном регулировании в помещения подают холодный и теплый воздух по двум каналам. Температура регулируется за счет изменения расходов холодного и теплого воздуха. Все кондиционеры также можно разделить на бытовые и промышленные. Их отличие не в конструктивном исполнении, а в области применения. К бытовым относятся кондиционеры малой и средней мощности (до 7 кВт). Их применяют для охлаждения небольших помещений. К промышленным относят кондиционеры большой мощности, которые используются для охлаждения больших площадей. Также выделяют большой класс кондиционеров, занимающих промежуточное положение между бытовыми и промышленными системами — полупромышленные кондиционеры. При мощности от 7 до 25 кВт, они могут использоваться как в бытовых условиях — коттеджах, многокомнатных квартирах, так и в офисных помещениях, магазинах, на предприятиях. По конструктивному исполнению все кондиционеры можно разделить на два больших класса: моноблочные — состоящие из одного блока (оконные, мобильные и т.п.) и сплит-системы — состоящие из двух и более блоков (настенные, канальные, кассетные, VRF-системы и т.п.). Классифицировать СКВ так же целесообразно по надежности. Например, если из 100 установленных кондиционеров в течение гарантийного периода вышли из строя 2 из них, то надежность таких кондиционеров— 98%. Элитные кондиционеры (первая группа). В первую (элитную) группу входят кондиционеры наиболее высокотехнологичных компаний. Большинство кондиционеров первой группы имеют не только отличные потребительские характеристики, но и развитые системы самодиагностики и защиты. Кондиционеры первой группы достаточно дороги, нообладают многими преимуществами. Первое преимущество – это высокая надежность и долговечность. В течение гарантийного срока заводские дефекты обнаруживаются не более, чем у 0,1 — 0,3% кондиционеров (один неисправный кондиционер на каждые 300 — 1000 штук). При правильной эксплуатации и периодическом обслуживании срок службы этих кондиционеров составляет не менее 12 — 15 лет. При типичном минимальном уровне шума внутреннего блока в 24 — 26 дБ он фактически неслышим. Устойчивая работа в широком температурном диапазоне. Элитные кондиционеры имеют современный дизайн и небольшие габариты. Кондиционеры среднего класса (вторая группа) Ко второй группе относятся кондиционеры среднего класса. Эти кондиционеры обладают хорошим соотношением цена и качество, имеют достаточно высокую надежность. По этому параметру кондиционеры среднего класса почти не уступают элитным кондиционерам. Различия заключаются в упрощенной системе защиты от неправильной эксплуатации, чуть большем уровне шума у некоторых моделей и других незначительных отличиях. Бюджетные кондиционеры (третья группа) Если различия между кондиционерами внутри первой и второй группы незначительны, то в третьей группе наблюдается существенный разброс, как покачеству, так и по цене входящих в эту группу кондиционеров разных торговых марок. Эти кондиционеры самые дешевые. Недостатки этих кондиционеров проявляются при их сравнении с кондиционерами первой и второй группы. Процент брака у этих кондиционеров выше, хотя его величина, в среднем около 1%, является вполне допустимой. Самая большая проблема «бюджетных» кондиционеров — нестабильное качество. Также заметно меньше срок службы. Еще один недостаток кондиционеров третьей группы — упрощенная система управления. По сравнению с кондиционерами первой и второй группы в них установлено меньше датчиков, в результате устойчивая работа кондиционера гарантирована в более узком диапазоне температур наружного воздуха. Так, например, у недорогих кондиционеров возможно обмерзание радиатора внутреннего блока при температуре наружного воздуха ниже плюс 10 — 15°C. В то же время, если такой кондиционер планируется использовать преимущественно для охлаждения в жаркое время, то это ограничение не является существенным. 5.3 Возможности современных кондиционеров а) Охлаждение воздуха Главная задача кондиционера – охлаждение воздуха. Хотя бы потому, что нагрев, осушение и очистку воздуха могут обеспечить другие, зачастую более простые и дешевые устройства, а вот давать освежающую прохладу умеет только он. Причем делает это очень экономично – на один киловатт потребляемой электроэнергии выдает порядка 3 кВт холода. Нарушения законов природы здесь нет, так как энергия тратится не на создание прохлады, а на ее перенос с улицы в помещение. Правда, понижать температуру в помещении можно только до определенного предела. Большинство современных кондиционеров может охладить воздух до +18 °С. При высокой подвижности воздух кажется холоднее. Именно поэтому иллюзию прохлады можно создать при помощи вентилятора. б) Нагрев воздуха Многие современные кондиционеры умеют нагревать воздух. Причем заставить кондиционер работать на тепло можно двумя различными способами. В подавляющем большинстве случаев это делается с помощью так называемого теплового насоса. На самом деле никакого насоса в кондиционере нет: в этом режиме он морозит улицу и греет помещение. При наружных температурах выше -10 °С такое отопление весьма эффективно. На каждый киловатт электро-энергии можно получить от 2,5 до 3,5 кВт тепла. Чем холоднее на улице, тем меньше тепла дает кондиционер. Риск поломки кондиционера при низких температурах возрастает многократно: это поломка компрессора, поломка лопастей вентилятора наружного электродвигателя вентилятора наружного блока. Существуют модели кондиционеров с электрическим подогревом. в) Осушка воздуха блока, сгорание Помимо охлаждения и обогрева воздуха все современные кондиционеры умеют осушать воздух. Понижая температуру воздуха, они удаляют из него лишнюю влагу. При высокой влажности дышать трудно, и жара переносится хуже. Во всех современных моделях даже есть такой режим – «осушение». Это когда температура воздуха почти не изменяется, а влажность падает. г) Вентиляция помещения В режиме вентиляции не происходит ни охлаждения, ни нагрева, а создается циркуляция находящегося в помещении воздуха и его очистка. Компрессор и вентилятор наружного блока в данном режиме выключены. Вентилятор внутреннего блока работает на заданной скорости. д) Очистка воздуха Большинство современных бытовых кондиционеров имеют только один фильтр – воздушный механический. Он защищает воздух в помещении и теплообменник внутреннего блока от пыли.Фильтры тонкой очистки, способные улавливать мельчайшую пыль,пыльцу растений, запахи, сигаретный дым, у многих моделей не входят в стандартную комплектацию и приобретаются отдельно. Чаще всего их изготавливают из активированного угля, потому они называются угольными или дезодорирующими. При большом загрязнении воздуха выгоднее использовать специальные воздухоочистители. е) Ионизация воздуха. Ионизация воздуха определяется наличием в помещении отрицательно заряженных частиц- молекул кислорода. Обычно в помещениях количество отрицательных ионов в сотни раз меньше, чем в парках и садах. Высокая концентрация аэроионов благотворно влияет на организм человека. Некоторые современные модели кондиционеров оснащены ионизаторами воздуха. 5.4 Принцип работы кондиционера В основе работы любого кондиционера лежит свойство жидкостей поглощать тепло при испарении и выделять — при конденсации. Чтобы понять, каким образом происходит этот процесс, рассмотрим схему работы кондиционера на примере сплитсистемы (рис 5.1). Основными узлами любого кондиционера являются: Компрессор — сжимает фреон и поддерживает его движение по холодильному контуру. Конденсатор — радиатор, расположенный во внешнем блоке. Название отражает процесс, происходящий при работе кондиционера — переход фреона из газообразной фазы в жидкую (конденсация). Рис.5.1 Движение хладагента Испаритель — радиатор, расположенный во внутреннем блоке. В испарителе фреон переходит из жидкой фазы в газообразную (испарение). ТРВ (терморегулирующий вентиль) — понижает давление фреона перед испарителем. Вентиляторы — создают поток воздуха, обдувающего испаритель и конденсатор. Используются для более интенсивного теплообмена с окружающим воздухом. Компрессор, конденсатор, ТРВ и испаритель соединены медными трубами и образуют холодильный контур, внутри которого циркулирует смесь фреона и небольшого количества компрессорного масла. В процессе работы кондиционера происходит следующее. На вход компрессора из испарителя поступает газообразный фреон под низким давлением в 3 - 5 атмосфер и температурой 10 - 20°С. Компрессор сжимает фреон до давления 15 - 25 атмосфер, в результате чего фреон нагревается до 70 - 90°С, после чего поступает в конденсатор. Благодаря интенсивному обдуву конденсатора, фреон остывает и переходит из газообразной фазы в жидкую с выделением дополнительного тепла. Соответственно, воздух, проходящий через конденсатор, нагревается. На выходе конденсатора фреон находится в жидком состоянии, под высоким давлением и с температурой на 10 - 20°С выше температуры атмосферного воздуха. Из конденсатора теплый фреон поступает в терморегулирующий вентиль (ТРВ), который в простейшем случае представляет собой капилляр (длинную тонкую медную трубку свитую в спираль). На выходе ТРВ давление и температура фреона существенно понижаются, часть фреона при этом может испариться. После ТРВ смесь жидкого и газообразного фреона с низким давлением поступает в испаритель. В испарителе жидкий фреон переходит в газообразную фазу с поглощением тепла, соответственно, воздух, проходящий через испаритель, остывает. Далее газообразный фреон с низким давлением поступает на вход компрессора и весь цикл повторяется. Этот процесс лежит в основе работы любого кондиционера и не зависит от его типа, модели или производителя. Кстати, одна из наиболее серьезных проблем в работе кондиционера возникает в том случае, если в испарителе фреон не успевает полностью перейти в газообразное состояние. В этом случае на вход компрессора попадает жидкость, которая, в отличие от газа, несжимаема. В результате компрессор просто выходит из строя. Причин, по которым фреон не успевает испариться может быть несколько, самые распространенные — загрязненные фильтры (при этом ухудшается обдув испарителя и теплообмен) и включение кондиционера при отрицательных температурах наружного воздуха (в этом случае в испаритель поступает слишком холодный фреон). В режиме охлаждения (рис. 5.2) кондиционер забирает из помещения лишнее тепло и «выбрасывает» его наружу. Рис. 5.2 Работа кондиционера в режиме охлаждения Современные кондиционеры могут работать не только на охлаждение, но и на обогрев помещения. При этом внутренний и наружный блоки просто меняются своими функциями: теплообменник внутреннего блока становится конденсатором, а теплообменник наружного блока — испарителем. В режиме обогрева кондиционер, наоборот, отбирает тепло у уличного воздуха и отдает его воздуху помещения (рис.5.3). Кондиционер, работающий в таком режиме, называют «тепловым насосом», ведь он как бы перекачивает тепло с улицы в дом. Рис. 5.3 Работа кондиционера в режиме обогрева Известно, что на холодной поверхности конденсируется влага из воздуха. Благодаря этому кондиционер, работающий на охлаждение, умеет осушать воздух в комнате (рис.5.4). В режиме осушения температура воздуха в комнате практически не меняется, зато содержание в нем влаги падает. Рис. 5.4 Работа кондиционера в режиме осушения При необходимости можно вообще отключить компрессор и вентилятор наружного блока, дав возможность поработать только вентилятору внутреннего блока. Это режим вентиляции, когда воздух интенсивно прогоняется через внутренний блок и направляется выходными жалюзи в нужную область помещения. 