Различного назначения

План

5.1. Основные требования к системам кондиционирования воздуха

5.2. Требования к микроклимату кондиционируемых помещений

5.3. Расчетные внутренние условия кондиционируемых помещений

5.4. Параметры воздуха при технологическом кондиционировании

5.5. Параметры наружного климата для систем кондиционирования воздуха

5.1. Основные требования к системам кондиционирования воздуха

К системам кондиционирования воздуха предъявляются санитарно-гигиенические, строительно-монтажные, архитектурные, экономические и технологические требования.

Санитарно-гигиенические требования. Обеспечение в помещениях метеорологических условий, наиболее благоприятных для труда и отдыха; обеспечение в летнее время определенного перепада температур между внутренним и наружным воздухом; правильный выбор скоростей и направлений выпуска воздуха. Основные санитарно-гигиенические требования к системам кондиционирования воздуха регламентируются ГОСТ 12.1.005-76 «Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования», Санитарными нормами, СНиП на отопление, вентиляцию и кондиционирования воздуха, а также СНиП на отдельные общественные, административно-бытовые и промышленные здания.

Строительно-монтажные и архитектурные требования. Минимальная потребность в площади для размещения оборудования и каналов как внутри обслуживаемых помещений, так и во вспомогательных; соответствие внешних форм и отделки оборудования, располагаемого внутри кондиционируемых помещений; наименьшие затраты времени и труда на монтаж и ввод установок в эксплуатацию; возможность строительства и ввода системы в эксплуатацию по очередям, этажам или отдельным помещениям; минимальные пробивки строительных конструкций для прокладки каналов и трубопроводов, хорошая виброизоляция и звукоизоляция оборудования. Во всех случаях СКВ должны занимать возможно меньше площади для размещения оборудования, однако практически для оборудования СКВ требуется от 25 до 40 % ( для «чистых комнат») от площади кондиционируемых помещений.

Эксплуатационные требования. Возможность быстрого переключения кондиционеров с режима обогрева на режим охлаждения в переходное время года, а также при резких переменах температуры наружного воздуха и теплопоступлений, т.е. системы должны иметь малую тепловую инерционность; взаимная блокировка кондиционеров, чтобы при выключении одного из них можно было подать воздух из соседних кондиционеров, хотя бы в меньшем количестве; обеспечение индивидуального регулирования температуры, относительной влажности в каждом отдельном помещении; возможность отопления одних помещений при одновременном охлаждении других, обслуживаемых той же системой; сосредоточение оборудования, требующего систематического обслуживания в минимальном количестве мест; простота и удобство обслуживания и ремонта; а также малая потребность в них за период эксплуатации; возможность частичной перепланировки помещений в процессе эксплуатации без переустройства СКВ, что особенно важно, например, для производственных зданий с быстро меняющейся технологией.

Экономические требования. Минимальная стоимость оборудования и строительно-монтажных работ; возможно меньшие расходы электрической энергии, воды, тепла и особенно холода. В связи с последним – максимальное использование наружного воздуха для охлаждения.

Технологические требования. Они очень разнообразны и определяются нормами и техническими условиями на проектирование систем кондиционирования воздуха.

Выбор системы кондиционирования воздуха должен всегда производиться с учетом степени перечисленных выше требований.

5.2. Требования к микроклимату кондиционируемых помещений

Микроклимат помещения — это совокупность факторов, определяющих метеорологическую обстановку в нем. К числу этих факторов относятся температура и влажность воздуха, потоки лучистого тепла, определяющие радиационную температуру помещений, подвижность воздуха. Кроме того, внутренние условия помещений определяются давлением воздуха или перепадом его давления между смежными помещениями, допустимым содержанием газов, паров и пыли, наличием запахов, содержанием ионов.

Температура воздуха является одним из основных факторов, характеризующих климатические условия помещения. Ее требуемые значения зависят от характера деятельности человека (спокойное состояние, работа различной интенсивности), вида технологических процессов, климатических условий местности, времени года и т. д.

Второй существенный фактор — влажность воздуха. В теплый период при высокой влажности в сочетании с высокой температурой ухудшается теплообмен человека с окружающей средой, что приводит к перегреву организма. При низком влагосодержании воздуха, характерном для холодного периода, возрастает отдача тепла человеком за счет интенсивного испарения влаги с поверхности тела, высыхают поверхности слизистых оболочек дыхательных путей, что способствует прониканию болезнетворных микроорганизмов в органы дыхания. Кроме того, пересыхают и деформируются материалы, возрастает опасность искровых раз­рядов при накоплении статического электричества, а также возникает опасность конденсации водяных паров на охлажденных поверхностях.

