Вентиляционно - отопительные системы

Вентиляционно - отопилельные системы крыши

Крышные (rooftop) вентиляционно - отопительные системы являются агрегатами автономного типа, изготовление и сборка которых, включая электрику и автоматику, производятся заводом-изготовителем. Такие установки перевозятся и доставляются единым блоком, готовым к монтажу и вводу в действие. Со времен своего появления такие системы предназначались для осуществления основных функций вентиляции с возможностью полной или частичной обработки приточного воздуха: нагревом, охлаждением, увлажнением, осушением, очисткой.

Технология изготовления крышных вентиляционно - отопительных систем, постоянно развиваясь, в последние годы вышла на такой уровень, когда по способам применения они вполне отвечают на сегодняшней день самым сложным и разнообразным требованиям. Соответственно значительно расширилась область их применения.

Развитие технологий способствовало существенному расширению спектра выполняемых функций. Сегодня в их число входят такие, которые еще несколько лет назад считались исключительной прерогативой, так называемых, "прикладных" (applied) систем, собираемых непосредственно на объекте по индивидуальным проектам.

Кроме к перечисленных выше функций в состав современных крышных вентиляционно-отопительные систем, по крайней мере, большинства высокопроизводительных систем, может включаться практически любое оборудование. Например, системы осушки с ротационным теплообменником, системы нагрева на природном газе, оборудованные горелкой либо отопительным котлом и аккумулятором горячей воды, теплообменники свободного охлаждения (free cooling) наружного воздуха, узлы смешивания наружного воздуха с воздухом рециркуляции и множество других. Как правило, рядом с моделями, обеспечивающими только охлаждение, устанавливаются модификации с тепловыми насосами.

В той же степени расширилась гамма способов регулирования работы данных систем. Теперь управление системой может осуществляться по интерфейсу "Автоматических систем жизнеобеспечения зданий и сооружений" (Building Automation) либо из удаленных центров управления по телефонной линии посредством модема.

Все эти функции, по крайней мере, для систем средней и высокой мощности, заказчик или проектировщик может выбрать и заказать по принципу "mix and match" (индивидуальный подбор из определенного числа компонентов) с целью собрать установку, отвечающую требованиям конкретного проекта. Охлаждающая мощность существующих сегодня крышных систем варьируются от 5 до 600 кВт на агрегат. Наибольшим спросом пользуются системы небольшой мощности, поскольку пользователь предпочитает, чтобы на объекте были установлены не одна, а несколько систем. Чаще всего это делается в целях рационального деления объекта на зоны обслуживания и в целях обеспечения надежности, во избежание риска полного отключения вентиляционно-отопительной системы объекта в случае поломки или аварии.

Если прежде изготовители предлагали достаточно много крышных вентиляционно-отопительных систем широкого радиуса охвата, то ныне это предложение заметно сузилось. Большая часть предлагаемых агрегатов - зонального типа. Этому способствовало внедрение систем с регулируемым расходом воздуха (VAV) и, с недавнего времени, систем с регулируемыми расходом и температурой воздуха (VVT), которые позволили обеспечивать охват всех зон обслуживания объекта системами зонального типа.

В системах с регулируемым расходом воздуха приточные вентиляторы могут комплектоваться двигателями с регулируемой мощностью либо - еще проще - воздухозаборными заслонками, поддерживающими расход воздуха на заданном уровне.

Большая часть крышных вентиляционно - отопительных систем оборудуется герметичными паровыми компрессионными охлаждающими контурами. До настоящего времени чаще всего в качестве охлаждающего вещества используется R22, хотя иногда применяются и составы группы HFC. Система обеспечивает приоритетное охлаждение конденсатора перед воздухом. Наиболее широкое применение нашли охлаждающие конденсаторы альтернативного типа герметичные и полугерметичные. С недавних пор все большее распространение получают конденсаторы со спиральным оребрением (scroll).

Один и более охлаждающих контуров

Число охлаждающих контуров, на базе которых строится вентиляционно-отопительная система, обуславливается показателем отдаваемой охлаждающей мощности и, следовательно, типоразмером самой установки. Чаще всего системы с одним либо двумя герметичными компрессорами применяются для обеспечения малых мощностей и с полугерметичными - для больших.

