Air conditioning, heating and ventilation systems with energy supply from own source

Full Text

При отсутствии возможности подключения крупных объектов общественного и промышленного назначения к централизованным источникам электро- и теплоснабжения предлагается использовать сетевой природный газ. В этом случае наиболее рациональным вариантом обеспечения объекта электроэнергией, теплом и холодом является создание автономных источников энергоснабжения, работающих на газовом топливе.

В одной части отдельно стоящего здания в целях надежности монтируется не менее трех электротеплогенераторов на газовом топливе. В другой части устанавливается не менее двух абсорбционных холодильных машин.

Характерным примером автономного энергоснабжения систем кондиционирования воздуха (СКВ) служит торговый комплекс по продаже мебели фирмы «Три кита», построенный на 19-м км Минского шоссе (Московская обл.). Проектирование, монтаж и наладку СКВ, а также изготовление нестандартного оборудования систем осуществила фирма «Вента».

 

Рис. 1. Построение на I.d-диаграмме расчетного режима работы СКВ торговых залов для теплого периода года: Н-СМ-В — смешение наружного и рециркуляционного воздуха «смесительном блоке кондиционера: СМ-ОХ — охлаждение и осушение приточного воздуха в воздухоохладителе кондиционера; ОХ-П - нагрев приточного воздуха в вентиляторе и приточных воздуховодах; П-В — восприятие приточным воздухом тепло- и влагоизбытков в торговом зале

 

В помещениях торгового дома поддерживаются следующие температурно- влажностные условия: в теплый период года t_B = 23...25 °C при φ = 40...60 %; в холодный и переходный периоды года t= 20...22 °C при фφ = 30...50 %.

Эти технологические требования определяют проектирование СКВ. Приведенные выше параметры воздуха в помещениях торговых залов и складов полностью отвечают условиям как храпения мебели, так и теплового комфорта людей [1].

 

Рис. 2. Построение на I,d- диаграмме расчетного режима работы СКВ торговых залов в холодный период года: Н-СМ-В — смешение в блоке смешения наружного и рециркуляционного воздуха; СМ-К1 — нагрев приточного воздуха в калорифере; К -П — адиабатное увлажнение приточного воздуха в сотовом орошаемом блоке кондиционера; П-В— процесс поглощения в торговом зале тепло- и влаговыделений

 

На рис. 1 представлено построение на диаграмме расчетного режима работы систем СКВ торговых залов в теплый период года. Торговые помещения площадью 2000 м² обслуживаются кондиционером производительностью по приточному воздуху 30 000 м³/ч. В нем обрабатывается смесь из 70 % внутреннего и 30 % наружного воздуха (точка СМ), охлаждаемого и осушаемого в воздухоохладителе, к которому поступает холодная вода от абсорбционных холодильных машин t_wx = 7 °C. В воздухоохладителе кондиционера смесь охлаждается и осушается до параметров t_ох = 14,8 °C; I_ох=39,6 кДж/кг, где I - энтальпия смеси.

Тепловая нагрузка на один кондиционер составляет

Q _ох = L_п ρ _п (I_см-I_ох)/3.6 = 30000-1,18(654 -39,6)/3,6 = 141600 Вт.

В приточном вентиляторе и воздуховодах приточный воздух нагревается до t_n= 16 °C.

Поглотительная способность приточного воздуха по восприятию явных тепло- избытков в торговом зале составляет Q _{т.изб.ас} = L_п ρ _п С_р (t_в-tп)/3,6 = 30000- 1,18-1 х(25-16)/3,6 = 88500 Вт.

Заштрихованный сектор на диаграмме (см. рис.1) характеризует возможные режимы приготовления приточного воздуха и изменения внутренних параметров воздуха в рабочей зоне торгового зала в теплый период года.

В расчетных условиях холодного периода года в центральном кондиционере приготовляется смесь из 70 % внутреннего рециркуляционного воздуха (точка В на рис. 2) и 30 % наружного воздуха (точка 77). Смесь воздуха (точка СМ ) имеет параметры: t_см= 5,5 °C; I_см= 11,2 кДж/кг; d_cм= Зг/кг. После очистки в фильтрах смесь приточного воздуха надевается в калорифере (точка К) до температуры по сухому термометру t_кл = 22 °C и по мокрому термометру t_мкл =10,4 °C. Подогретый воздух адиабатно увлажняется в сотовом орошаемом блоке, эффективность которого Е_а = 0,6. Из преобразованного выражения для показателя Е_а можно вычислить температуру адиабатно увлажненного приточного воздуха:

t_а =t_кл — Е_а (t_кл-t_мкл) = 22-0,6(22- 10,4)= 15 °C.

Градиент температур Δ t_ас= 20 - 15 = 5 °C позволяет ассимилировать теплоизбытки. Для ассимиляции влаговыделений от людей влагосодсржание приточного воздуха должно составлять Δd_ас- 0,2 г/кг. Влагосодержание внутреннего воздуха: (d_в1= d_п + 5,8 + 0,2=6 г/кг.

В пересечении линий t_в = 20 °C и d_в1= 6 г/кг на I,d-диаграмме находим точку B₁, характеризующую изменившиеся параметры воздуха в рабочей зоне торгового зала: φ_в = 40 %; I_в = 35 кДж/кг.