5.5 Сплит-системы Эти кондиционеры получили свое название от английского слова «split», что означает «раздельный». Сплит-системы состоят из двух блоков — внутреннего и наружного. Такое разбиение понадобилось сразу по нескольким причинам. Во-первых, благодаря тому, что наиболее шумный узел любого кондиционера – компрессор – вынесен во внешний блок, на улицу, в помещении, оснащенном сплит-системой, достаточно тихо. Во-вторых, кондиционер не привязан к оконному проему. Внешний блок размещается на улице, а внутренний —в любом удобном месте внутри помещения. Внутренние блоки бывают настенные, потолочные, колонные, универсальные, напольные, а также встраиваемые в подвесной потолок – канальные и кассетные. В настоящее время применяются и полупромышленные мульти-сплит системы, например Free Joint Multi (FJM) фирмы Samsung (http://www.samsung.com/ru/ )— один наружный блок Free Joint Multi поддерживает до 5 внутренних блоков и занимает мало места при установке, обеспечивая эффективное охлаждение и обогрев нескольких зон. Рис мульти-сплит система Free Joint Multi (FJM) фирмы Samsung Конструкция типовой сплит-системы кондиционеров сплит систем применяется: настенного типа СКВ на базе - в существующих зданиях, в офисных помещениях, в жилых комнатах; - во вновь строящихся зданиях, в гостиницах и других помещениях. Сплит-системы настенного типа работают, как правило, на рециркуляцию. Приток свежего воздуха осуществляется через окна. При необходимости подачи и удаления воздуха в помещении предусматривается отдельная система приточно-вытяжной вентиляции. Рассмотрим более подробно конструкцию настенной сплит-системы. Рис.5.5 Наружный блок кондиционера 1 Вентилятор создает поток воздуха для обдува конденсатора. 2 Конденсатор - это радиатор, в котором происходит охлаждение и конденсация фреона, воздух, проходящий мимо конденсатора, нагревается и уходит в окружающую среду. 3 Компрессор осуществляет сжатие хладагента и поддерживает его движения по холодильному контуру. 4 Плата управления устанавливается, как правило, в инверторных кондиционерах. В других моделях всю электронику стараются размещать во внутреннем блоке. 5 Четырехходовой клапан устанавливается в моделях с функцией подогрева. В режиме обогрева этот клапан изменяет направление движения фреона, при этом внутренний и наружный блоки как бы меняются местами: внутренний блок работает на обогрев, а наружный, на охлаждение. 6 Штуцерные соединения (на рисунке не видны) для подключения медных труб, соединяющих наружный и внутренний блоки. 7 Фильтр фреоновой системы устанавливается перед входом компрессора и защищает его от частиц грязи, которые могут попасть в систему при монтажеткондиционера. 8 Защитная крышка, которая закрывает штуцерные соединения и электрические разъемы. Внутренний блок состоит из следующих основных узлов: 1 Передняя панель - пластиковая решетка, через которую внутрь блока поступает воздух. Панель легко снимается для обслуживания кондиционера (чистки фильтров и т.п.) 2 Фильтр грубой очистки, представляющий пластиковую сетку. Он предназначен для задержки крупной пыли, шерсти животных, тополиного пуха и т.п. Для нормальной работы кондиционера фильтр необходимо чистить не реже двух раз в месяц. 3 Система фильтров состоит из различных фильтров тонкой очистки среди которых обычно бывают: угольный (удаляет неприятные запахи), электростатический (задерживает мелкую пыль), антибактериальные и т.п. 4 Вентилятор, предназначенный для циркуляции очищенного и охлажденного или подогретого воздуха в помещении. 5 Испаритель - это радиатор (теплообменник), в котором происходит нагрев холодного хладагента и его испарение. Продуваемый через радиатор воздух, соответственно, охлаждается. 6 Горизонтальные жалюзи, предназначены для регулировки направление воздушного потока по вертикали. Эти жалюзи имеют электропривод и их положение может регулироваться с пульта дистанционного управления. Кроме этого, жалюзи могут автоматически совершать колебательные движения для равномерного распределения воздушного потока по помещению. 7 Индикаторная панель состоит из индикаторов (светодиодов), показывающих, в каком режиме работы кондиционера и сигнализирующие о возможных неисправностях. 8 Вертикальные жалюзи, которые регулируют направление воздушного потока по горизонтали. 9 Плата управления (на рисунке не показана), на которой размещен блок электроники с центральным микропроцессором. 10 Штуцерные соединения (на рисунке не показаны), расположены в нижней задней части внутреннего блока. К ним подключаются медные трубы, соединяющие наружный и внутренний блоки. 5.6 Применение рециркуляции воздуха в СКВ. Чтобы избежать излишнего расхода энергии на нагрев и охлаждение воздуха, применяют рециркуляцию внутреннего воздуха. Рециркуляция воздуха –это повторное использование отработанного внутреннего воздуха. Рециркуляция производится в основном с целью экономии энергии в холодный и переходный и теплый периоды года. Следует подчеркнуть, что рециркуляция не является обязательной. Существуют системы с переменным расходом воздуха, подающие только наружный воздух, требуемое количество которого определяется по сигналам датчика углекислого газа или влажности. Чаще всего это системы кондиционирования специальных помещений, позволяющие за счет охлаждения получить низкие температуры приточного воздуха в летний период, и тем самым существенно сократить требуемый воздухообмен по тепловым избыткам. Для кондиционирования общественных зданий использование рециркуляции является почти обязательным. Рассмотрим основные соотношения. При температуре внутреннего воздуха 25°С (летний режим) человек выделяет примерно 60 Вт явной теплоты и примерно 50 г/час влаги. Выделение полной теплоты составляет 95 Вт. Если пренебречь другими источниками теплоты, то значение углового коэффициента луча процесса в помещении будет ε = 3600 · 95 /50 =6840 кДж/кг Такое значение луча процесса говорит о том, что количества явного и скрытого тепла соизмеримы, однако явное тепло больше скрытого. Примем разницу температур приточного и удаляемого воздуха 5°С. Тогда требуемый удельный воздухообмен на одного человека по явному теплу будет G = 3,6 · 60 /5 = 42 кг/час Минимально требуемый воздухообмен на одного человека по санитарной норме равен 20 м3/час, или G = 1,2 · 20 = 24 кг/час Таким образом, расчетный воздухообмен по теплому периоду примерно в 2 раза больше минимально необходимого по наружному воздуху. Чтобы можно было подавать только наружный воздух, необходимо иметь разницу температур приточного и удаляемого воздуха 9-10 °С, что достижимо в теплый период только при использовании охлаждения наружного воздуха и требует системы кондиционирования. Для холодного и переходного периодов расчетная температура составляет 18 – 20°С. При такой температуре один человек в состоянии покоя выделяет около 100 Вт явной теплоты и около 40 г/час влаги. Выделение полной теплоты составляет 120 Вт. При отсутствии других источников теплоты значение углового коэффициента луча процесса в помещении будет ε = 3600 · 120 /40 =108000 кДж/кг Такое значение луча процесса говорит о том, что в эти периоды количества явного тепла существенно больше скрытого, и луч процесса идет почти вертикально. Таким образом, в холодный период основной вредностью является явное тепло, а влагой можно пренебречь. Учитывая низкую температуру наружного воздуха, можно существенно понизить и температуру приточного воздуха, однако слишком низкая температура при неудачном распределении воздуха может вызвать локальное переохлаждение отдельных зон помещения и ощущение холодного сквозняка у людей. Практика показывает, что в зрительных залах можно довести разницу температур приточного и удаляемого воздуха до 8 – 10°С. Тогда требуемый удельный воздухообмен на одного человека по явному теплу будет: G = 3,6 · 100 /8 = 45 кг/час; G = 3,6 · 100 /10 = 36 кг/час Как видно, требуемый воздухообмен по тепловым избыткам имеет примерно то же значение, что и летом. Причиной этого является увеличение выделения явного тепла человеком при более низкой температуре внутреннего воздуха. Минимально требуемый воздухообмен на одного человека по санитарной норме останется тем же – 24 кг/час. Таким образом, даже для холодного и переходного периодов года трудно обеспечить работу только на наружном воздухе. Кроме того, снижение производительности системы допустимо только в том случае, если схема распределения воздуха позволяет при этом обеспечить необходимую подвижность в рабочей зоне. Вышеприведенные соображения подводят нас к выводу использования рециркуляции воздуха в большинстве зданий. о необходимости Для различных офисных и конторских помещений, в отличие от зрительных залов и им подобных помещений, характерно относительно небольшое количество людей. Поэтому требуемый воздухообмен по санитарной норме для таких помещений небольшой. А воздухообмен по явному теплу оказывается существенно больше, так как к тепловыделениям человека добавляются поступления тепла от компьютеров и освещения, а летом существенную долю составляют теплопоступления от солнечной радиации, ввиду большой удельной площади остекления. Рециркуляция представляет собой перемешивание внутреннего воздуха, при котором он условно поступает в помещение с той же концентрацией и температурой, с какой удалялся из помещения. Удалить вредности может только наружный воздух. Однако, если бы подавался только наружный воздух в том же количестве, то для удаления тепловых избытков его бы пришлось подавать с очень низкой температурой, что недопустимо для обеспечения комфорта людей. Подмешивание же внутреннего воздуха к наружному позволяет увеличить количество наружного воздуха, не затрачивая энергию на нагрев или охлаждение и подавая его в помещение с приемлемой температурой. Так как угловой коэффициент луча процесса в помещении определяется только соотношением полного избыточного тепла и влаги, он не может измениться оттого, есть рециркуляция или нет. Рециркуляция не изменяет угловой коэффициент луча процесса в помещении. На рисунке 8.1 приведены различные варианты осуществления рециркуляции. а) Схема с рециркуляцией воздуха непосредственно внутри помещения потолочным вентилятором б) Схема с рециркуляцией воздуха через потолочный канал в) Схема с рециркуляцией воздуха через потолочный канал и подмешиванием наружного воздуха г) Схема с рециркуляцией через центральный кондиционер Рециркуляция потолочным вентилятором по схеме (а) осуществляется непосредственно в объеме помещения. Изменить параметры притока наружного воздуха она не может, если в конструкции нет теплообменника. Такая схема без теплообменника применяется в некоторых помещениях (магазины, кафе, административные помещения) только для увеличения подвижности в рабочей зоне. Собственно рециркуляцией этот вариант обычно и не считается. Температура притока наружного воздуха при этом очень низкая из-за необходимости подавить тепловые избытки в помещении. Если же к вентилятору конструктивно присоединен теплообменник, то их совокупность, выполненная отдельным блоком, называется вентиляторным доводчиком, фанкойлом (от английских слов fan – вентилятор, и coil –змеевик, нагреватель). Теплообменник может обеспечивать охлаждение или нагрев воздуха для подавления тепловых избытков или недостатков в помещении, а наружный воздух подается без обработки или обрабатывается и подается отдельно со своими индивидуальными параметрами. В кондиционировании системы с фанкойлами используются достаточно широко. Рециркуляция через потолочный канал по схеме б осуществляется чаще. Ее преимуществом является небольшая устанавливается теплообменник для длина нагрева воздуховодов. или В канале охлаждения часто воздуха, а такжевентилятор для побуждения движения воздуха. Такая схема типична для кондиционеров с канальным внутренним блоком. Изменить параметры притока она тоже не может, так как рециркуляционный воздух циркулирует отдельно от приточного. Такая схема широко применяется в помещениях малого и среднего объема. Выбрав правильно количество рециркулирующего воздуха, можно обеспечить требуемую его температуру при выпуске в помещение. Температура притока наружного воздуха при этом варианте также очень низкая из-за необходимости подавить тепловые избытки в помещении только наружным воздухом, если нет теплообменника в рециркуляционном воздуховоде. Если же он есть, то он обеспечивает охлаждение рециркулирующего воздуха для подавления тепловых избытков, а наружный воздух подается без обработки или обрабатывается и подается отдельно со своими индивидуальными параметрами. Обычно конструкция фанкойлов и внутренних блоков кондиционеров предусматривает возможность подмешивания части наружного воздуха, и тогда получается схема в. Ее преимуществом является то, что воздух подается в помещение через одну систему воздухораспределителей, и его температура на притоке