Лекция № 1 Общие сведения о кондиционировании воздуха

План

1.1. Предмет курса

1.2. Назначение и общее устройство систем кондиционирования воздуха

1.3. Развитие научных основ и техники кондиционирования

1.2. Предмет курса

Кондиционирование микроклимата зданий и сооружений является одним из основных разделов строительной науки и техники. Система кондиционирования микроклимата (СКМ) как совокупность всех инженерных средств и устройств, обеспечивающих внутренние климатические условия, включает в себя наряду с ограждениями, системами отопления и вентиляции систему кондиционирования воздуха (СКВ).

Кондиционирование воздуха – автоматическое поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных его параметров на определенном уровне с целью обеспечения главным образом оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей, ведения технологического процесса и обеспечения сохранности ценностей культуры. В общем случае понятие кондиция воздуха включает в себя следующие его параметры: температуру, влажность, скорость движения, чистоту, содержание запахов, давление, газовый состав и ионный состав. В зависимости о назначения обслуживаемого объекта выбирают требуемые кондиции воздушной среды, наиболее важные для конкретных условий применения. Как правило, для обычных объектов промышленного и гражданского строительства требуемые кондиции воздушной среды ограничиваются только частью перечисленных параметров.

Кондиционирование воздуха подразделяется на три класса:

первого класса – для обеспечения метеорологических условий, требуемых для технологического процесса, при допустимых отклонениях за пределами расчетных параметров наружного воздуха в среднем 100 ч / г при круглосуточной работе или 70 ч / г при односменной работе в дневное время;

второго класса – для обеспечения оптимальных санитарных или технологических норм при допускаемых отклонениях в среднем 250 ч / г при круглосуточной работе или 175 ч / г при односменной работе в дневное время;

третьего класса для обеспечения допускаемых метеорологических условий, если они не могут быть обеспечены вентиляцией, или промежуточных условий между допускаемыми и оптимальными нормами при экономическом обосновании; допускаемые отклонения за пределами расчетных параметров наружного воздуха 450 ч / г при круглосуточной работе или 315 ч / г при односменной работе в дневное время.

Курс «Кондиционирования воздуха» базируется на общих законах теплотехники, термодинамики, гидравлики, теории автоматического регулирования, а также на взаимосвязи с рядом инженерных дисциплин и, в первую очередь, с курсами «Строительная теплофизика», «Отопление», «Вентиляция», «Теплоснабжение», «Насосы и вентиляторы», «Холодильные установки» и «Автоматика».

1.2. Назначение и общее устройство систем кондиционирования воздуха

Определенное состояние воздуха является необходимым, а часто и решающим условием для осуществления многих, особенно новейших, технологических процессов. На промышленных предприятиях кондиционирование воздуха применяется либо для обеспечения промышленных санитарно-гигиенических требований, удовлетворение которых вентиляцией невозможно, либо как составная часть технологического процесса получения продукции с требуемыми качествами. В последнем случае кондиционирования воздуха предусматривается:

а) для достижения нормируемых условий воздушной среды в помещении, если они не могут быть получены естественной или механической вентиляцией;

б) для поддержания заданного влагосодержания материалов и изделий;

в) для поддержания температурно-влажностных условий, позволяющих производить обработку продукции с минимальными допусками;

г) для достижения особой чистоты воздуха и исключения выпадения влаги из воздуха, а также пота и солей с рук рабочих на точно обработанные поверхности изделий;

д) для создания постоянных температур и влажности воздуха при оптимальном протекании химических и биохимических реакциях;

е) для регулирования влажности воздуха во избежание образования статического электричества и связанной с этим опасности пожара и взрыва;

ж) для поддержания стабильных кондиций при испытании материалов и изделий;

з) для длительной сохранности в зданиях ценностей культуры и искусства.

Под термином системы кондиционирования воздуха (СКВ) подразумевается комплекс устройств, предназначенных для создания и автоматического поддержания в обсуживаемых помещениях заданных величин параметров воздушной среды. Указанный комплекс может включать в себя следующие шесть составных частей:

установку кондиционирования воздуха (УКВ), обеспечивающую необходимые кондиции воздушной среды по тепловлажностным качествам, чистоте, газовому составу и наличию запахов;

средства автоматического регулирования и контроля за приготовлением воздуха нужной кондиции в УКВ, а также поддержания в обслуживаемом помещении или сооружении постоянства заданных величин параметров воздуха;

устройств для транспортирования и распределения кондиционированного воздуха;

устройств для транспортирования и удаления избытков внутреннего воздуха;

устройств для глушения шума, вызываемого работой элементов СКВ;

устройств для приготовления и транспортирования источников энергии (электрического тока, холодной и теплой сред), необходимых для работы аппаратов в СКВ.