Непостоянство воздействия внешних и внутренних факторов, различная степень тепловой инерционности и влагоустойчивости ограждений и элементов оборудования помещений, инерционность самих систем кондиционирования микроклимата и систем управления режимами их работы приводит к отклонению значений температур t_в и относительной влажности j_в от заданных. При проектировании систем кондиционирования микроклимата эти отклонения могут быть заданы в виде амплитуд колебания и или величин и в зависимости от уровня требований к стабильности микроклимата помещений.

Изменение температуры обычно составляет около 1-1,5°С зимой и 1-4°С летом, но в некоторых случаях его необходимо снизить, например по требованиям технологии производства. Однако обеспечение узкого диапазона изменения температуры требует значительных дополнительных затрат на устройство специальных конструкций ограждений помещений, системы теплохолодоснабжения и автоматического регулирования. Изменение относительной влажности обычно довольно большое – 15-20 %. Но, иногда, например по технологическим соображениям, ее также необходимо снизить.

Подвижность воздуха в помещениях тоже влияет на интенсивность теплообмена человека с окружающим воздухом. Значение этого параметра выбирается в зависимости от характера деятельности человека. Подвижность воздуха, кроме того, оказывает существенное влияние на состояние внутренней среды: распределение температур и влажности по объему помещения, наличие застойных зон и т. д. Подвижность воздуха зависит от способа организации воздухообмена, типа воздухораспределительного устройства, скорости выпуска воздуха и его расхода. Влияние подвижности воздуха на комфортность состояния человека необходимо рассматривать в совокупности с температурой и влажностью воздушной среды помещения.

Наличие в воздухе помещения различных вредных газов, паров, а также пыли оказывает отрицательное воздействие на самочувствие людей и на течение технологических процессов. Для большинства кондиционируемых помещений, как и для помещений, оборудованных обычной вентиляцией, применимы требования к воздушной среде, регламентированные нормами. В некоторых случаях к воздушной среде могут быть предъявлены более жесткие требования, например в особо чистых помещениях промышленных предприятий, в операционных и в ряде других.

Внутренний режим помещений формируется под влиянием возмущающих и регулирующих воздействий. К возмущающим относятся как источники и стоки тепла и влаги, так и инсоляция, трансмиссионные потоки тепла и влаги, инфильтрация и эксфильтрация через наружные ограждения, поступления от людей, животных, растений, нагретых и охлажденных поверхностей оборудования, материалов и других составляющих бытового и технологического процесса. Регулирующими являются противодействующие возмущающим воздействиям поступления тепла и влаги от систем обеспечения микроклимата — отопления, вентиля­ции и кондиционирования воздуха.

Существенное влияние на стабильность поддержания заданного внутреннего режима помещений и на затраты энергии оказывают тепло- и влагоустойчивость ограждений, а также аккумулирующая способность материалов и оборудования, находящихся в помещениях. Обычно воздействие источников и стоков тепла и влаги на внутренний режим помещений носит переменный во времени характер, во многих случаях подчиняющийся периодической закономерности. Поэтому часто в инженерных расчетах с целью упрощения решения эти воздействия рассматриваются как периодические квазистационарные гармонические или прерывистые. Это позволяет определить установочную мощность оборудования для расчетных условий, режимы потребления тепла и холода системами в течение года и т. д.

Режим функционирования помещений в зависимости от их назначения может иметь непрерывный или прерывистый характер. К числу первых можно отнести жилые помещения, больницы, производства с непрерывным технологическим процессом и т. п. Большое распространение имеют объекты с прерывистым режимом функционирования: зрелищные, спортивные и административные здания, предприятия общественного питания, промышленные предприятия с одно- и двухсменной работой и др.

В последнее время получает распространение так называемый динамический микроклимат, т. е. микроклимат с определенным режимом изменения (например, в административных зданиях в течение суток).

Требования к микроклимату кондиционируемых помещений и закономерностям его изменения во времени являются основой выбора систем кондиционирования воздуха, подбора оборудования, определения мощности систем, режима их работы, регулирования и управления.