соответствует требованиям норм. Такие схемы нашли широкое распространение в установках кондиционирования воздуха. Для больших помещений, типа зрительных залов, системы с фанкойлами не применяются, так как это относительно простые установки, не имеющие специальной камеры смешивания, клапанов, устройств утилизации теплоты и автоматики. Кроме того, мощности фанкойлов ограничены и часто недостаточны для обслуживания очень крупных помещений. Их вентиляторы развивают небольшие давления, что позволяет получить более низкий уровень шума, однако не позволяет преодолевать сопротивление протяженных воздуховодов и дополнительных устройств. Поэтому вентиляцию таких помещений осуществляют, как правило, при помощи достаточно крупных центральных установок, которые могут включать любой состав оборудования. Рециркуляцию при этом осуществляют через основную установку по схеме г. Это позволяет очень гибко управлять установкой и обеспечивать наиболее экономичные режимы эксплуатации, управляя в оптимальном режиме всеми устройствами. Во всех системах для регулирования степени рециркуляции (доли рециркуляционного воздуха по отношению к общему количеству приточного воздуха) на рециркуляционном воздуховоде устанавливается регулирующий клапан. В некоторых ситуациях при соответствующем обосновании могут применяться и другие принципиальные схемы систем вентиляции. В частности, за рубежом распространены системы с переменным расходом приточного воздуха, что позволяет вообще отказаться от рециркуляции воздуха в холодный период, подавая только наружный воздух. Как правило, такие системы используют схему рассредоточенной подачи воздуха в нижнюю зону помещения, что позволяет избежать перемешивания воздуха по высоте помещения и более эффективно вентилировать нижнюю рабочую зону, где находятся люди. 5.7 Центральные системы кондиционирования воздуха Центральными называются СКВ, обслуживающие несколько помещений из одного центра, внешнего по отношению к обслуживаемым помещениям. Такие системы снабжаются извне холодом (доставляемым холодной водой или хладагентом), теплом (доставляемым горячей водой, паром или электричеством) и электрической энергией для привода электродвигателей вентиляторов, насосов. Центральные системы кондиционирования воздуха расположены вне обслуживаемых помещений и кондиционируют одно большое помещение, несколько зон такого помещения или много отдельных помещений. Иногда несколько центральных кондиционеров обслуживают одно помещение больших размеров (производственный цех, театральный зал, закрытый стадион или каток). Приготовленный в центральном кондиционере воздух подается в обслуживаемые помещения по сети воздуховодов. Центральные СКВ получили наибольшее распространение для помещений значительных размеров в промышленных и общественных зданиях. По степени использования наружного воздуха центральные СКВ подразделяют на прямоточные, рециркуляционные и с частичной рециркуляцией. В прямоточных СКВ используется только наружный воздух. Эти системы забирают наружный воздух, обрабатывают его до необходимых параметров и подают в обслуживаемые помещения. Из помещений воздух удаляется системами вытяжной вентиляции. Прямоточные СКВ применяют для помещений, в которых выделяются токсичные пары и газы, пыль и содержатся болезнетворные микроорганизмы, исключающие повторное использование удаляемого из помещения воздуха. Такие же системы применяют для помещений, в воздухе которых содержатся резко выраженные неприятные запахи, а также для помещений с выделениями взрывоопасных и пожароопасных веществ. В рециркуляционных (замкнутых) СКВ многократно используется один и тот же воздух, который забирается из помещения, подвергается в кондиционере необходимой обработке и снова подается в помещение. Таким образом осуществляется полная рециркуляция воздуха. Рециркуляционные системы применяют для помещений, в которых образуются только тепло- и влагоизбытки, и в которых отсутствуют выделения вредных паров, газов и пыли. Если в воздух помещений поступают вредные пары, газы и пыль, то применять СКВ с полной рециркуляцией можно лишь при включении в комплект устройств по обработке воздуха, специальных аппаратов для очистки воздуха от вредных примесей, что весьма усложняет системы и обычно экономически нецелесообразно. К такому решению прибегают тогда, когда нельзя использовать наружный воздух. В СКВ с полной рециркуляцией осуществляются только очистка воздуха от пыли и тепловлажностная обработка, поэтому такие СКВ применяют для кондиционирования воздуха в помещениях, в которых требуется поддержание температурновлажностных параметров воздуха, а потребность в наружном воздухе отсутствует или удовлетворяется другими системами. К числу таких помещений относятся многие технологические помещения с тепловыделяющим оборудованием. Наиболее распространенной является СКВ с частичной рециркуляцией, в которой используется смесь наружного и рециркуляционного воздуха. Такие системы применяют при условии, что воздух, используемый для рециркуляции, не содержит токсичных паров и газов, а расчетное количество вентиляционного воздуха для удаления избытков теплоты и влаги превышает количество наружного воздуха, которое должно подаваться в помещение для ассимиляции вредных паров и газов. Кроме того, использование рециркуляционного воздуха должно приближать температурновлажностные параметры наружного воздуха к требуемым параметрам приточного воздуха. СКВ с частичной рециркуляцией обычно предусматривается с подачей в помещения переменных объемов наружного и рециркуляционного воздуха в зависимости от параметров наружного воздуха. Однако количество наружного воздуха в смеси, подаваемой в помещение СКВ с частичной рециркуляцией, должно быть не меньше санитарной нормы. СКВ с частичной рециркуляцией являются наиболее гибкими: в зависимости от условий и состояния наружного воздуха они могут работать по прямоточной схеме и по схеме с частичной или полной рециркуляцией. В последнем случае при необходимости газовый состав воздуха по кислороду и углекислому газу в помещениях поддерживается иными средствами. В системах с частичной рециркуляцией рециркуляционный воздух смешивается с наружным до или после камеры орошения. В первом случае система называется СКВ с первой рециркуляцией, во втором - СКВ со второй рециркуляцией. Применение первой рециркуляции позволяет уменьшить расход теплоты на нагрев наружного воздуха в холодное время года и расход холода на охлаждение воздуха в теплое время. В промышленных и общественных зданиях имеются помещения значительных размеров, в которых выделяются различные вредности (тепло, влага, пары и газы). Интенсивность выделений неодинаково изменяется по площади и по времени. По условиям назначения этих помещений их нельзя разделить перегородками или изолировать по воздуху отдельные участки. Поэтому такие помещения приходится разбивать на условные зоны, в каждой из которых характер формирования теплового режима примерно одинаков и возможно поддержание одинаковой температуры путём управления температурой приточного воздуха в эту зону. При выборе рационального типа СКВ для таких зданий могут рассматриваться такие возможные принципиальные решения: В больших помещениях с равномерным распределением по площади и однородным характером изменения тепло- и влагоизбытков (залы театров, кинотеатров, спортивные залы и т.п.) применяются однозональные центральные СКВ. В каждой зоне помещения предусматривают самостоятельную однозональную СКВ. Вследствие равномерности и однородности тепловых режимов поддержание температуры внутреннего воздуха достигается автоматическим регулированием температуры приточного воздуха, подаваемого во все помещения. Как правило, для круглогодовой работы СКВ расчётные параметры внутреннего воздуха задаются различными для теплого и холодного периодов года. Современные центральные СКВ, как правило являются многофункциональными системами интегрированными с инженерными системами зданий посредством применения современных систем управления. Примеры системы управления фирмы Daikin (http://daichi.ru ) показан ниже. Рис.5 – Пример интегрированной комплексной системы управления ЦСК Daikin (http://daichi.ru ) В состав центрального секционного кондиционера в общем случае входят рабочие секции (воздушный фильтр, воздухонагреватели первого и второго подогрева, воздухоохладители и камеры орошения, воздушные клапаны), а также камеры и секции корпуса кондиционера, необходимые для сборки и обслуживания рабочих секций (камеры присоединительные, смесительные, секции поворотные и др.). Наружный воздух из воздухозаборного устройства поступает через открытый утепленный клапан в смесительную камеру. Как правило, клапан имеет пневматический или электрический привод, который через систему автоматического управления включается в схему электродвигателя вентилятора. Рис. 5.1 Общий вид центрального кондиционера DAIKIN Рис. 5.1 Устройство центрального кондиционера фирмы Fläkt Woods (http://www.flaktwoods.ru ) Рис. 5.1 Устройство центрального кондиционера фирмы Fläkt Woods (http://www.flaktwoods.ru ) При пуске вентилятора в работу привод открывает створки клапана а при остановке - закрывает. Через регулирующий клапан поступает в смесительную камеру рециркуляционный воздух. Рециркуляционный и наружный воздух перемешивается в смесительной камере, получившаяся смесь воздуха проходит далее через воздушный фильтр, предназначенный для очистки воздуха от пыли. Доступ для ревизии и обслуживания фильтра осуществляется через дверки в воздушных камерах. Из фильтра через воздушную камеру воздух поступает в теплообменники секции первого подогрева, в которых при необходимости воздух нагревается до требуемой температуры. Нагрев воздуха регулируется изменением температуры и расхода горячей воды, поступающей в теплообменники. Если в кондиционере используют теплообменники, обогреваемые паром, то здесь предусмотрен обводной канал, расход воздуха через который регулируется секционным клапаном. Из секции первого подогрева через воздушную камеру воздух поступает в камеру орошения, в которой подвергается увлажнению, осушке, охлаждению. Иногда вместо камеры орошения используют поверхностные воздухоохладители или другие устройства, способные охладить воздух и изменять его влагосодержание. Далее воздух через воздушную камеру поступает к теплообменникам екции второго подогрева. К фланцам последней по ходу воздуха воздушной камеры присоединяется переходная секция, посредством которой воздушный тракт секций соединяется с всасывающим патрубком вентилятора. Для обеспечения горизонтальной связки и установки секций и камер служат опоры. Нагревательное отверстие вентилятора соединяется с приточным воздуховодом, по которому подготовленный в кондиционере воздух подается в помещения непосредственно или через местные доводчики. 