Поступление для смешения в кондиционер рециркуляционного воздуха с параметрами точки B ₁при большей влажности и энтальпии приведет к получению приточного воздуха при гой же температуре tп= 15 °C, но с большей влажностью, что вызовет повышение относительной влажности внутреннего воздуха φ_в. При достижении верхней) уровня относительной влажности, рекомендуемого для холодного периода года (φ_в= 50 %), датчик контроля φ_в подаст команду на остановку насоса, подающего воду для орошения сотовых блоков. Влагосодержание приточного воздуха будет равно влагосодержанию смеси d_см, а нагрев смеси приточного воздуха в калорифере будет автоматически сокращен до требуемой температуры притока tп= 15 °C. За 3...4 ч непрерывной работы кондиционера влажность воздуха в торговом зале понизится до минимального уровняφ_в= 30 % и датчик контроля влажности включит насос орошения сотовых блоков, т. е. возобновится режим адиабатного увлажнения приточного воздуха. При этом приточный воздух будет снова нагреваться в калорифере до в соответствии с построением на рис. 2 режима адиабатного увлажнения ta = tп = 15 °C. На рис. 3 представлена принципиальная схема кондиционеров торговых залов.

По периметру здания торгового центра под окнами установлены стальные штампованные радиаторы высотой 300 мм с нижним подведением горячей воды. Теплопроизводительность радиаторов рассчитана на поддержание температуры tп= 16 °C и регулируется датчиком контроля температуры наружного воздуха t_н. Система отопления здания торгового центра в холодный период года работает круглосуточно, а приточно-вытяжные агрегаты в ночное время останавливаются.

В ночные часы потребность здания торгового центра в электроэнергии снижается до 20-25 % от дневного уровня. Пропорционально уменьшается и выработка тепла в электротеплогенераторах, так как горячая вода с температурой 110 °C является побочным продуктом охлаждения газовых электротеплогенераторов и дымовых газов от них. В связи с этим ночью три электротеплогенератора отключают, а работает только один. Вырабатываемого им тепла хватает только для дежурного отопления здания торгового центра.

В здании торгового комплекса имеется компьютерный центр управления работой систем ВОК (вентиляции, отопления, кондиционирования) и контроля параметров внутреннего и наружного воздуха.

В целях сокращения расхода теплоты в складских помещений применена центральная вытяжная система, объединяющая вытяжку из складов, вспомогательных помещений, офисов.

Офисные помещения обслуживает центральная приточно-прямоточная система, в которой приготовляется санитарная норма наружного воздуха. Для обеспечения необходимым количеством теплоты всех систем ВОК здания в приточных агрегатах каждой из зон обслуживания размещены теплообменники установки утилизации с промежуточным теплоносителем- антифризом. Циркуляция антифриза осуществляется сдвоенным насосом. Одна часть насоса работает, а вторая остается в резерве. Применение сдвоенных насосов повышает надежность и упрощает монтажные работы.

Для круглогодового отведения теплоизбытков в офисных помещениях применены местные вентиляторные воздухоохладители (fan-coil). Летом источником холода служит холодная вода, поступающая от абсорбционных машин, в которых для выработки холода используется теплота горячей воды при температуре 70...110 °C, получаемая как побочный продукт при выработке электроэнергии в газовых электрогенераторах. Подробное описание схемы и энергетических преимуществ выработки холода от сбросного тепла изложено в работе [3].

В холодный период года абсорбционные холодильные машины не работают, а теплота от электротеплогенераторов используется для отопления здания и нагрева приточного воздуха в СКВ.

 

Рис. 3. Принципиальная схема приточного агрегатав СКВ торговых залов:1 — блок смешения приточного наружного и внутреннего рециркуляционного L р воздуха; 2 — воздушный фильтр; 3 — калорифер;4 — воздухоохладитель с поддоном и сепаратором; 5 — блок адиабатного увлажнения в орошаемых сотовых насадках; 6 — вентиляторный блок; 7 — шумоглушитель

 

В схему трубопроводов холодоснабжения вентиляторных воздухоохладителей на подающих и обратных трубопроводах параллельно смонтированы два пластинчатых теплообменника жидкость-жидкость.

В теплый период года через один из них циркулирует холодная вода с перепадом температур Δt_х= 7... 12 °C, которая охлаждает воду от 15 до 10 °C в контуре вентиляторных воздухоохладителей в офисных помещениях. Охладительная способность теплообменника 400 кВт.

В холодный период года вентили у летнего пластинчатого теплообменника закрывают и открывают вентили для циркуляции через второй пластинчатый теплообменник антифриза от установки утилизации с перепадом его температур от 9 до 14 °C. По другую сторону стенок каналов I пластинчатого теплообменника проходит охлаждаемая вода контура циркуляции через воздухоохладители офисных помещений. Перепад температур охлаждаемой воды от 16 до 11 °C.

Схема с двумя пластинчатыми теплообменниками позволяет утилизировать теплоту тепловыделений и получать холод I для помещений, где круглый год имеются тепло избытки. В холодный период года использование холода наружного воздуха позволяет экономить теплоту для нагрева приточного воздуха.

About the authors

O. Ya. Kokorin

MGSU

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com

Doctor of Engineering, Sciences, Prof.

Russian Federation

V. V. Komissarov

JSC "VENTA"

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

Ya. G. Kronfeld

JSC "VENTA"

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

S. R. Bazumatov

JSC "VENTA"

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

References

Supplementary files