Обработка воздуха. Обзор вентиляционных систем.

Наряду с продуктами питания качество окружающего воздуха для человека является первостепенным фактором для сохранения здоровья и нормальной жизнедеятельности. Газовый состав, чистота, температура и влажность воздуха в жилых, служебных и других помещениях должны соответствовать требованиям санитарных норм и правил. Отклонение от нормы тех или иных параметров воздуха негативно сказывается на окружающей среде. Превышение в воздухе допустимой доли углекислого газа ухудшает самочувствие человека, появляется усталость, снижается концентрация внимания и работоспособность. Повышение влажности воздуха может стать причиной образования коррозии, появления плесени и т.п. Для поддержания требуемых параметров воздуха в помещении необходимо обеспечить его циркуляцию снаружи-внутрь помещения и обратно, т.е. вентиляцию.

Вентиляция может быть естественной или принудительной (рис.1, a,b). Естественная вентиляция осуществляется без использования специальных технических средств. Движение воздуха через двери, окна, форточки обеспечивается за счет разницы температуры и давления внутри и снаружи. Принудительная вентиляция предполагает использование специального оборудования.

a) естественная                       b) принудительная

Рис.1. Виды вентиляции.

Аспекты классификации систем вентиляции многообразны, один из них мы уже упомянули - классификация по способу перемещения воздуха: естественный и принудительный.

Естественная система вентиляции самая простая и малозатратная, но имеет большой недостаток - её работоспособность полностью зависит от внешних климатических условий, к тому же в некоторых случаях ее физические возможности не позволяют удовлетворить требования санитарных норм. По этой причине в современных зданиях принудительная вентиляция применяется намного чаще, так как стабильность её работы не зависит от климатических изменений, а также существует возможность регулирования воздухообмена в зависимости от потребностей или меняющихся условий.

Однако, естественный и принудительный способы могут присутствовать одновременно в одной системе, в этом случае вентиляция называется комбинированной (смешанной).

Следует отметить, что вентиляционные установки классифицируются по назначению:

• приточные;
• вытяжные;
• приточно-вытяжные.

Отдельно по назначению можно классифицировать установки как:

• рабочие;
• резервные;
• аварийные.

Рабочие приточные и вытяжные установки – это оборудование основной системы вентиляции, которая работает постоянно для создания комфортных условий.

Резервные вентиляционные установки включаются в работу в случае внезапного выхода из строя основного оборудования, либо работают попеременно с основным в целях увеличения ресурса всей системы вентиляции.

Аварийные системы включаются в работу автоматически при чрезвычайных ситуациях, например, при пожаре для удаления дыма, ядовитых и токсичных веществ.

По конструктивному исполнению системы вентиляции можно разделить на канальные и бесканальные, корпусные и наборные, подвесные и напольные. Примером элементарной естественной бесканальной вентиляции является открытая форточка рамы оконного проема.

Любую вентиляционную канальную систему принудительного действия можно условно разделить на три зоны: зону создания воздушного потока, зону обработки воздуха и зону распределения воздушного потока. Основным элементом зоны создания воздушного потока является вентилятор - движущая сила воздушного потока. Зона обработки воздуха в зависимости от назначения может включать в себя агрегаты для очистки, нагрева, охлаждения или увлажнения воздуха. Зона распределения воздушного потока состоит из воздуховодов, запорных и регулирующих клапанов, диафрагм, воздухораспределительных элементов (решеток, диффузоров, плафонов и т.д.). Для снижения уровня шума в систему вентиляции устанавливаются шумоглушители.

Как было сказано выше, конструктивно система канальной принудительной вентиляции может быть выполнена в виде наборной установки из отдельных элементов или в виде единого агрегата (корпусные) (рис. 2 и 3).

Рис.2 – Наборная приточная вентиляционная установка

Рис.3 – Приточно-вытяжная вентиляционная установка (ПВУ)

Приточно-вытяжные установки выполняются в едином корпусе, но состоят из различных модулей, каждый из которых необходим для выполнения определенной функции (рис.4).

Рис.4 – Пример компоновки приточно-вытяжной установки

Подвесные вентиляционные установки свое название получили по способу крепления. (рис.5)

Рис.5 – Подвесная вентиляционная установка

Подвесные приточные установки могут отличаться друг от друга функционально и по составу, но главное их достоинство - это возможность экономии полезной площади помещения. К тому же, их отличает простота конструкции, удобство монтажа, и относительно низкая стоимость. А размещение вентиляционных установок за подвесными потолками позволяет значительно снизить их уровень шума.

Конфигурация приточно-вытяжных установок определяется функциональным назначением системы в целом и требуемыми параметрами обработки воздуха. Например, секции охлаждения, обогрева или увлажнения в приточных установках необходимы для выполнения основной функции - подачи в помещение воздуха с требуемой температурой и влажностью. Секция каплеуловителя - для предотвращения попадания воды (конденсата) в воздуховоды. То же самое можно сказать и о промежуточных, пустых секциях вентиляционных установок, выполняющих вспомогательные функции, например, выравнивание воздушного потока.