5.8 Центральные СКВ на базе чиллера и фанкойлов В данной системе кондиционирования источником холодоснабжения является чиллер, установленный на крыше. Местные неавтономные кондиционеры-доводчики (фанкойлы) напольной установки обеспечивают оптимальные температурные условия в помещениях. Система "чиллер-фанкойлы" отличается от других СКВ тем, что между наружным блоком (чиллером) и внутренними блоками (фанкойлами) циркулирует не фреон, а вода или незамерзающая жидкость. Фанкойлы включают в себя два теплоообменника и подключены по четырехтрубной схеме, что позволяет использовать их в зимнее время как приборы центрального отопления. Четырехтрубная установка предполагает круглогодичное использование фанкойла. В период охлаждения в основной теплообменник поступает холодная вода из чиллера, в межсезонье теплая вода также поступает от чиллера, работающего в режиме теплового насоса. В отопительный (зимний) сезон через дополнительный теплообменник циркулирует горячая вода (с температурой теплоносителя 70-95 градусов) от системы центрального отопления. Воздухообмен осуществляется за счет естественной вытяжной вентиляции. Точное поддержание и регулирование параметров микроклимата жизненно необходимо для довольно широкого круга объектов: от жилых, общественных и административных зданий до промышленных предприятий. Чтобы реализовать эту цель, корпорация Daikin, например предлагает чиллеры различной производительности в трех конструктивных исполнениях: с воздушным охлаждением конденсатора, с водяным охлаждением конденсатора и с выносным конденсатором. Применение специальных холодильных станций позволяет создать идеальный микроклимат в помещениях как c малой, так и с очень большой площадью кондиционирования. В чиллерах корпорации Daikin используются самые передовые технологии, которые обеспечивают не только высокую энергоэффективность, но и позволяют сделать их компактными и удобными при монтаже и эксплуатации. Основное технологическое преимущество заключается в точном поддержании температуры хладоносителя при переменной тепловой нагрузке. В настоящее время Daikin предлагает чиллеры, специально оптимизированные для работы на озонобезопасных хладагентах R-134a, R-407C, R-410A. Все компоненты чиллера: испаритель, конденсатор, компрессор, а также применяемое масло – специально разработаны для использования с этими хладагентами. Такое высокотехнологичное, надежное и энергоэффективное оборудование Daikin полностью удовлетворяет требованиям EUROVENT (http://www.eurovent-certification.com/ru/ ). Рис. – Чиллер фирмы DAIKIN Рис. – Компрессор чиллера фирмы DAIKIN 5.9 Крышные кондиционеры (гооf-tор) и особенности их применения Крышные кондиционеры имеют мощность от 8 до 140 кВт и расход воздуха от 1500 до 25000 м3/ч. Благодаря моноблочной конструкции эти кондиционеры отличается простотой монтажа и обслуживания. По своим характеристикам и области применения крышные кондиционеры близки к центральным кондиционерам. Принципиальное отличие между ними в том, что крышный кондиционер является моноблоком и устанавливается на крыше, а центральный кондиционер устанавливается в помещении, но ему необходим внешний источник холода. Кондиционеры поставляются в полностью собранном, укомплектованном виде. Они заправлены хладагентом и проверены перед отправкой на заводе-изготовителе. Благодаря тому, что подача и вытяжка обрабатываемого воздуха осуществляются по воздуховодам, можно добиться оптимального воздухорас-пределения. Использование моноблочных кондиционеров позволяет полностью сохранить интерьеры помещений. В отличие от системы чиллер-фанкойл и мультизональной системы, крышный кондиционер имеет возможность производить не только кондиционирование, но и вентиляцию помещения, при этом для смешения воздуха используется специальная смесительная камера, в которой происходит регулирование соотношения внутреннего и наружного воздуха. В то же время, себестоимость крышного кондиционера по сравнению с вышеназванными промышленными системами довольно невелика. В то же время у крышного кондиционера есть ряд недостатков, к которым следует отнести достаточно высокую степень энергопотребления, которое достигает порядка 80 Вт/кв.м. Еще один недостаток крышного кондиционера – это необходимость наличия обслуживающего персонала. При этом отсутствует возможность управлять режимом работы крышного кондиционера индивидуально для каждого помещения, все режимы и настройки по работе такого кондиционера задаются централизованно. Кроме того, для установки крышного кондиционера требуется место на крыше здания, что далеко не всегда может согласовываться с архитектурным решением. Еще одним важным моментом в случае использования крышных кондиционеров является необходимость прокладки магистральных воздуховодов, при этом используются воздуховоды большого сечения. Таким образом, стоимость установки кондиционера крышного типа оказывается довольно высокой, что также относится к недостаткам таких кондиционеров. Как правило, крышные кондиционеры используются для обслуживания таких архитектурных объектов, как театры, большие спортивные и торговые комплексы, концертные залы, кафе, рестораны, крытые стадионы. Как и все кондиционеры, крышный кондиционер содержит стандартный набор узлов и агрегатов, а именно: конденсатор, компрессор, испаритель, вентиляторы. Кроме того, в комплектацию может входить смесительная камера, в которой осуществляется смешение рециркуляционного воздуха (забираемого непосредственно из помещения) и внешнего воздуха с улицы, а также электрический либо водяной калорифер, служащий для нагрева воздуха в холодное время года. Свежий воздух забирается с улицы через заборную решетку крышного кондиционера. Рециркуляционный воздух забирается из помещения по системе воздуховодов и подается в смесительную камеру, где смешивается со свежим воздухом. Необходимое соотношение свежего и рециркуляционного воздуха обеспечивается изменением положения заслонок. В кондиционерах малой мощности может отсутствовать смесительная ка-мера с жалюзийными заслонками, поэтому смешение в этом случае необходимо выполнять в подводящем воздуховоде. Из смесительной камеры воздух проходит через фильтр и подается к теплообменнику (испарителю или конденсатору) холодильной машины, где он охлаждается или нагревается (в кондиционерах с тепловым насосом). Для подогрева воздуха в кондиционер может использоваться дополнительный электрический или водяной нагреватель/ После теплообменников воздух с требуемой температурой подается центробежным вентилятором в систему распределительных воздуховодов. Воздух для охлаждения конденсатора холодильного цикла забирается из атмосферы специальным вентилятором, также входящим в конструкцию кондиционера, и затем выбрасывается на улицу. Функция газового нагрева, используемая в крышных кондиционерах, позволяет подогревать воздух и подавать его в отапливаемое помещение на протяжении и переходного, и холодного периодов года. Кроме этого применение функции газового нагрева в крышном кондиционере значительно уменьшает нагрузку на тепловой пункт здания и соответственно значительно уменьшает требуемую мощность котла. Более того, при нагреве воздуха в помещении с помощью газовой горелки установленной непосредственно в крышном кондиционере уменьшаются потери, и увеличивается КПД системы за счет того, что пропадает промежуточное звено (система горячей воды) между природным газом и подогретым воздухом. Термостат контроля пламени газовой горелки, исключает возможность выхода из строя агрегатов крышного кондиционера при работе на обогрев. Крышные кондиционеры характеризуются широким диапазоном мощностей - от 8 до 140 кВт по холоду и теплу, и соответствующими расходами воздуха от 1500 до 25000 м3/ч. 5.10 Многозональные СКВ. VRF-системы Для современных зданий характерно многокомнатное расположение по мещений, неравномерное распределение их по площади, а также различная интенсивность изменений тепло - и влаговыделений. При разработке системы кондиционирования воздуха таких объектов необходимо предусмотреть возможность одновременного обеспечения требуемых параметров внутреннего воздуха в нескольких зонах помещения. Для этих целей в каждой обслуживаемой зоне помещения предусматривают соответствующие устройства, обеспечивающие тепловую обработку приточного воздуха в соответствии с особенностями изменения контролируемого параметра внутреннего воздуха в зоне. Для зданий, где имеется много небольших помещений, и в каждом из которых нужно поддерживать свои климатические параметры, идеально подходят многозональные системы. Такие системы построены по принципу конструктора: в зависимости от требуемой производительности и пожеланий заказчика выбирают определенные виды наружных и внутренних блоков. Особенностью этого вида кондиционеров является то, что их монтаж может быть произведен в реконструируемых зданиях, а при необходимости даже после завершения строительных работ. Мультисплит-системы обеспечивают больший комфорт и независимость для пользователя по сравнению с другими. Суммарная длинамагистрали в мультизональной системе может составлять до 400 м, а перепад высот до 50 м. 5.10 VRF системы Аббревиатура VRF – составлена из заглавных букв Variable Refrigerant Flow и в переводе с английского означает «переменный расход холодильного агента». Основное отличие VRF-систем от, ставших классическими, сплит-систем заключается в реализации принципа многозональности, то есть, перераспределение хладагента между внутренними блоками по мере необходимости. В таких кондиционерах к наружному блоку (компрессорно-конденсаторному агрегату) с помощью медных трубопроводов может быть подсоединено более 30 внутренних блоков. Все внутренние блоки могут работать и управляться независимо друг от друга. Разработанные в качестве альтернативы традиционным центральным системам кондиционирования, VRF-системы имеют ряд преимуществ: - возможность создавать индивидуальные параметры микроклимата в каждом помещении; - отсутствие необходимости в постоянном обслуживании; - широкие возможности в части выбора метода управления; - энергоэффективность системы за счет использования инверторного способа регулирования работы компрессора; - экономия на воздуховодах; - отсутствие необходимости в помещениях для размещения оборудования. Производительность внутренних блоков в многозональных системах регулируется за счет изменения потока хладагента через теплообменник. В свою очередь, поток регулируется электронным расширительным клапаном, который установлен во внутренних блоках. Одновременно меняется производительность компрессора. Компрессор современной VRF-системы оснащен инверторным приводом, который позволяет плавно менять скорость вращения компрессора и соответственно его производительность. Блок инвертора в таких кондиционерах преобразует переменное напряжения питания в постоянное (этот процесс называется инвертирование), что позволяет плавно изменять частоту оборотов компрессора и тем самым регулировать мощность кондиционера. В процессе работы инверторного кондиционера не возникает постоянных циклов включения и отключения компрессора, поэтому инверторные блоки более точно поддерживает заданную температуру Важным достоинством VRF-системы является разнообразие внутренних блоков. Они могут быть настенными, кассетными, канальными, подпотолочными, напольными, что дает возможность эффективно охлаждать помещения любой планировки, не вторгаясь в существующие интерьеры. VRF-системы долговечны и экономичны. Они рассчитаны на эксплуатацию в течение 20-25 лет. Подбор оборудования СКВ В состав многозональной мультисплит - системы входит один наружный блок и внутренние блоки различных типов установки и различной мощности. Внутренние блоки подбираются исходя из расчетного значения теплопритоков, ограничений по длине трассы, места установки, интерьера помещений. Подбор оборудования может быть сделан вручную или с помощью компьютерной программы. Подобрать внутренний блок это означает определить : - тип блока (настенный, кассетный, канальный, подвесной, напольный); - модель блока (согласовываем холодопроизводительность с теплопоступлениями); - выбрать место расположения блока. На правильный выбор внутреннего блока влияет общее архитектурное решение помещения. Модель блока выбирается обязательно с учетом заданных температуры и влажности воздуха в помещении. Самыми распространенными являются такие виды блоков: 1. Настенный 2. Кассетный 3. Канальный Настенные внутренние блоки Настенный внутренний блок кондиционера самый распространенный и наиболее привычный тип блока, поскольку именно они чаще всего применяются в квартирах. Блок устанавливают в верхней части стены. Уровень шума внутренних блоков настенного типа фирмы на сегодняшний день является самым низким. – 26 дБ. Это значение находится за порогом слышимости для большинства людей. Благодаря мощному вентилятору и специально подобранной режиму работы, жалюзи настенных блоков кондиционеров обеспечивают равномерное распределение охлажденного или нагретого воздуха в помещении. Угол подачи воздуха в горизонтальной плоскости составляет 150о, длина воздушной струи достигает 12 метров. Внутренние блоки системы VRF оснащены уникальными фильтрами, которые позволяют нейтрализовать антиоксиданты, опасные для здоровья людей. Воздушный фильтр имеет специальное каталитическое покрытие, выполняющее антиоксидантную функцию. Дополнительный фильтр тонкой очистки – электростатический фильтр эффективно очищает воздух от частиц пыли размером 1 микрон. Кассетные внутренние блоки Внутренние блоки кассетного типа встраиваются в подвесной потолок. Нижняя часть такого блока имеет размер стандартный потолочной плитки — 