5.3. Расчетные внутренние условия кондиционируемых помещений

Расчетные внутренние условия выбирают в зависимости от назначения помещения и времени года. Прежде всего учитывают назначение СКВ: обеспечение комфортных условий для пребывания людей или создание оптимальных условий для производственных процессов. К последним кроме технологических относятся также процессы хранения разного рода продукции, процессы, происходящие в сельскохозяйственных культивационных и животноводческих помещениях и т. п. Как правило, оптимальные условия для технологических процессов выбираются однозначными, независимо от внешних факторов; колебания параметров воздушной среды допускаются лишь в определенных пределах. При проектировании систем кондиционирования, предназначенных для обеспечения комфортных условий, необходимо учитывать комплекс факторов, одним из которых являются характеристики климата района строительства. Параметры воздуха в помещении выбираются согласно СНиП 41-01-2003.

При выборе параметров воздуха в помещении необходимо иметь в виду, что стоимость устройства и эксплуатации систем кондиционирования неоправданно увеличится, если выбранные значения температуры и влажности будут завышены для холодного периода года и занижены для теплого.

В зависимости от уровня требований, предъявляемых к внутренней воздушной среде, различают оптимальные и допустимые условия.

При устройстве регулируемых систем кондиционирования воздуха в качестве расчетных обычно устанавливают оптимальные условия, которые принимаются согласно СНиП 41-01-2003.

На выбор мощности СКВ оказывает влияние необходимая обеспеченность поддержания заданных внутренних параметров, которая характеризуется коэффициентом К_об. Коэффициент К_об показывает долю случаев отсутствия отклонений заданных параметров от общего числа случаев их наблюдения либо долю времени, в течение которого не наблюдается отклонений параметров, от общей продолжительности того или иного расчетного сезона года. Тогда коэффициент обеспеченности, соответствующий доле случаев отсутствия отклонений, определяется выражением

а соответствующий доле времени отсутствия отклонений — выражением

где N – общее число случаев; п – число случаев отклонения условий от расчетных; Z – общая продолжительность периода, Dz – продолжительность отклонения условий от расчетных.

Воздушная среда промышленных зданий характеризуется большим разнообразием требуемых параметров и допустимых диапазонов отклонений. При этом каждому уровню диапазона отклонений параметров от расчетных значений (обычно температуры) соответствует определенный уровень требований обеспеченности условий и, следовательно, определенное значение коэффициента обеспеченности к_об.

Диапазон оптимальных значений параметров внутренней среды показан на рис. IV.1. Точка, характеризующая расчетные внутренние условия, определяется пересечением линий t_в и j_в. В то же время оптимальным условиям соответствует диапазон изменения параметров t_в ± и j_в ± . При этом изотермы t_в + , t_в - и линии j_в + , j_в - ограничивают зону оптимальных внутренних условий. Эти колебания должны выдерживаться в расчетных оптимальных условиях. Но в реальных условиях работы системы с учетом отклонений параметров оборудования от расчетных значений, фактической устойчивости работы системы, разрешающей возможности ее управления необходимо выдержать регламентируемые отклонения температуры D t_в и влажности Dj_в от зоны оптимальных внутренних условий (пунктирные линии).

Во многих случаях (в частности, при использовании вентиляции) оказывается достаточным поддерживать допустимые внутренние условия,

	Рис. IV.1. Зона оптимальных внутренних условий и диапазоны отклонений
		Рис.IV.2. Графическое сопоставление зон допустимых и оптимальных условий 1 – оптимальные условия, 2 – допустимые условия, 3 – допустимые отклонения от оптимальных условий; 4 – возможные отклонения от допустимых условий.

которые могут отличаться от оптимальных по значениям основных параметров t_в и j_в, по амплитуде и и по регламентируемым отклонениям от расчетных условий D t_в и Dj_в. На рис. IV.2 представлено графическое сопоставление зон оптимальных и допустимых условий с указанием регламентированных технологических отклонений параметров от границ соответствующих зон.