Основное оборудование для приготовления и перемещения воздуха агрегируется в аппарат, называемый кондиционером. В отдельных случаях все технические средства для кондиционирования воздуха скомпонованы в кондиционере, и тогда понятия «СКВ» и «кондиционер» становятся однозначными.

СКВ является активной, обычно регулируемой системой, предназначенной для комплексного поддержания заданных параметров внутреннего воздуха, которые обеспечивают расчетные, часто оптимальные условия в помещениях зданий и сооружений. СКВ может работать в здании совместно с системами отопления и вентиляции, но обычно СКВ берет на себя функции последних и создает в здании или, по крайней мере, в его наиболее ответственных помещениях необходимые климатические условия как в холодный, так и в теплый период года.

1.3. Развитие научных основ и техники кондиционирования

Развитие СКВ, совершенствование их санитарно-гигиенических, технических и экономических показателей тесно связано с развитием архитектурно-строительных решений зданий. Значительная часть (15-20 %) капитальных вложений на строительство производственных зданий, где ведутся современные технологические процессы, приходится на СКВ и сопряженные с ними устройства. Затраты на эксплуатацию этих систем достигают 60-80 % общих затрат на эксплуатацию зданий. Заметная часть затрат на энергообеспечение зданий и сооружений, составляющая более 30 % в общем энергетическом балансе страны, приходится на СКВ. По сравнению с системами отопления и вентиляции в СКВ значительная доля потребления приходится на наиболее дорогую электрическую энергию, что связано с производством холода, большим числом электроприводов, автоматизацией регулирования и управления. В связи с этим разработка методов рационального и экономного использования энергии в СКВ является важной составляющей в реализации программы энергосбережения.

Необходимость совершенствования СКВ определяется также задачами дальнейшей индустриализации строительства, что связано с возведением сборных зданий из крупноразмерных элементов, повышением их этажности, снижением веса и материалоемкости, применением современны материалов и оптимальных равно эффективных в теплотехническом отношении ограждающих конструкций с повышенными теплозащитными свойствами. В соответствии с этим необходима разработка совершенных и компактных СКВ, совмещенных с элементами и конструкциями зданий и обеспечивающих рациональное использование площадей и объемов, а также хорошо сочетающихся с архитектурными решениями интерьера зданий. Вся совокупность объемно-планировочных и конструктивных решений здания и его систем обеспечения микроклимата должна быть направлена на реализацию крупной проблемы нашего времени – создание современного здания с эффективным использованием энергии.

В числе создателей основ кондиционирования можно с полным правом назвать знаменитых соотечественников академиков Ломоносова, с именем которого связана разработка теории теплоты и теории движения воздуха и газов в каналах и трубах, и Рихмана, который заложил основы теории психрометрии, являющейся определяющей для кондиционирования воздуха.

Временем зарождения техники кондиционирования воздуха условно считают начало ХХ века. Термин «кондиционирование воздуха» был предложен в 1904 г. С.Крамером, одним из первых специалистов кондиционирования воздуха.

В 1834 г. в здании английского парламента была смонтирована первая установка круглогодичного кондиционирования воздуха.

В 1903 г. была изобретена форсуночная оросительная камера, которая почти без изменения более 80 лет служит основным тепломассообменным аппаратом установок кондиционирования воздуха.

В 1911 г. В.Кэррнер опубликовал психрометрическую диаграмму влажного воздуха, применения которой значительно упростило расчеты процессов обработки воздуха в кондиционерах.

В 1918 г. Л.К.Рамзин предложил I-d-диаграмму влажного воздуха, которая до настоящего времени широко используется в расчетах процессов кондиционирования воздуха.

Крупным событием в технике кондиционирования воздуха явилось получение в 1931 г. безопасного холодильного агента фреона, что способствовало распространению холодильных машин и кондиционеров на его основе. В 1946 г. были изобретены абсорбционные бромисто-литиевые холодильные машины.

В нашей стране первоначально простейшие установки неполного кондиционирования стали применяться на текстильных и табачных фабриках. Несколько позже более совершенными установками оборудуются предприятия точного машиностроения, пищевой, полиграфической, радиоэлектрической, тяжелой промышленности и др.

В 1955 г. во ВНИИСТО под руководством Е.Е.Карписа была разработана серия тепловых кондиционеров КД и начат их выпуск. Эти было положено начало заводскому кондиционеростроению в нашей стране.

Значительный вклад в развитие научно-технического направления по кондиционированию воздуха внесли советские ученые Б.В.Баркалов, А.А.Гоголин, Е.Е.Карпис, О.Я.Кокорин, А.В.Нестеренко и др.

В настоящее время развитие СКВ происходит также в непосредственной связи с решением научных и технических вопросов отопления и вентиляции, теплового и воздушного режимов здания.