600 х 600 мм и закрывается декоративной решеткой с распределительными жалюзи. Охлажденный воздух распределяется через нижнюю часть блока. Основное достоинство кассетного кондиционера — незаметность, поскольку видна только декоративная решетка. Еще одно его преимущество —равномерное распределение воздушного потока по четырем направлениям, что позволяет использовать всего один блок для охлаждения большого помещения (при использовании настенных блоков для достижения аналогичного эффекта пришлось бы использовать 2 – 3 кондиционера меньшей мощности). В кассетных блоках VRF-системы не все 4 жалюзи связаны друг с другом (либо одновременно двигаются, либо открыты под одинаковым углом). Каждый имеет собственный привод, что позволяет зафиксировать их в определенном положении, исходя из конфигурации помещения и размещения людей. При выключении кондиционера все жалюзи автоматически закрываются. Из-за контакта комнатного воздуха с холодными жалюзи декоративной решетки, на жалюзи может образовываться конденсат. Чтобы этого избежать,их покрывают ворсом. В кассетных блоках внутри жалюзи установлен нагреватель, который препятствует образованию конденсата. Канальные внутренние блоки Канальные внутренние блоки устанавливаются за подвесным или подшивным потолком, который полностью скрывает этот блок. Они имеют более простую конструкцию, так как к ним не предъявляются особые требования дизайна. Видимыми остаются только декоративные решетки, по которым раздается по помещению. К недостаткам канальных кондиционеров относится невозможность поддержания в каждом помещении индивидуальной температуры. Приточный воздух подается в количестве не более 15 % от общего воздухообмена, а зимой возможно обмерзание испарителя и выпадение конденсата. К достоинствам канальных кондиционеров относятся низкая стоимость, возможность подачи наружного воздуха, возможность полностью скрыть внутренний блок за строительными конструкциями. Распределение охлажденного воздуха осуществляется по системе тепло- изолированных воздуховодов, которые также размещаются в межпотолочном пространстве. Забирается воздух также через декоративные решетки, проходит внутренний блок и системой воздуховодов снова подается в помещения через распределительные решетки. Блок имеет вентилятор с мощным статическим напором, позволяющим преодолеть сопротивление распределительных воздуховодов и решеток. Благодаря такой конструкции, канальный кондиционер может охлаждать сразу несколько помещений. Принципиальное отличие канального блока от остальных — в возможности полноценной использование подмешивания вентиляции свежего воздуха кондиционируемых канального блока позволяет в объемах, необходимых помещений. Таким обеспечить для образом, вентиляцию кондиционирование помещения. Рис. 5.1 Схема межблочной фреоновой трассы Н – максимальный перепад высот между внутренним и наружным блоком; h – максимальный перепад высот между внутренними блоками Lx – максимальная эквивалентная длина трассы от наружного блоа до наиболее удаленного внутреннего блока Ly – максимальная эквивалентная длина трассы от первого разветвителя до наиболее удаленного внутреннего блока. Соединительные трубы фреоновой магистрали должны быть бесшовные и изготовлены из меди. Диаметры соединительных труб выбирают в зависимости от производительности внутреннего блока либо индексов производительностей в случае разветвления магистрали. Пайку труб системы производят в среде и защитного газа – азота. 5.11 Очистка воздуха в СКВ. Фильтры СКВ. Одна из главных задача кондиционера — очищать воздух в комнате. С этой задачей современные кондиционеры справляются прекрасно благодаря уникальным технологиям фильтрации и очистки. Например, в современных кондиционерах реализован принцип двустороннего воздухообмена, позволяющий не только непрерывно очищать воздух в помещении, но и добавлять к нему свежий воздух, подвергая и его тщательной фильтрации. В оригинальной системе воздухообмена этих кондиционеров впервые применена встроенная система вентиляции, включающая в себя отдельный вентилятор для подачи воздуха с улицы и отбора воздуха из помещения. Воздух поступает в помещение после тщательной очистки в системе фильтров. В кондиционере обычно установлены три фильтра. Один фильтр очищает воздух, поступающий с улицы, два других отвечают за чистоту воздуха в помещении. Большинство современных бытовых кондиционеров оборудуются только механическим фильтром, который, в основном, защищает от пыли теплообменник внутреннего блока. Замены такой фильтр не требует, но периодически его необходимо мыть или чистить. Многоступенчатая система фильтров кондиционеров представляет собой непреодолимый барьер на пути пыли, запахов и микроорганизмов (рис.5.1). Рис.13.1 Многоступенчатая система фильтрации В кондиционерах эта система включает в себя антиаллергический, дезодорирующий и электростатический фильтры (рис.13.2). Такие системы очистки не входят в стандартную комплектацию многих моделей кондиционеров и при- обретаются отдельно. Установка дополнительных фильтров приводит к увеличению стоимости кондиционера и к более сложной эксплуатации системы кондиционирования воздуха. Рис.13.2 Система очистки воздуха в кондиционерах: 1 — ионизатор, 2 — вентилятор внутреннего блока, 3 — теплообменник Silver Nano, 4 — антиаллергический фильтр, 5 — дезодорирующий фильтр, 6 — электростатический фильтр. 90 Особым компонентом кондиционеров этой серии является ионизатор. Это устройство служит для генерации отрицательно заряженных частиц — анионов, благотворно влияющих на организм человека. Их наличие — один из факторов, обуславливающих освежающий и бодрящий эффект свежего природного воздуха. Попадая в кровь, анионы кислорода стимулируют метаболизм. Кроме того, анионы воздействуют на частицы пыли, содержащиеся в воздухе, как бы «прибивая» их к полу. Другое «электрическое» устройство кондиционера — электростатический фильтр. Действует он так: на фильтр подается слабый электрический ток, благодаря чему на его поверхности создается электростатическое поле. В результате мельчайшие частицы пыли удерживаются фильтром и не попадают в воздух, которым мы дышим. Электростатический фильтр кондиционеров серии покрыт ионами сереб- ра и способен уничтожить порядка 99,99% частиц пыли, вирусов и бактерий. Ионы серебра уничтожают бактерии и препятствуют их размножению. Поверхность теплообменника многих современных кондиционеров также покрыта ионами серебра, что препятствует появлению конденсата и подавляет размножение микроорганизмов внутри кондиционера. Разработана уникальная система очистки воздуха, оснащенная 12 ступенями различных фильтров. Проходя через каждую ступень фильтра, воздух очищается от мелких частиц пыли и бытовых грибков, запахов пищи и табака. При этом разрушаются клеточные оболочки бактерий, благодаря чему система имеет высокую стерилизационную способность. Антибактериальный фильтр системы удаляет крупные частицы пыли, грибки и волокна ткани. Следующий за ним тройной фильтр состоит из нескольких слоев с органическими компаундными наполнителями и удаляет из воздуха различные органические составляющие, которые раздражают глаза и горло. В составе пакета имеется фильтрующий элемент для удаления формальдегида. Третья составляющая фильтра позволяет удалять обычные запахи, ко- торые, действуя коварно и незаметно, могут вызывать мигрень и хроническую усталость. Угольный фильтр Nano-carbon (рис.13.3) задерживает мельчайшие частицы, составляющие запахи, облагораживая атмосферу помещения. Угольная структура фильтра состоит из частиц размером 200—500 x 10–9 м. Такой материал впервые использован в качестве материала для удаления запахов. Системы кондиционирования воздуха могут содержать бактерии, рост которых происходит во время процесса обработки воздуха, его транспортировки и распределения. Эти бактерии чаще всего относят к виду легионелл. Они вызывают различные легочные заболевания. В ходе проектирования, монтажа и эксплуатации СКВ следует применять методы по предупреждению распространения бактерий. Рис.13.3 Фильтр Nano-carbon: 1 — решетка, 2 — структура из угольных наночастиц, 3 — фотокаталитическая сетка, 4 — ионизатор воздуха, 5 — крышка Еще один барьер фильтра — биологический. С помощью микрочастиц фильтра, проникающих через клеточную оболочку бактерий и аллергенов, возможно полное разрушение ядра клеток. В то время как обычные методы только дезактивируют бактерии или разрушают их внешние клеточные оболочки, этотинновационный метод стерилизации позволяет полностью уничтожить бактерии. Система очистки воздуха Plasma, (рис.13.4), не только удаляет микроскопические загрязняющие частицы и пыль, но также удаляет бытовых клещей, пыльцу растений, ворсинки животных, предотвращая тем самым аллергические заболевания, в частности, астму. Для эффективной работы фильтров их следует поддерживать в сухом состоянии, так как влага и конденсат образуют идеальную среду для распространения бактерий в помещениях. К помещениям повышенного риска относятся больницы, детские учреждения, гостиницы, офисы, спортивные сооружения и помещения общественного питания. Список технологий очистки воздуха в современных кондиционерах можно продолжить. Во многих моделях кондиционеров используются так называемые катехиновые фильтры, убийственно действующие на вирусы. Катехин —это природное антибактериальное вещество, которое содержится, например, в листьях чая. Интересен механизм борьбы катехина с вирусами: у этих зловредных микробов есть торчащие в стороны шипы, которыми они цепляются за клетки. Катехин покрывает собой шипы и не дает вирусу уцепиться за жертву. Обработанные катехином фильтры удерживают до 98% вирусов.В современных кондиционерах применяются био-энзимные фильтры,эффективно уничтожающие бактерии, вирусы и плесень. Энзимы— это биологически активные вещества, обладающие способностью «резать» длинные органические молекулы. Не случайно энзимы широко используются в стиральных порошках, успешно борясь с загрязнениями биологической природы. В кондиционерах энзимам также нашлась работа: здесь они «режут» поглощенные фильтром бактерии. Другая современная технология, применяемая в современных кондиционерах— это фотокаталитические цеолитные фильтры. Волокна такого фильтра содержат мельчайшие частицы оксида титана (TiO2). Это вещество под действием ультрафиолетового излучения становится сильнейшим окислителем и вступает в реакцию с попадающими на поверхность фильтра загрязнениями. В результате органические загрязнения разлагаются на углекислый газ, азот и воду. Периодическое промывание фильтра водой и воздействие прямого солнечного света полностью восстанавливают фильтр, который может эффективно служить в течение 3—5 лет. Мозг человека, занятого длительное время интенсивной учебой или работой, нуждается в больших объемах кислорода. Недостаток кислорода вызывает чувство усталости, а по мнению ряда ученых, может даже стать причиной ракового перерождения клеток. Граница зоны безопасности по содержанию кислорода в воздухе составляет 18%. При уменьшении концентрации этого газа до 12—16% происходит учащение пульса, повышение частоты дыхания, нарушается внимание, появляются головные боли. Проблема подачи свежего воздуха в помещение, обслуживаемое обычной бытовой сплит-системой настенного типа, решается разными способами. Современные технологии позволили не только очистить воздух от уличной пыли и различных загрязнений, но даже увеличить содержание в воздухе кислорода. Это стало возможным благодаря применению мембранных технологий. Принцип метода обогащения воздуха кислородом основан на различной скорости проникания газов через полимерную мембрану под действием перепада парциальных давлений в ней. Оказывается, эта скорость зависит от молекулярных свойств газа. Все газы можно условно разделить на два класса— лег-копроникающие (к ним относится кислород) и труднопроникающие (например, азот). Основой генератора кислорода является полимерная мембрана, представляющая собой тонкую пленку из гомогенного слоя толщиной в несколько долей микрометра, обеспечивающего газоразделение, и технологических пористых подслоев толщиной до сотен микрометров. Мембрана не имеет отверстий, поэтому частицы пыли, бактерии и прочие вредные компоненты не могут проникнуть в помещение. Кислородообогащающие мембраны применяются в моделях бытовых кондиционеров ряда производителей. Так, генератор кислорода кондиционеров поддерживает концентрацию кислорода в помещении на уровне не ниже 21%. Подача свежего наружного воздуха осуществляется также с помощьюприточного клапана внутреннего блока кондиционера. 