Вентиляционные установки данного типа дополнительно могут комплектоваться секциями рекуперации. Рекуперация – это процесс, позволяющий использовать полезное тепло (в том числе холод), удаляемое приточно-вытяжной установкой вместе с воздухом из помещения. Более подробно процесс рекуперации описан в нашей технической библиотеке в статье «Рекуперация в системах вентиляции».

Нагрев воздуха в приточных установках обычно производится с помощью:

• жидкостных теплообменников (водяных или гликолевых);
• электронагревателей;
• газовых нагревателей.

Жидкостной калорифер, установленный в секции нагрева приточной установки получает теплоноситель (воду или водогликолевую смесь) по трубопроводам от ИТП или системы центрального отопления и передает его проходящему воздуху. Подача теплоносителя обеспечивается за счет циркуляционных насосов, а регулирование температуры теплоносителя происходит при помощи терморегулирующих клапанов (смесительных узлов).

Секция электрического нагрева вентиляционных установок представляет собой встроенный в корпус установки электрокалорифер, состоящий из одного или нескольких ТЭНов и элементов защиты от перегрева. Как правило, работа секции электронагрева регулируется ступенями мощности, в зависимости от температуры наружного воздуха.

Газовый нагрев воздуха в приточных установках предполагает наличие соответствующих секций в составе агрегатов. Воздух в газовых секциях нагревается прямым воздействием пламени или посредством теплообменника и стенок корпуса камеры сгорания. При непосредственном газовом нагреве пламенем продукты сгорания смешиваются с нагреваемым воздушным потоком (рис.6). Потому существуют требования и ограничения по применению такого способа. Но достоинство прямого (непосредственного) нагрева – это высокая эффективность и низкая стоимость затрат.

Рис.6 – Газовая горелка прямого нагрева в канале воздуховода

При непрямом нагреве непосредственный контакт между пламенем горелки и воздушным потоком отсутствует. Воздух нагревается, проходя через теплообменник секции газового нагрева приточной установки. Продукты горения удаляются по воздуховодам наружу (рис.7). Газовый нагрев в системах вентиляции является наиболее эффективным, т.к. позволяет получить эквивалентное количество тепла при значительно более низких затратах. Во-первых, в системах вентиляции с газовым нагревом отсутствует промежуточный теплоноситель, которым является горячая вода, получаемая от ИТП или городских сетей, а во-вторых, за счет низкой стоимости магистрального газа.

Рис.7 – Воздухонагреватель непрямого нагрева

Рассмотрим подробнее ряд специальных функций вентиляционных систем, таких как осушение и увлажнение воздуха. Функция осушения в приточно-вытяжных установках реализована на конденсационном методе, суть которого заключается в охлаждении воздуха ниже точке росы, конденсации и удалении излишней влаги. Для этого в приточную установку встраивается фреоновый контур холодильной машины в составе с компрессором. Влажный воздух подается на испаритель (рис. 8), охлаждается ниже температуры точки росы, вследствие чего, влага конденсируется на поверхности теплообменника, стекает в специальный поддон и удаляется наружу. Осушенный холодный воздух, проходит через конденсатор того же холодильного контура, нагревается и подается в помещение. Дополнительный нагрев воздуха также может производиться электрическим нагревателем или водяным калорифером.

Рис.8 - Схема осушения воздуха с использованием фреонового охладителя

Вентиляционные установки с функцией осушения нашли широкое применение в частных и общественных бассейнах, SPA-комплексах и т.п. Вентиляция бассейнов – это необходимая мера, которая призвана контролировать уровень влажности в помещении с целью обеспечения санитарно-гигиенические норм, а также безопасности строительных конструкций и людей. Более подробно системы вентиляции бассейнов описаны в нашей технической библиотеке в статье «Вентиляция в бассейне».

Функция увлажнения в приточных установках реализуется на основе изотермического или адиабатного процессов. Изотермический способ применяется в паровых увлажнителях, адиабатный способ - в сотовых и ультразвуковых, а также в форсуночных оросительных камерах.

Принцип работы парового увлажнителя (рис.9):В специальном цилиндре (парогенераторе) нагревается до кипения вода. Образовавшийся пар по паропроводу через парораспределительный коллектор, подается в воздуховод и смешивается с воздушным потоком.

Рис.9 - Схема электрического парового увлажнения

Паровое увлажнение имеет ряд преимуществ. В частности, отсутствие необходимости дополнительного подогрева воздуха после секции увлажнения, а также точное регулирование подачи. Главным недостатком секций парового увлажнения в системах вентиляции является повышенное потребление электроэнергии.

Другой способ увлажнения - адиабатный, реализован в сотовом увлажнителе (рис.10).

