Системы кондиционирования воздуха: от бытовых до промышленных

Плюсы и минусы различных систем кондиционирования

Кондиционирование для многих ассоциируется с банальным охлаждением воздуха сплит-системами.

Но, в широком смысле это автоматическое поддержание одного или одновременно сразу нескольких параметров воздуха (температура, влажность, чистота и подвижность воздуха).

Важность баланса вышеперечисленных факторов, можно увидеть хотя бы на примере поддержания необходимых параметров влажности.

Однажды нас пригласили для диагностического обследования уже существующей системы вентиляции и кондиционирования на объект с ответственными помещениями. Там, в результате несогласованности в системе управления кондиционированием воздуха (в зимний период), относительная влажность упала ниже 40%  и, это привело к высыханию и растрескиванию эксклюзивной мебели.

В другом случае, парогенератор в системе кондиционирования воздуха включился в тот момент, когда вентиляция или не работала, или работала с минимальной производительностью. Относительная влажность в помещениях резко выросла до 90% и поспособствовала отставанию от стен шелковых обоев, повлияла на мебель и деревянные элементы интерьера.

Современные системы кондиционирования воздуха имеют широкий диапазон.

Безусловно, наибольшими возможностями обладают промышленные системы кондиционирования.

Но, даже использование агрегатов бытового назначения, в том числе в сочетании с элементами промышленных систем кондиционирования, позволяет обеспечивать комфортные и требуемые условия в обслуживаемых помещениях.

Виды и типы систем кондиционирования

Обобщенно системы кондиционирования можно условно подразделить:

Бытовые системы кондиционирования (мощность до 8 кВт)

• Оконные кондиционеры
• Напольные кондиционеры
• Сплит-системы

Полупромышленные/коммерческие системы кондиционирования (мощностью от 8 до 20 кВт)

• Кассетные кондиционеры
• Напольно-потолочные кондиционеры
• Канальные кондиционеры
• Колонные кондиционеры

(Некоторые производители стали указывать на шильдиках своего оборудования бытовое назначение).

Промышленные системы кондиционирования (мощностью от 20кВт)

• Приточно-вытяжная установка или Центральный кондиционер
• VRV-VRF системы кондиционирования
• Прецизионные кондиционеры
• Крышные кондиционеры (Руфтопы)
• Система кондиционирования «Чиллер-фанкойл»

Узнать больше о чиллерах можно из другой нашей статьи:

Виды, типы, особенности и преимущества различных чиллеров

Более развернутую систематизацию систем кондиционирования можно посмотреть на схеме ниже.

Основные отличия различных систем кондиционирования друг от друга

Системы кондиционирования воздуха, в отличие от обычных отопительных установок обеспечивающих тепловой режим здания, способны выполнять более широкие задачи по качеству воздуха помещений: изменяя температуру, влажность, чистоту.

При этом, выбирая ту или иную установку, нужно учитывать все условия, относящиеся к этому зданию или помещению, потому как только решение применительно к конкретной проблеме даст искомый результат – экономичный, экологический и энергосберегающий.

Именно поэтому все инженерные коммуникации, системы оборудования здания, и техника кондиционирования воздуха в частности, обязательно должны рассматриваться в тесной связи с архитектурно-строительными решениями.

Принцип работы на охлаждение и обогрев воздуха бытовых и полупромышленных/коммерческих сплит-систем

Упрощенно алгоритм работы сплит-систем представлен на рисунке. Отличие в основном будет заключаться в способе установки блоков, их внешнем виде и тепло- и холодо- производительности.

Возможности создания микроклимата и температурного комфорта промышленными системами кондиционирования

Область внешних, поддающихся измерению параметров состояния воздуха, таких как его температура, влажность и скорость движения, при которых человек чувствует себя особенно хорошо, и есть зона комфортности.

Применение промышленных систем кондиционирования позволяет регулировать эти параметры в самом широком диапазоне. Для этого грамотный подбор оборудования обязательно производится с учетом следующих параметров.

Тепловые параметры состояния воздуха:

• Температура воздуха в помещении;
• Влажность воздуха;
• Скорость движения воздуха;
• Температура поверхностей, ограждающих помещение.