5.12 Хладагенты СКВ Хотя в конкретных холодильных устройствах могут использоваться самые разнообразные летучие жидкости, некоторые специфические требования сужают количество хладагентов до одной-двух жидкостей, пригодных для широкого практического использования. Эти жидкости должны быть неядовитыми, негорючими, иметь высокую теплоту испарения, малый удельный объем. Как правило, желательно использовать хладагенты, имеющие такую зависимость давления насыщенных паров от температуры, чтобы небольшое избыточное давление соответствовало области разрежения компрессора и не слишком высокое - зоне сжатия. Небольшое избыточное давление в зоне разрежения позволяет избежать проблем, которые возникают, если давление разрежения ниже атмосферного, а умеренное давление в зоне сжатия позволяет облегчить конструкцию и снизить ее стоимость. Наиболее употребительными хладагентами являются воздух, вода, аммиак, углекислота, хлористый метил, сернистый ангидрид и различные фреоны. Первый, признанный историками техники комнатный кондиционер, выпущенный в 1929 году компанией General Electric, работал на аммиаке. Это вещество небезопасно для человека, что в значительной мере сдерживало развитие холодильной техники. Проблема была разрешена в 1931 году, когда был синтезирован безвредный для человеческого организма хладагент – фреон. Впоследствии было синтезировано более четырех десятков различных фреонов, отличающихся друг от друга по свойствам и химическому составу. Самыми дешевыми и эффективными оказались R-11, R-12, которые долгое время всех устраивали. В последние годы они попали в немилость из-за своих озоноразрушающих свойств. Используемые в кондиционерах и холодильниках фреоны были названы главными виновниками печально известных озоновых дыр (что весьма сомнительно). Так это на самом деле или нет, но 1987 году был принят Монреальский протокол, ограничивающий использование озоноразрушающих веществ. В частности, согласно этому документу, производители вынуждены отказаться от использования фреона R-22, на котором сегодня работает много кондиционеров. В большинстве европейских стран продажа кондиционеров на этом фреоне прекращена и новые модели выпускают только на озонобезопасных хладагентах – R407C и R-410A. В отличие от других хладагентов, R-407C и R-410А являются смесями различных фреонов, а потому менее удобны в эксплуатации. Так в состав R407C, созданного в качестве альтернативы R-22, входят три фреона: R-32 (23%), R-125 (25%) и R-134a (52%). Каждый из них отвечает за обеспечение определенных свойств: первый способствует увеличению производительности, второй исключает возгорание, третий определяет рабочее давление в контуре хладагента. Эта смесь не является изотропной, а потому при любых утечках хладагента его фракции улетучиваются неравномерно, и оптимальный состав меняется. Таким образом, при разгерметизации холодильного контура кондиционер нельзя просто дозаправить. Остатки хладагента необходимо слить и заменить новым. Именно это и стало основным препятствием для распространения R407C. Эвакуированный из кондиционеров фреон необходимо утилизировать. И хотя для озонового слоя R-407C не опасен, он является одним из наиболее сильных «парниковых газов». Хладагент марки R-410A, состоящий из R-32 (50%) и R-125 (50%) является условно изотропным. То есть при утечке смесь практически не меняет своего состава, а потому кондиционер может быть просто дозаправлен. Однако и R410A имеет ряд недостатков. В отличие от R-22, который хорошо растворим в 99 обыкновенном минеральном масле, новые хладагенты предполагают использование синтетического полиэфирного масла. Полиэфирное масло обладает одним очень существенным недостатком – оно быстро поглощает влагу, теряя при этом свои свойства. Причем при хранении, транспортировке и заправке необходимо исключить не только попадание капельной влаги, но и контакт с влажным воздухом, из которого масло впитывает воду. К тому же оно не растворяет любые нефтепродукты и органические соединения, которые становятся потенциальными загрязняющими веществами. Кроме того, само климатическое оборудование на R-410A при той же производительности получается существенно дороже. Причина в более высоком рабочем давлении. Так при температуре конденсации +43°С, у R-22 оно составляет около 16 атм., а у R-410A – порядка 26 атм. По этой причине все узлы и детали холодильного контура кондиционера на R-410A, включая компрессор, должны быть более прочными. Это существенно увеличивает расход меди и делает всю систему более дорогой. И, наконец, сами озонобезопасные хладагенты стоят в несколько раз дороже, в 6-7 раз. Следует учесть и тот факт, что с ростом рабочего давления количество утечек неизбежно увеличится, поскольку прочность паяных, а главное вальцованных соединений остается прежней. 5.13 Системы увлажнения воздуха Системы увлажнения воздуха обеспечивают комфортное увлажнение в жилых и рабочих помещениях. Они также эффективно поддерживают оптимальную влажность воздуха в общественных местах (в приемных, классах, библиотеках, музеях, галереях), в производственных и промышленных помещениях (в приборостроительной, пищевой, текстильной, деревообрабатывающей, полиграфической отраслях). Пример системы увлажнения воздуха фирмы DRAABE (http://draabe.daichi.ru/ ) представлен на рисунке. Система состоит из: системных блоков - блока очистки, блока генерации потока высокого давления и блока сверхвысокой очистки (рис 4.4); атомайзеров для увлажнения воздуха в помещении. Вода распыляется атомайзером в виде мелкодисперсных капель, которые все испаряются в воздух на расстоянии 0,5 м. от атомайзера. В состав атомайзера входят вихревая форсунка, вентилятор и водяной клапан. специальных труб высокого давления (80 атм.) небольшого диаметра (8 мм), которые образуют в здании кольцо, в котором постоянно циркулирует очищенная вода, готовая к распылению в атомайзерах. Рис 5. – Схема системы увлажнения воздуха DRAABE Рис 5. – Блоки системы увлажнения воздуха DRAABE 6. СОВРЕМЕННЫЕ КОТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ 6.1. Котлы для систем индивидуального отопления Большое значение в энергосбережении имеет индивидуальное отопление. После реформирования ЖКХ населению придется платить за потребленную энергию в полном объеме, т.е. 100 % без дотаций государства. Сюда входят: - сверхнормативные потери тепловой энергии – 25%; - сверхнормативные расходы топлива на котельных, КПД которых не превышает 20-40%; - отсутствие приборов учета и узлов регулирования, что лишает потребителей возможности контролировать и регулировать свои расходы, вынуждает потребителей переплачивать за тепловую энергию, горячую воду и т.д. Таким образом, целесообразно стало использовать для теплоснабжения индивидуальных зданий и коттеджей небольшие водогрейные котлы тепловой мощностью 9-20 кВт. Котлы малой мощности производят в одноконтурном и двухконтурном исполнении. Они предназначены для приготовления теплоносителя только для отопления либо для отопления и горячего водоснабжения. При установке одноконтурных котлов приготовление горячей воды осуществляется в отдельных подогревателях - газовых, электрических или водо-водяных с использованием теплоносителя из подающей линии системы отопления. Схема автономного теплоснабжения приведена на рис. 2.2 [12]. Тепловой пункт включает котел, циркуляционные насосы для систем отопления и горячего водоснабжения, расширительный сосуд, подогреватель горячей воды, расширительные баки, предохранительный и обратный клапаны. Рис. 6.1. Схема автономного теплоснабжения квартир и индивидуальных домов: а) – с одноконтурным котлом; б) – с двухконтурным котлом; 1 – одноконтурный газовый котел; 2 – двухконтурный газовый котел; 3 – емкостный водоводяной бойлер; 4 – циркуляционный насос; 5 – обратный клапан; 6, 7 – расширительные баки систем отопления и горячего водоснабжения; 8 – предохранительный клапан ЗАО «Агрогаз» освоило производство водогрейных котлов типа УТГ. Это трехходовые жаротрубные дымогарные котлы с автоматизированными горелками (рис. 2.3). Котлы имеют КПД около 90 %, работают на газе или дизельном топливе, температура нагреваемой воды 115/70 оС, температура отходящих газов 220 оС. Конструкция котлов обеспечивает удобную эксплуатацию, осмотр и ремонт. Рис.6.2- .Водогрейный котел типа УТГ-2: 1 – корпус с теплоизоляцией; 2 – дымогарные трубы; 3 – место установки горелки; 4 – дренаж; 5 – взрывной клапан; 6 – люк зольника; 7 дымоход Аналогичные по своим основным параметрам котлы поставляются также фирмами АО Буммаш ([email protected]), ЗАО ПППП «Черноземцентрсервис» (0,1 – 23,2 МВт, sinfo@chcs), Энерготехмонтаж (0,5 – 20 Мвт, [email protected]). Наиболее известные фирмы производящие котлы и отопительные системы для индивидуального домостроения: http://www.buderus.ru/about-us/ - Отопительные системы фирмы «Будерус» (Buderus) https://www.vaillant.ru/oborudovanie-vaillant/dokumenty-1/index.ru_ru.html Оборудование фирмы Vaillant (котлы, тепловые насосы); http://www.viessmann.ru/ru/industria.html - Системы отопления/охлаждения Viessmann http://www.viadrus.cz/ - Котлы чешской фирмы VIADRUS 6.2. Автономные котельные ООО "Уралтрансгаз" (www.energogas.ru) выпускает целый ряд отопительных блочных и крышных котельных серии УТГ полной заводской готовности, которые в считанные дни монтируются в местах потребления тепла. Котельные предназначены для автономного теплоснабжения зданий и сооружений бытового и хозяйственного назначений и объектов промышленного производства в районах с умеренным и холодным климатом. Закрытое акционерное общество «Агрогаз» в сотрудничестве с управлением «Энергогазремонт» и финской фирмой «KPA Unicon», производящей котельные для разных видов топлива (http://kpaunicon.com/ru/uniconboilerplants ) разработали и производят серию блочных котельных с котлами мощностью 0,5; 1,0; 2,0; 2,5; и 3,0 кВт. План и общий вид блочной газовой водогрейной котельной мощностью 1 МВт приведены на рис. 2.4 и 2.5. Рис. 6.3. План блочной котельной мощностью 1,0 МВт: 1 – котел УТГ-0,5; 2 – сетевые насосы отопления зимнего периода; 3 – сетевые насосы отопления летнего периода; 4 – насосы горячего водоснабжения; 5 – подпиточные насосы; 6 – насосы котлового контура; 7 – теплообменники горячего водоснабжения; 8 – подпиточный бак; 9 – шкаф КИПиА; 10 – силовой шкаф; 11 – вход воды; 12 – выход воды Работа котельной осуществляется по следующей технологической схеме. Холодная вода питьевого качества из водопровода разделяется на два потока. Первый направляется в скоростной пластинчатый теплообменник для приготовления воды на нужды горячего водоснабжения. Второй поток проходит блок водоподготовки (бак с раствором комплексонов и автоматический насос-дозатор DLMA) и идет на подпитку основного контура циркуляции теплоносителя отопительных систем. Приготовление теплоносителя для систем отопления производится в стальных жаротрубных водогрейных котлах КВ-ГМ. Для циркуляции теплоносителя предусмотрены сетевые насосы. Рис. 6.4 Блочная котельная мощностью 1,0 МВт, фасад А - Б Забор воздуха на горение осуществляется из помещения котельной и компенсируется притоком наружного воздуха, подогреваемого в калорифере. Дымовые газы удаляются от каждого котла через теплоизолированные трубы, встроенные в общую дымовую трубу. Автономные котельные просты при монтаже, надежны в эксплуатации, полностью автоматизированы и работают без обслуживающего персонала. Котельные выполняются в контейнерном варианте и легко транспортируются железнодорожным или автомобильным транспортом. Типовой схемой автоматики предусматриваются следующие функции: - местный контроль температуры и давления; - автоматическое регулирование температуры теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха ; - автоматическая подпитка сети при падении давления в обратном трубопроводе; - автоматическое включение резервного насоса; - отключение подачи газа и включение вытяжного вентилятора при аварии, утечках газа и возникновении пожара. 