Узел привода конденсанта располагается с торцевой части системы, тогда как узел испарителя, включая приточный вентилятор, - с противоположной. Между ними устанавливаются смеситель, узел забора наружного воздуха, утилизатор и вентилятор перезапуска.

Данная система до сих пор продается на рынке. Этот агрегат средне-малой мощности, оборудован газовым воздухонагревателем и лишь одним компрессором (scroll), имеет один охлаждающий контур.

Почти всегда, когда система имеет два охлаждающих контура, применяются испарители с двумя раздельными секциями.

Секции могут разделяться по вертикали либо устанавливаться лицом к лицу, чтобы в любом случае охватить всю поверхность теплообмена. В качестве альтернативного этому решению иногда трубы обоих контуров располагаются так, что охватывают всю поверхность не только по высоте, но и в глубину.

В сущности, выбор решения и определяет большой или малой будет возможность системы контролировать уровень относительной влажности даже при частичной нагрузке.

Управление охлаждающей мощностью

Управление охлаждающей мощностью системы, имеющей, как правило, в своем составе герметичные компрессоры (scroll), осуществляется путем остановки и запуска компрессоров по команде термостата, установленного в обслуживаемом помещении.

А вот полугерметичные компрессоры позволяют обеспечивать изменение мощности при помощи отключения части цилиндров. Еще одна мера, применяемая, в частности, для обеспечения постоянной работы с низкими нагрузками - байпас нагретого газа.

Сочетание регулирования мощности и остановки компрессоров позволяет обеспечивать требуемую тепловую нагрузку в нормальном режиме работы.

Необходимость учитывать климатические условия, когда в обслуживаемых помещениях требуется поддерживать низкий уровень относительной влажности (около 40 %) - например, в переполненных ресторанах или отделах супермаркетов, заставленных охлаждающими прилавками, - подтолкнуло развитие новых технологий, в основу которых положено применение химических адсорбентов, жидких или твердых (в частности, упомянутый выше RCI).

Кроме того, были также отработаны технологии организации охлаждающих контуров системы, выпускаемых серийно, чтобы сделать системы прямого расширения конкурентоспособными в энергетическом плане при низких уровнях относительной влажности.

Под испарителем на выходе из конденсатора установлен теплообменник охлаждающей жидкости. Холодный воздух на выходе из испарителя охлаждает жидкость, которая поступает в испаритель в виде, который более подходит для удаления "скрытой" тепловой нагрузки. Агрегат обработки холодом включается и выключается посредством соленоидного клапана в контуре охлаждающей жидкости. Клапан управляется гигростатом, установленным в обслуживаемом помещении.

Таким образом, осушение включается на полную мощность только тогда, когда это действительно необходимо. При такой конфигурации, по заверениям изготовителей, система может обеспечивать уровень относительной влажности вплоть до 40 % и оставаться достаточно привлекательной в плане энергопотребления по сравнению с традиционно применяемыми в этих целях другими системами, в частности, отопительными трубами (heat pipes).

Эффект кровли

На характеристики крышных вентиляционно-отопительных систем, как, впрочем, и всех иных агрегатов с воздушным охлаждением, монтируемых на крыше здания, оказывают влияние особые условия, формирующиеся как раз на уровне кровли в жаркие дни. На черной покрытой гудроном кровле могут образовываться слои неподвижного воздуха, имеющего температуру на 10 o С и более высокие температуры наружного воздуха. В результате этого в жаркие дни эффективность работы системы может падать на 10% по сравнению с паспортными показателями. В некоторых случаях система может глохнуть или не запускаться из-за срабатывания реле высокого давления.

Следует принимать во внимание, что с учетом рабочих характеристик систем с воздушным охлаждением, температура конденсации, как правило, оказывается на 14 Є 16 o С выше наружной температуры по сухому термометру. При температуре воздуха 32 0С перегрев нижних слоев, обусловленный эффектом темной кровли, может достигать 42 o С. Следовательно, температура конденсации системы подскочит до 56 Є 58 o С, а в таком режиме мало какая система сможет функционировать.

По тем же причинам, если система оборудуется электронными блоками регулировки числа оборотов вентилятора, такие блоки должны быть обязательно оснащены соответствующей системой охлаждения, поскольку обычно они не рассчитаны на жесткий температурный режим крышных систем.