5.4. Параметры воздуха при технологическом кондиционировании

Технологическое кондиционирование устраивается для обеспечения: постоянства влагосодержания материалов; необходимой скорости протекания биохимических реакций; необходимой скорости процессов кристаллизации; постоянства температуры для точного машино- и приборостроения; постоянства влагосодержания для защиты тонко изолированных поверхностей инструмента, станков, машин и изделий от конденсации влаги; относительной влажности, исключающей образование статического электричества при трении обрабатываемых на машинах материалов; температуры и влажности, необходимых для испытания материалов в стандартных условиях и достижения высокого электрического сопротивления изделий. Технологическое кондиционирование требуется также в помещениях, в которых обрабатываются, изготовляются и хранятся гигроскопические материалы и изделия (например, бумага, книги), пищевые продукты и волокнистые вещества. Влияние температуры воздуха на влагосодержание материалов по сравнению с влиянием относительной влажности невелико, хотя колебания температуры влекут за собой некоторые изменения поглощающей способности материалов даже в том случае, если относительная влажность воздуха остается неизменной.

Кондиционирование воздуха применяется для регулирования скорости химических реакций. Так, при сушке лака относительная влажность воздуха, равная 65 %, обычно обеспечивает наилучшие условия, а температура воздуха выбирается в зависимости от вида лака.

В помещениях для хранения и обработки обычной углеродистой стали следует поддерживать относительную влажность воздуха не выше 40-50 %, так как после достижения 65 %-ной влажности скорость коррозии ее возрастает в десятки раз.

При точной обработке изделий с допусками 2-3 мкм абсолютное значение температуры воздуха играет меньшую роль, чем точность ее поддержания, поэтому обычно принимают комфортные значения температур и с необходимой точностью поддерживают их.

Электростатические заряды мешают некоторым производственным процессам и весьма опасны в атмосфере, содержащей взрывчатые вещества; наличие электростатических зарядов сводится к минимуму при относительной влажности воздуха 55 %. В ряде производств температура машин и изделий может быть выше, чем температура окружающего воздуха, поэтому в помещениях приходится поддерживать более высокую относительную влажность ( на уровне 65 % и выше), чтобы обеспечить необходимую влажность (примерно равную 55 %) в зоне обработки продукта на машинах.

Параметры воздуха в рабочей зоне производственных помещений, если отсутствуют специальные технологические требования, принимают по СНиП 41-01-2003. Скорость движения воздуха в рабочей зоне кондиционируемых помещений также принимают в пределах, указанных в СНиП 41-01-2003. Верхние пределы относительной влажности рекомендуется сочетать с низшими пределами температуры.

В кондиционируемых помещениях, цехах и участках, где сырье, полуфабрикаты или готовая продукция остаются на тележках, машинах или стеллажах, обычно обеспечивают одинаковые параметры воздуха в рабочей зоне как в рабочее, так и нерабочее время.

5.5.Параметры наружного климата для систем кондиционирования воздуха

На выбор систем кондиционирования воздуха и на их функционирование оказывают влияние факторы внешней среды. К их числу относятся: температура, влажность (либо энтальпия) воздуха, интенсивность солнечной радиации, скорость и направление ветра, количество выпадающих осадков (дождя, снега, тумана и т. п.). Указанные факторы наряду с факторами внутренней среды зданий и сооружений влияют на тепловлажностный баланс помещений. От них существенно зависят поступления или потери тепла и влаги через ограждающие конструкции. Кроме того, от них, в первую очередь от температуры и влажности, зависит сам процесс кондиционирования, выбор способов обработки приточного воздуха, установочная мощность СКВ и ее энергопотребление, выбор систем управления и автоматического регулирования СКВ.

Выбор расчетных параметров наружного воздуха определяется климатическими условиями местности, где будет работать СКВ, и ее назначением.

Следует обратить внимание на то, что приводимые в нормативной и справочной литературе расчетные характеристики наружного климата географических пунктов основаны на измерениях, выполняемых метеостанциями, и в определенной мере зависят от местоположения станции. В географических пунктах, особенно в крупных городах, в зависимости от особенностей рельефа и характера местности, вида застройки, наличия промышленных объектов, выбросов тепла, загрязнения атмосферы и т.п. в один и тот же момент времени в разных районах параметры наружного воздуха могут существенно различаться. В ряде случаев в крупных городах предусматривают порайонную корректировку расчетных параметров наружного климата, поскольку различие имеют не только температуры, но и влажность, скорость и направление ветра, а также в известной мере интенсивность солнечной радиации и количество атмосферных осадков. Такая корректировка позволяет создавать более рациональные системы кондиционирования микроклимата, экономнее и целесообразнее расходовать энергию для обеспечения их работы.