Часть своего тепла в виде теплоты парообразования (скрытое тепло) люди всегда отдают в окружающую атмосферу.

Но это также означает, что находящийся в помещении воздух должен обладать поглощающей способностью по отношению к выделяемому человеком водяному пару.

С учетом этого рекомендуемая относительная влажность воздуха должна быть в диапазоне от 40 до 60%.

Движение воздуха в помещении

Скорость потока воздуха в закрытых помещениях сильно влияет на самочувствие людей. Поэтому сквозняки, вызываемые слишком холодным или чересчур быстро подаваемым воздухом, остаются наиболее частой причиной недовольства работой вентиляционными установками и системами кондиционирования.

Поэтому при нормальных температурах (20..22 градусах) в качестве допустимой скорости движения воздуха в помещении указывается величина примерно 0,1 до 0,2 м/с.

Выбор скорости воздуха в зоне пребывания людей зависит и от назначения того или иного помещения. В среде с высокой активностью работающих там людей допускается и более интенсивная вентиляция воздуха.

Чистота воздуха

Пыль, вредные вещества и запахи в воздухе помещения не только неприятны, но и могут быть опасны, поэтому их удаляют из воздуха. Это делают с помощью подходящих фильтров или, соответственно, фильтровальных систем, а также на основе определенного воздухообмена, при котором загрязненный воздух эффективно заменяется свежим.

Шумы

Шум со стороны вентиляционных установок и систем кондиционирования воздуха в своей характеристике ограничен соответствующими нормами ( СП) и регламентом.

При превышении допустимого уровня шума приходится в целях его снижения срочно принимать соответствующие меры технического характера (например, установкой шумоглушителей).

Кондиционирование воздуха

Целью функционирования системы кондиционирования воздуха является поддержание желаемого состояния воздуха в помещении, чтобы он в полной мере отвечал требованиям, предъявляемым к качеству микроклимата.

Обработка воздуха по принципу кондиционирования

Подготовка и обработка воздуха осуществляется преимущественно в двух вариантах:

• с изменением тепловых характеристик
• без изменения таковых

Изменения тепловых характеристик касаются в сфере вентиляционной и кондиционирующей техники всех измеряемых физических величин, подверженных влиянию температуры: влажности, плотности, удельного объема содержания энергии.

Тепловое кондиционирование воздуха

Когда в системе кондиционирования процесс воздухоподготовки осуществляется с изменением температуры, то такие системы обозначаются как установки с тепловым кондиционированием воздуха; если же данные системы не обладают такими функциями, то их называют установками без теплового кондиционирования воздуха.

Хотя в последнем случае, не исключается наличие фильтрации воздуха.

Принцип устройства и работы Центрального кондиционера можно посмотреть на рисунке:

Основные компоненты Центрального кондиционера:

• смесительная камера
• фильтр
• калорифер первого подогрева
• охладитель
• увлажнитель
• калорифер второго подогрева
• вентилятор
• OA — наружный воздух
• SA — приточный (свежий) воздух
• RA — уходящий (вытяжной) воздух
• EA — удаляемый (сбросной) воздух

Параметры состояния влажного воздуха

Влажный воздух представляет собой газопаровую смесь из так называемой сухой части воздуха, состоящей из газов (кислорода, азота и т.д.), и другой составляющей – водяного пара (Н2О).

В то время как сухие газы в воздухе свое агрегатное состояние изменять не могут, второй компонент смеси – водяной пар – способен при тех же условиях конденсировать или поглощать находящуюся в жидком состоянии воду.

Содержание водяного пара в воздухе в силу физических законов (кривая давления пара) не может быть сколь угодно большим. Нужно учитывать, что поглощающая способность воздуха в отношении водяного пара сильно зависит от температуры.

Энтальпия воздуха

Содержание энергии (тепла) в 1 кг сухого воздуха называется удельной энтальпией (влагосодержанием).

Она зависит от температуры и влажности воздуха: чем выше температура, тем больше теплосодержание.

Нагревание кондиционируемого воздуха

Процесс нагревания в системе кондиционирования воздуха происходит в специальном теплообменнике – нагревателе.

При выборе подходящего оборудования вопрос о необходимом количестве подводимой тепловой мощности (теплопроизводительность теплообменника), а также о свойствах воздуха на выходе подогревателя имеет чисто техническое значение.