Рис.10 – Сотовый увлажнитель

Принцип работы сотового увлажнителя следующий. Поток воздуха проходит через пористую смачиваемую водой поверхность. В результате адиабатного испарения воздух насыщается влагой, параллельно охлаждаясь. Для того чтобы обеспечить нагрев охлажденного воздуха до требуемой температуры после секции увлажнения устанавливается секция нагрева. Достоинством адиабатного увлажнения является низкое энергопотребление, компактность секции увлажнения. К недостаткам можно отнести высокое сопротивление воздуха в камере увлажнения и вероятность появления вредных микроорганизмов в поддоне. Поэтому требование периодической очистки поддона является обязательным.

Кроме того, адиабатный способ применяется в ультразвуковых увлажнителях. Электрический сигнал низкого напряжения и высокой частоты подается на вибратор с мембранной, установленный в ванне с водой (рис.11).

Рис.11 – Схема работы ультразвукового увлажнителя

При колебании мембраны с высокой частотой над поверхностью воды в ванне образуется мелкодисперсное водяное облако. Под действием проходящего воздушного потока, в процессе поглощения тепла мелкие капли воды испаряются

Адиабатное увлажнение можно организовать, используя метод водного распыления. В камеру увлажнения устанавливается форсуночный распылитель воды (рис. 12)

Рис.12 - Распылитель воды с форсунками

Вода с помощью насоса под высоким давлением подается на форсуночный распылитель находящийся в секции увлажнения приточной установки. Проходя через узкое отверстие форсунки, водная струя распыляется и адиабатически испаряется. Используя адиабатный способ увлажнения, необходимо помнить, что эффективность поглощения влаги зависит от температуры (энтальпии) воздушного потока в установке. Чем выше температура, тем большее количество влаги он может поглотить. Более подробно особенности влажности, а также способы измерения и контроля описаны в нашей технической библиотеке в статье «Влажность».

К сопутствующему оборудованию вентиляционных установок относится ряд элементов, в том числе фильтры, нагреватели, рекуператоры. Рекуператоры рассмотрим подробнее. Рекуператор - это устройство для утилизации явной и скрытой тепловой энергии вытяжного нагретого воздуха и передачи ее входящему холодному воздушному потоку. Применение рекуператоров позволяет значительно экономить электроэнергию.

3 основных типа рекуператоров:

• пластинчатый (перекрестно-точный);
• роторный;
• гликолевый (с промежуточным теплоносителем).

Более подробно системы рекуперации описаны в нашей технической библиотеке в статье «Рекуперация в системах вентиляции».

Теплообмен в пластинчатых рекуператорах происходит при перекрестном прохождении встречных воздушных потоков нагретого вытяжного и холодного входящего воздуха через профилированные алюминиевые пластины (рис.13). При этом, воздушные потоки не смешиваются. Эффективность утилизации тепла пластинчатого рекуператора достигает 60%.

Рис.13 – Пластинчатый рекуператор

В роторном рекуператоре передача тепла от нагретого вытяжного воздуха холодному входящему происходит в процессе вращения ротора алюминиевого теплообменика (рис.14). При этом незначительная часть вытяжного воздуха может попадать в приточную часть. Эффективность роторных рекуператоров обычно составляет от 70 до 90%. Для рекуперации не только тепла, но и влаги поверхность пластин покрывается гигроскопичным или адсорбирующим веществом.

Рис.14 – Роторный рекуператор

Гликолевый рекуператор состоит из двух теплообменников объединенных одним гидравлическим контуром, в котором циркулирует теплоноситель (рис.15).

Рис.15 – Гликолевый рекуператор

Как правило, в качестве теплоносителя применяется раствор этилен или пропиленгликоля с дистилированной водой в пропорциях от 30 до 50%. Несмотря на относительно невысокую эффективность (25 до 55%), гликолевые рекуператоры пользуются спросом, так как имеют ряд преимуществ. Во-первых, конструкция и принцип действия рекуператора позволяет использовать их во взрывоопасной среде. Во-вторых, гликолевые рекуператоры позволяют объединить уже имеющиеся отдельные системы приточную и вытяжную при модернизации. При этом расстояние между притоком и вытяжкой может составлять до нескольких сотен метров. В-третьих, применение гликоля в качестве промежуточного теплоносителя дает возможность использовать их при низких отрицательных температурах. Как мы видим, системы вентиляции довольно многообразны по типу, составу и функциональности, что позволяет решать широкий спектр задач в области создания микроклимата, как в бытовой, так и в промышленной сферах.

Если Вам необходима консультация по вопросам проектирования, поставки или монтажа систем вентиляции, осушения или увлажнения воздуха специалисты ГК «ПромВентХолод» будут рады оказать квалифицированную помощь. Вы можете связаться с нами по телефону +7(495)2680520 или отправить заявку на info@pvholod.ru