6.3. Когенерационные установки Когенерационные установки являются одним из видов дизельных энергоустановок и предназначены для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии. Работают на природном газе и, как правило, выпускаются в блочномодульном исполнении. В состав таких установок входят двигатель, система рекуперации тепла, генератор, система управления. Когенерационные установки характеризуются высоким коэффициентом использования природного газа (до 90%). Помимо экономической эффективности установки имеют заметные экологические преимущества. Когенерационные установки нашли широкое применение за рубежом. Когенерация, совместное производство электричества и тепла, отличается высокой мерой полезного использования энергии, содержащейся в топливе, которая может составить около 95%. Благодаря разумному использованию тепла, возникающего в результате производства электроэнергиии, это тепло не требуется производить в дополнительном источнике. Таким образом экономится топливо и денежные срества на его приобретение. На схеме ниже наглядно указан принцип экономии энергии посредством когенерации. Уралтрансгаз предлагает когенерационные установки (минитеплоэлектростанции) на базе двигателя внутреннего сгорания КАМАЗ и ТЕДОМ различной мощности, которые предназначены для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии (параметры 400/231 В, 50 Гц), используемой для любых зданий и сооружений. Установки оснащены противошумным кожухом и глушителем выхлопа. Работа установок полностью автоматизирована. Когенерационные установки TEDOM (http://kgu.tedom.com ) представляют серию оборудования с диапазоном электрической мощности от 42 до 1000 кВт. Установки выпускаются в виде блочного оборудования. Все установки делятся на две основные типовые серии в зависимости от мощности, изготовителя двигателя и технического решения установки. Когенерационные установки TEDOM серии MT представляют собой оборудование малой мощности (от 42 до 160 кВт) на базе газовых двигателей, которые переоборудованы из дизельных. Они устанавливаются на фундаментной раме, на которой размещены теплотехническое оборудование и глушитель выхлопа. Характеристики когенерационных установок TEDOM на газовом топливе представлены в таблице. Электрическая мощность Тип установки (кВт) Micro T7¹ Micro T30¹ Micro T33**¹ Micro T50¹ Cento M50¹ Cento M70 Cento T80 Cento T100 Cento T120 Cento L135 Cento L155 Cento T160 Cento T180 Cento T200 Cento L200 Cento L230 Cento L330 Quanto D400 Cento L410 Cento L450 Cento L500 Quanto D600 Quanto D800 Quanto D1200 Quanto D1600 Quanto D2000 Quanto D3000 Quanto D4000 Quanto M10000 Тепловя мощность (кВт) подводимая мощность топлива стандартно повышенный* (кВт) 6,5 30 33 48 50 70 81 104 125 137 155 164 184 200 206 235 331 400 410 455 500 600 800 16 59,4 63,7 91,0 79 109 120 142 177 163 186 221 232 253 246 282 392 456 511 550 592 699 917 18,4 69 74,2 106,8 126 149 185 173 198 232 244 266 261 301 415 486 540 582 626 743 976 24,1 93,8 101,5 148 148 204 231 282 343 332 377 434 469 510 495 567 789 950 1004 1097 1191 1433 1891 1200 1295 1381 2748 1560 1709 1818 3600 2000 2154 2291 4577 3333 3577 3740 7650 4500 4679 4904 10160 10426 9825 - 22176 Кроме природного газа в когенерационных установках могут использоваться и другие виды топлива, например, биогаз, пропан и т.д. Можно применять и комбинацию двух газов (например, биогаз и природный газ). Техническую возможность применения такого топлива необходимо согласовать с изготовителем. Все установки в стандартном исполнении оснащены глушителем шума выхлопа. 6.4. Тепловые насосы Огромная энергоресурсов, использования потребность экологические тепловых в тепловой проблемы насосов как энергии, привели рост к стоимости необходимости альтернативных источников теплоснабжения зданий. Тепловые насосы занимают существенное место в программах энергосбережения развитых стран, так как позволяют использовать возобновляемые энергоресурсы (тепло грунта, грунтовых вод, рек, водоемов) и вторичные энергоресурсы (тепло стоков, систем оборотного водоснабжения, систем вентиляции, обратной воды систем отопления). Тепловым насосом называется машина, которая поглощает низкопотенциальную теплоту и передает ее в систему теплоснабжения потребителей в виде нагретой воды или воздуха . Характерной особенностью теплового насоса является то, что при подводе 1 кВт электроэнергии возможно получение 3-4 кВт тепловой энергии. По принципу действия тепловой насос аналогичен холодильнику, в котором происходит охлаждение продуктов, а «снятое» тепло выбрасывается в воздух помещений. При этом передача тепла производится с помощью рабочего тела - хладагента, на перемещение которого и расходуется электроэнергия. Рис. 6.4– Принцип действия теплового насоса Тепловой насос может представлять холодильную установку, которая компонентов: компрессор, собой состоит конденсатор, из парокомпрессионную следующих расширительный основных вентиль и испаритель. Газообразный хладагент поступает на вход компрессора. Компрессор сжимает газ, при этом его давление и температура увеличиваются (универсальный газовый закон Менделеева— Клапейрона). Горячий газ подается в теплообменник, называемый конденсатором, в котором он охлаждается, передавая свое тепло воздуху или воде, и конденсируется — переходит в жидкое состояние. Далее на пути жидкости высокого давления установлен расширительный вентиль, понижающий давление хладагента.Компрессор и расширительный вентиль делят замкнутый гидравлический контур на две части: сторону высокого давления и сторону низкого давления. Проходя через расширительный вентиль, часть жидкости испаряется, и температура потока понижается. Могут применяться тепловые насосы двух типов: - на воде или "рассоле" с промежуточными теплообменниками, использующими тепло грунта, грунтовых или поверхностных вод, а также атмосферного воздуха; - воздухо-воздушные, работающие на удаляемом воздухе. Схема теплового насоса приведена на рис. 2.16 . Основными элементами теплового насоса являются конденсатор, компрессор и испаритель. Рис. 6.5. Схемы отопления с тепловыми насосами: а) использование теплоты грунта; б) использование теплоты поверхностных вод; в) использование теплоты атмосферного воздуха. Тепловой насос имеет три основных контура: контур циркуляции хладоносителя через компрессор, конденсатор, дроссель и испаритель; контур подвода к испарителю тепла от теплового источника; контур циркуляции теплоносителя системы отопления. Процесс дросселирования хладагента сопровождается понижением его температуры. Хладагент поступает в испаритель, где частично вскипает, отбирая тепло, поступающее с теплоносителем внешнего контура. Испаритель представляетсобой кожухотрубный теплообменник, в трубках которого циркулирует теплоноситель из внешнего контура, а в межтрубном пространстве – хладагент. Газообразный хладагент поступает в компрессор, сжимается и направляется в конденсатор. В конденсаторе происходит сжижение паров за счет охлаждения водой из системы отопления. Конденсатор также является теплообменным аппаратом, по трубкам которого проходит теплоноситель системы отопления. Хладагент, имеющий после компрессора более высокую температуру, поступает в межтрубное пространство, конденсируется на поверхностях трубок и отдает тепло теплоносителю системы отопления. Жидкий хладагент (конденсат) стекает на дно конденсатора и возвращается в испаритель. Рассмотрим варианты тепловых насосов, использующих возобновляемые источники энергии. Использование теплоты грунта и грунтовых вод. Грунт и грунтовые воды представляют собой источник энергии, накопленной в результате воздействия солнечной радиации и атмосферного воздуха в теплый период года, а также в результате поступления тепла из недр земли. В зависимости от климатических условий на глубине более 2 м температура оказывается практически постоянной и равной около 10 оС. Данный температурный уровень является недостаточным для непосредственного использования теплоносителя, нагреваемого теплотой грунта. Поэтому в схему включается тепловой насос и грунтовый теплообменник из пластмассовых труб (модифицированный полиэтилен или полипропилен). Теплоноситель, циркулирующий в контуре грунтового теплообменника (это может быть вода с температурой на 4 - 7 о С ниже температуры грунта), ассимилирует тепло грунта и передает его испарителю теплового насоса. Это тепло используется в конденсаторе для нагрева теплоносителя системы отопления. Грунт в данном случае играет роль бесконечно большого теплоаккумулятора. Грунтовые теплонасосные системы достаточно широко используются в мировой практике. Схема отопления с использованием теплоты грунта приведена на рис. 2,16, а. Использование теплоты поверхностных вод. Первичным теплоносителем в тепловом насосе может служить проточная вода с температурой от +5 до +40 оС. Чаще всего используют артезианские скважины, градирные установки, незамерзающие водоемы. Поверхностные воды океанов, морей, рек и озер обладают большим потенциалом тепловой энергии, накопленной при поглощении солнечной радиации. Температура их колеблется в течении года от 20 – 30 до 2 – 7 оС, что также недостаточно для нагрева теплоносителя систем отопления. Поэтому в схему теплоснабжения также включается тепловой насос (рис. 2.16, б). Вода отбирается из водоема насосом и направляется непосредственно в теплообменник испарителя теплового насоса, где отдает тепло и возвращается в водоем с помощью сбросного насоса. В свою очередь, обратная вода системы отопления нагревается в конденсаторе теплового насоса и направляется в нагревательные приборы. Регулирование теплопроизводительности системы отопления осуществляется изменением расхода теплоносителя и хладагента, а также отключением ступеней компрессора теплового насоса. Использование теплоты атмосферного воздуха. Атмосферный воздух является общедоступным теплоисточником, обладающим значительным потенциалом тепловой энергии, накопленной в результате воздействия солнечной радиации. Однако температурный уровень этого источника подвержен сильным сезонным колебаниям, что предполагает включение в схему теплоснабжения теплового насоса (рис. 2.16, в). Схема включает воздухоохладитель, в котором теплота воздуха передается незамерзающему теплоносителю, циркулирующему внутри трубок. Для перемещения воздуха через воздухоохладитель предусмотрен вентилятор. Затем хладагент поступает в испаритель и после сжатия в компрессоре отдает тепло теплоносителю системы отопления. При работе данной системы температура хладагента в испарителе должна быть на 3 – 5 оС ниже температуры атмосферного воздуха, так как уже при температуре наружного воздуха + 4 оС наблюдается наружное оледенение трубок воздухоохладителя, препятствующее прохождению воздуха. В то же время на оттаивание воздухоохладителя требуется тепловая энергия, соизмеримая с вырабатываемой, что делает экономически нецелесообразным использование теплоты атмосферного воздуха. Это обстоятельство ограничивает использование атмосферного воздуха в качестве аккумулятора теплоты. Использование тепловых насосов. В настоящее время в мире работает около 15 миллионов тепловых насосов мощностью от нескольких кВт до десятков МВт. По прогнозам Мирового энергетического комитета, к 2020 году 75% теплоснабжения в развитых странах будет обеспечиваться тепловыми насосами. Наиболее широко они применяются в США, Японии, странах Скандинавии. В России тепловые насосы еще не получили широкого распространения и работает их не более 100 единиц общей мощностью около 60 МВт. Практический опыт в этой области имеют и российские производители наибольший объем выпущенных тепловых насосов мощностью от 10 до 3000 кВт имеют совместно работающая группа ЗАО «Энергия» (Новосибирск) и комплекс «Тепломаш», ОАО «Кировский завод» (Санкт-Петербург). Варианты применения тепловых насосов от Рис.6 - Варианты использования тепловых насосов Таблица 6.6– Параметры тепловых насосов City Multi Y ZUBADAN Рис.6.7 Размеры блоков тепловых насосов City Multi Y ZUBADAN 6.5. Альтернативная энергетика 2.4.1. Использование отходов и биогаза. Древесное топливо является одним из основных возобновляемых ресурсов энергии. Использование его