Так как эти параметры являются исходной точкой для подбора конструкции и типа нагревателя.

Охлаждение кондиционируемого воздуха

Как и при нагреве, потребителя здесь будут интересовать расходуемая на охлаждение мощность, характеристики воздуха на выходе из охладителя и ожидаемый объем конденсата.

Для достижения охлаждения воздуха температура поверхности охладителя должна быть ниже температуры самого воздуха.

Смешивание двух потоков влажного воздуха

На практике два потока влажного воздуха смешиваются друг с другом, что позволяет экономить энергию, на нагрев или на охлаждение.

Такое смешение происходит в смесительной камере, и можно заранее определить, с какими параметрами смешанный таким образом воздух будет выходить из камеры.

Увлажнение кондиционируемого воздуха

При слишком сухом воздухе помещения увлажнение его достигается через соответствующую обработку в системе кондиционирования. Это может быть реализовано двумя путями:

• через увлажнение воздуха водой (водяной увлажнитель)
• через увлажнение воздуха водяным паром (паровой увлажнитель)

Увлажнение воздуха водой происходит в рециркуляционном водяном увлажнителе, на выходе которого получают воздух, достаточно сильно охлажденный. Суть в том, что здесь необходимое для изменения фазы тепло (теплота парообразования) отнимается у воздуха.

За увлажнителем такого типа в системе кондиционирования всегда следует вторичный подогреватель (калорифер второго подогрева).

При паровом увлажнении воздухе распыляется водяной пар. Это имеет то преимущество, что температура воздуха остается примерно на одном уровне.

Определение необходимых объемных расходов воздуха

Объемные расходы воздуха, генерируемые в системе кондиционирования, существенным образом определяют стоимость таких систем, так как с учетом этого фактора выбираются габаритные размеры воздушных каналов, как и параметры прочих конструкционных элементов.

Все установки, работающие с наружным воздухом, называются также вентиляционными системами или установками с функцией вентиляции.

Это могут быть системы, работающие либо полностью на воздухе внешней среды, либо на некоторой воздушной смеси.

Наружный воздух в течение года претерпевает определенные температурные колебания.

При этом мощность, требуемая на нагрев или охлаждение, при низкой либо, соответственно, высокой температуре окружающей среды может быть значительной.

Этот фактор опять-таки неблагоприятно сказывается на стоимостном показателе самой системы.

Объемный расход наружного воздуха должен быть не больше своего необходимого, но и не меньше своего возможного уровня.

Важно правильно рассчитать объемный расход кондиционируемого воздуха. Который, обычно зависит от имеющихся в распоряжении данных и от назначения используемого помещения.

Норма свежего воздуха из расчета на человека в час

В помещениях, где находится много людей, а качество воздуха должно соответствовать гигиеническим требованиям, объемный расход кондиционируемого, наружного воздуха определяется по норме из расчета на одного человека в час.

Норма 20 м3/час на одного человека считается минимально допустимой и в нормальной ситуации не может быть ниже.

Норма свежего воздуха из расчета на площадь помещения

Для помещений с интенсивным движением постоянно меняющейся публики (торговые залы, выставки) за основу берется часовой объем воздуха из расчета на основную площадь.

Объемный расход приточного воздуха

В кондиционировании расход всего поступающего в помещение воздуха определяется в зависимости от того, какие задачи он должен выполнять.

Здесь в принципе могут быть сформулированы три основных цели:

• снабжение помещения свежим воздухом, т.е. обеспечение вентиляции;
• обогрев помещения по принципу воздушного отопления;
• возможное охлаждение помещения.

Выбор (повышенной, пониженной) температуры приточного воздуха

Правильный выбор температуры приточного воздуха зависитот множества граничных условий: исполнения и расположения проходов для воздуха, размера помещений, его использования и, конечно, тепловой и холодильной нагрузок.

Охлаждение помещения системами кондиционирования

Чтобы добиться охлаждения воздуха в помещении, необходимо понизить температуру приточного воздуха до уровня ниже температуры помещения.

Но поскольку поступление более холодного воздуха человек обычно воспринимает как нежелательный сквозняк, то к выбору температуры поступающего воздуха нужно относиться особенно внимательно.