вместо мазута и угля становится все более актуальным в России и за рубежом. Известно, что теплом, полученным при сжигании отходов от рубки одного гектара леса (что равноценно 15 тоннам мазута) можно обогревать квартиру площадью 60 кв. м в течение 10 лет. При сжигании древесных отходов образуется значительно меньше оксидов серы, а выбросы двуокиси углерода фактически компенсируются поглощенной ранее при росте деревьев. Кроме того, становится ниже цена топлива, а стоимость единицы получаемого при сжигании тепла вдвое ниже, чем при использовании мазута. Котлы на отходах Котлы на отходах — собирательный неформализованный термин, объединяющий котлы, печи и котлоагрегаты — утилизаторы разной конструкции, тепловой мощности, эффективности, целевого назначения и популярности, которые обеспечивают сжигание отходов различного происхождения с использованием полученного при сжигании тепла вместо дорогостоящего и небезопасного для экологии захоронения на специальных полигонах. К наиболее часто используемым в развитых странах мира котлам на отходах относят: •мусоросжигательные котлоагрегаты, печи и котлы на отходах производственных предприятий и котлоагрегаты/печи/котлы на отходах жизнедеятельности людей — как правило, твердых бытовых отходах; •печи и котлы на отходах деревообрабатывающей промышленности — дровяные котлы, котлы на щепе и пеллетах (специально спрессованных гранулах предварительно измельченных отходов деревообрабатывающих предприятий); •котлы на отходах продуктов нефтеперерабатывающей промышленности (котлы и воздухонагреватели на отработанных маслах — моторных, индустриальных, турбинных, гидравлических, трансмиссионных) и маслах животного/растительного происхождения. К основным характеристикам любого котла на отходах относят: •коэффициент полезного действия, который колеблется от 30–40% у мусоросжигательных котлов до 80–90% у котлов на пеллетах (конденсационного типа) и котлов на отработке; •удельную стоимость получения 1 кВт/кДж/ккал тепла при сжигании единицы объема/массы отходов; Удельная стоимость получения 1 кВт/кДж/ккал тепла определяется не только теплотворной способностью отходов и коэффициентом полезного действия котла на отходах, но и стоимостью дополнительной энергии, используемой для сжигания отходов — топлива (газа, мазута, отработки), используемого в горелках розжига и стабилизации мусоросжигательных котлов, электроэнергии компрессоров/вентиляторов, обеспечивающих подачу первичного и вторичного воздуха в камеру сгорания, электроэнергии толкателей камерных и электродвигателей вращающихся подов мусоросжигательных котлов, электроэнергии шнековых механизмов загрузки и очистки колосников пеллетных котлов, электроэнергии и топлива систем многоступенчатой очистки отходящих газов мусоросжигательных котлоагрегатов и т. д.; •стоимостью доставки и подготовки к сжиганию отходов; •стоимостью работ по очистке камеры сгорания и дымогарных каналов, а также стоимостью мероприятий по утилизации образованных после сгорания шлаков; •начальной стоимостью котла на отходах, величиной и периодичностью амортизационных отчислений; •стоимостью автоматики и/или работ обслуживающего персонала и т. д.и т. п. •стоимость печи/котлоагрегата/котла на отходах оборудования/конструкций/устройств/мероприятий, и смежного обеспечивающих полный цикл сжигания отходов с утилизацией шлаков и очисткой сгоревших газов от примесей до ПДК, установленных международным и/или действующим национальным законодательством. Мусоросжигательные котлоагрегаты, реже котлы на отходах в России используются на мусоросжигательных заводах, иногда — в крупных централизованных котельных. Типовые мусоросжигательные котлы на отходах — камерные, обычно с толкателями, обеспечивающими подачу/перемешивание отходов и очистку колосникового пода от шлаков, или выполнены по типу карусельных печей с вращающимся подом. Для розжига и стабилизации горения в котлах на отходов используются газомазутные, мазутные горелки или горелки на отработанных маслах, более полное сгорание обеспечивается принудительной подачей воздуха в топочную камеру (с окна загрузки, с пода и боков), а также температурным зонированием (во вращающихся печах/котлах на отходах) с обеспечением в зонах температуры не ниже 1200 градусов Цельсия для дожигания сажи с абсорбированными в ней бенз(а)пиреном и диоксинами и температуры 1500–1600 градусов Цельсия, при которой происходит максимально возможно полное разложение/окисление диоксинов, фуранов и канцерогенных веществ. Как правило, после печи/котла на отходах в технологическую цепочку интегрируют реакторы/скрубберы для очистки отходящих газов от твердых включений, органических и неорганических кислот, диоксида азота, сернистых соединений, а также электрические фильтры конечной очистки сгоревших газов от мелкодисперсных частиц шлаков и мелких зольных включений. Формализованные еще в СССР нормы определяют возможность расположения мусоросжигательных котлов на отходах не ближе, чем на расстоянии 300 м от жилых домов, причем печи/котлоагрегаты/котлы на отходах должны быть оборудованы эффективной системой очистки сгоревших газов до установленных ПДК по NH3, HF, HCl, NOx, SO2, СО2, СО, диоксинам и фуранам, саже и т. д. Основные проблемы мусоросжигательных котлов на отходах в России: •теплотворная способность российских твердых бытовых отходов 900– 1300 ккал/кг в то время, как отходы в странах ЕС, США, Канаде за счет большего содержания упаковочных горючих материалов и меньшего содержания пищевых отходов (не более 15–20% в сравнении с 35–40% в России) имеют теплотворную способность 2200–2600 ккал/кг. Небольшая теплотворная способность российских отходов определяет низкий уровень температур в топочной камере (на уровне 800–1000 градусов), неполное сгорание отходов, большое количество шлаков (30–40% от объема/массы загрузки) и высокую токсичность отходящих газов, что обуславливает необходимость использования целых комплексов по доочистке газов перед их выбросом в атмосферу и утилизации шлаков на специально выделенных для этих целей полигонах; •отсутствие в России предварительной сортировки отходов по местам их сбора, как это практикуется в ЕС, США и др. странах, обуславливает практическую невозможность определения ориентировочного состава отходов, их теплотворной способности, коррекции процесса горения, а также наличие в шлаках черных и цветных металлов, которые целесообразно отделять от шлака перед его утилизацией; •мусоросжигательные котлы на отходах — масштабные крупногабаритные агрегаты, дорогие по стартовым инвестициям и затратам во время эксплуатации, а их установка на предприятиях, мусоросжигательных заводах или в котельных требует получения большого числа разрешений в соответствующих инстанциях; Котлы на отходах деревообрабатывающей промышленности Котлы на отходах деревообрабатывающей промышленности на текущий момент признаны ЕС перспективными теплогенераторами, ориентированными на использование, как в локальных системах отопления, так и котельных тепловых сетей (тепловая мощность современных котлов на отходах деревообрабатывающей промышленности варьируется от 2–3 кВт до 200 и более кВт). Если абстрагироваться от типовых твердотопливных котлов, неэффективных, с ручной загрузкой топлива и очисткой камеры сгорания, пока реализуемых рядом производителей на рынке теплового оборудования России, то следует признать, что за последние 2–3 десятка лет котлы на отходах деревообрабатывающей промышленности (дровах, щепе, пеллетах) прошли очередной этап эволюции и сегодня характеризуются комфортом в эксплуатации и эффективностью по сжиганию древесных отходов (http://www.caldaiedalessandro.it/ru/products-for-domestic-use/ , http://facirus.ru/ , . Котлы на отходах производителей Германии, Финляндии, Швеции имеют КПД на уровне от 80 до 96% (в котлах конденсационного типа), оборудованы системами автоматической загрузки топлива, очистки камеры сгорания, контроля и управления процессом горения и отвода сгоревших газов (см. ролики ниже). Поставляются также модульные полностью автоматизированные котельные, например http://facirus.ru/ фирмы FACI. Наименование котельной Мощность котельной Установленный пеллетный котел Котельная КТП 100 БКУ- 115 кВт Котел 115 1 400 000 Котельная КТП 200 БКУ- 208 кВт Котел 208 1 930 000 Котельная КТП 250 БКУ- 258 кВт Котел 258 2 100 000 Котельная КТП 350 БКУ- 370 кВт Котел 370 2 690 000 Котельная КТП 400 БКУ- 416 кВт Котел 208-2 шт. 2 950 000 Основные сложности обустройства отопления Стоимость, руб. с НДС с котлами на дровах/пеллетах в России: •теплота сгорания дров хвойных пород древесины 7.5 — 8 МДж/кг, пеллет — 6 МДж/кг, отработанных масел — 34 — 35 МДж/л, дизельного топлива — 33.5 — 34 МДж/л, т. е. для получения одной мощности тепловой энергии необходимо сжигание 1 литра отработки/дизельного топлива, 5.5 кг пеллет или 5 кг дров хвойных или твердых пород древесины. При стоимости килограмма дров/пеллет от 6 руб, стоимости литра отработки 6.5 руб. и литра дизельного топлива 29 руб. в московском регионе при равном КПД котла это определит стоимость 1 кВт.ч энергии3.07 — 3.03 Руб./кВт.ч для котлов на дизельном топливе, 0.68 — 0.66 Руб./кВт.ч для котлов на отработке, 2.85 — 2.68 Руб./кВт.ч для котлов на дровах и 3.39 — 4.05 Руб./кВт.ч для котлов на пеллетах; •теплотворная способность древесных отходов сильно зависит от влажности сжигаемого топлива и потому для хранения резервного запаса дров/пеллет необходимо оборудовать специальное сухое помещение, желательно с контролем и коррекцией относительной влажности воздуха, причем помещение должно быть расположено в непосредственной близости с котельной и иметь значительный объем, достаточный для обеспечения бесперебойной работы котла на отходах в период эксплуатации; •стоимость автоматизированных котлов на отходах — дровах и пеллетах, а тем более эффективных конденсационного типа очень высока, а безотказность работы автоматики определяется, как качеством изготовленных узлов и механизмом, так и качеством поставляемой электроэнергии; •типично для России увеличение числа производителей пеллет практически не влияет на их потребительскую стоимость, которая неуклонно повышается в течение последних пяти лет. Котлы на отходах — отработанных маслах. Котлы на отработанных маслах пока считаются одними из наиболее экономичных теплогенераторов по стартовым инвестициям и эксплуатационным затратам, причем даже в России стоимость отработки остается относительно стабильной, что обусловлено значительными затратами на утилизацию отработки предприятий-поставщиков и небольшим спросом в сравнении с текущим предложением на рынке. К основным достоинствам воздухонагревателей и котлов на отработке относят: •высокую теплотворную способность отработки, сравнимую с теплотворной способностью дизельного топлива; •простоту автоматизации, контроля и управления котельным оборудованием и системой отопления в целом, в том числе удаленно через Интернет, сети сотовой связи 4G, 3G, EDGE с ПК, Netbook, AppleMacBook, Notebook, смартфона, коммуникатора, iPad, iPhone и iPodTouch (см. видео здесь); •сравнительно небольшую стоимость современных котлов на отработке и малые эксплуатационные затраты на топливо, обслуживание и амортизацию оборудования; •доступность отработки на топливном рынке на текущий момент и в перспективе с учетом факта, что ежегодное накопление отработанных масел только в Москве составляет более 250 тыс. весовых тонн и эта величина постоянно увеличивается. Котлы на сжиженом газе В настоящее время в России все большее значение придается освоению технологии получения и использования сжиженного газа. Несмотря на то, что во многих регионах создана единая система газоснабжения трубопроводным транспортом, строительство ответвлений от магистральных трубопроводов зачастую оказывается экономически невыгодным из-за невысокой плотности проживающего населения. Кроме того, газовая промышленность располагает ограниченными возможностями регулирования пиковых нагрузок газопотребления, вызываемых резким понижением температуры наружного воздуха или уменьшением поставок газа. Аналогичные проблемы имеются в системе энергообеспечения, где для покрытия пиковых нагрузок целесообразно использовать газотурбинные электростанции с применением сжиженного газа.