В связи с этим пониженные температуры должны быть гораздо меньше разности температур для воздушного отопления.

Отопление помещений системами кондиционирования

Подобно тому, как любой отопительный прибор (радиатор, калорифер) отдает тепло воздуху помещения, чтобы поддерживать в нем определенную температуру, в случае воздушного отопления эту задачу выполняет приточный воздух.

Требуемая тепловая нагрузка определяется по действующим нормам.

Избыточная температура (сравнимая с повышенной температурой отопительного прибора) значительно влияет на вычисленный объемный расход приточного воздуха и не может выбираться произвольно.

Назначение и использование рассматриваемого помещения также важно учитывать при расчете.

Избыточные температуры для воздушного отопления

Если для кондиционирования приточного воздуха выбирают слишком высокую температуру, то очень теплый воздух по причине своей малой плотности немедленно устремляется вверх.

Вблизи потока он образует своеобразную тепловую подушку, в то время как зона пребывания людей – в отсутствие специальных, достаточно дорогостоящих вентиляционных плафонов – явно страдает от недостатка тепла.

Устанавливая же низкие температуры приточного воздуха, получают чрезмерный объемный расход, что в тоже время неблагоприятно сказывается на размерах элементов установки.

Холодопроизводительность систем кондиционирования

Необходимость в воздушном охлаждении помещения с использованием техники кондиционирования воздуха возникает, как правило, в летний период. Либо в случае технологических потребностей на круглогодичной основе.

Здесь решающую роль играет холодильная нагрузка.

Это объясняется воздействием наружного тепла, генерируемого солнечными лучами, на:

• стены здания
• крыши и окна

а также распространением тепла внутри помещений, в том числе:

• в результате отдачи тепла человеком;
• отдача тепла электроприборами;
• из-за отдачи тепла освещением;
• передачей тепла по ограждающим стенам, граничащим с некондиционируемыми помещениями;
• отдача тепла в результате производственного цикла.

Важно знать, что один и тот же компрессор, работающий в разных условиях эксплуатации, имеет резко отличающиеся рабочие объемные и энергетические характеристики и разную холодопроизводительность.

Поэтому индивидуальное решение с грамотным расчетом и подбором оборудования предопределяет во многом долгосрочную и беспроблемную эксплуатацию систем кондиционирования.

Поставщики/дистрибьюторы систем кондиционирования

Наш практический опыт ремонта и обслуживания систем кондиционирования неоднократно показал, что основная боль на рынке климатической техники заключается в том, что Отдел продаж многих поставщиков систем вентиляции и кондиционирования ориентирован исключительно на скорейшую продажу и очень далек от понимания важных технических вопросов, возникающих при эксплуатации систем.

Кадровый дефицит опытного инженерного состава порождает ошибки в расчете, подборе и монтаже оборудования. Даже при наличии Службы сервиса, получить у них квалифицированную техническую поддержку либо проблематично, либо невозможно. Отдельной темой является вопрос гарантии поставленных систем кондиционирования и сервисного обеспечения запчастями. И, да! Это тоже боль!

С учетом вышесказанного, системы кондиционирования воздуха относятся к технически сложным системам. Любые действия с ними: подбор, проектирование, монтаж, ремонт или сервис требуют квалификации, практического опыта и высокой планки ответственности в своих действиях.

• Пусконаладка моноблочных чиллеров с воздушным охлаждением конденсатора в Тамани
• Холодильные масла
• СУДОВЫЕ ЧИЛЛЕРЫ: Проект~Поставка~Монтаж
• ВиброДиагностика | ВиброКонтроль
• Тепловизионное обследование
• Вентиляция — виды, особенности, устройство
• Системы кондиционирования воздуха: от бытовых до промышленных
• Обследование вентиляции нефтехимической лаборатории
• Факты, которые стоит знать о ЧИЛЛЕРАХ!
• Принцип работы и преимущества использования систем «ЧИЛЛЕР-ФАНКОЙЛ»
• Ремонт холодильных агрегатов
• Важные нюансы правильного подбора чиллеров
• Ремонт и наладка чиллеров TRANE, CARRIER, McQuay, Daikin, RHOSS и CLINT
• Замена компрессора J&E Hall
• ПНР чиллера