Некоторые меры, предпринятые на этапе строительных работ, могут минимизировать проявления этого явления. Для покрытия участков кровли в зоне установки крышных систем следует использовать материалы светлых отражающих тонов.

Большие мощности и особые требования.

Существуют самые различные конфигурации крышных вентиляционно-отопительных систем. Разнообразие определяется условиями прикладного характера и особыми требованиями по мощности системы. Конструктивный выбор в каждом отдельном случае обусловлен конкретными требованиями жизнеобеспечения зданий и сооружений.

Система большой мощности полностью собирается на заводе-изготовителе, где проводятся её испытания и предпродажная подготовка. Затем она разбирается на отдельные узлы и доставляется на объект.

По сути, это уже несколько машинных залов под одной крышей, которые необходимо смонтировать на объекте. В системах таких размеров применяются винтовые компрессоры. Лопасти вентиляторов, как правило, имеют профиль крыла, что снижает уровень шума.

Такие установки стараются оборудовать как можно большим числом систем жизнеобеспечения здания, это кондиционирование, вентиляция, отопление и горячее водоснабжение. Чаще всего такие системы предусматривают доступ и определенное внутреннее пространство обслуживающего персонала.

Покрытие и материалы

Обычно крышные системы защищаются сверху листовой оцинкованной сталью с эпоксидным покрытием, нечувствительной к УФ-лучам. Некоторые производители используют для этих целей пераллюман.

Изнутри система оборудуется теплоизоляционными матами обычно толщиной от 25 до 50 мм на участках вокруг испарителя и приточного вентилятора в целях борьбы с образованием конденсата и теплообменом с внешней средой.

Некоторые производители предлагают такие системы, где вообще все наружные стенки выполнены из двух панелей, между которыми проложен теплоизоляционный материал. В этих случаях толщина панелей также составляет от 25 до 50 мм.

Установки с двойными стенками, хотя и дороже обычных систем, полнее отвечают современным требованиям, предъявляемым к гигиеничности обрабатываемого воздуха. На самом деле теплоизоляционный материал на внутренней стороне зачастую пропитывается влагой и пылью и, следовательно, образует среду, благоприятную для появления плесени и грибка.

Для всех типов систем должна обеспечиваться герметичность по воздуху, атмосферным осадкам и талым водам, поскольку в силу особенностей расположения и своих прямоугольных форм в зимний период на крышных системах скапливаются значительные снежные массы.

Наконец, следует иметь в виду агрессивный характер воздействия атмосферных реагентов на используемые при изготовлении агрегатов материалы, особенно с учетом общей загрязненности атмосферы.

В системах в обычном исполнении панели доступа крепятся винтами, на улучшенных моделях применяются быстросъемные элементы. В других случаях панели монтируются на шарнирных петлях и легко открываются, образуя удобные входные двери.

В системах средне-малой мощности подача и отбор из них воздуха осуществляется, как правило, в горизонтальном направлении. Для систем большей мощности чаще всего можно самостоятельно выбрать направление подачи воздуха - горизонтально или вертикально вниз. В последнем случае горловина воздуховодов покрывается габаритами системы и проходит через раму установки.

Теплообменники, как правило, изготавливаются из меди (трубопровод) и алюминия (ребра). С учетом общей загрязненности атмосферы зачастую теплообменники окрашиваются специальными защитными составами на основе фенольных или эпоксидных смол. Для работы в приморских регионах рекомендуется полностью медные батареи.

Платформа и расположение

Крышные вентиляционно-отопительные системы средней и средне-большой мощности монтируются на специальной платформе. В случае, когда забор и подача воздуха осуществляются в вертикальном направлении, каналы воздуховодов не выходят за пределы периметра платформы.

Роль платформы чрезвычайно важна. Помимо образования опорной площади, она обеспечивает герметизацию системы, поскольку имеет битумную основу и повышает степень водонепроницаемости кровли. Во всех случаях платформа должна несколько возвышаться над уровнем кровли с тем, чтобы в случаях выпадения интенсивных дождей или снега вода не могла просочиться внутрь в местах неплотного монтажа установки на платформе.

Очевидно, что все работы по уплотнению и герметизации креплений должны проводиться на этапе монтажа системы в соответствии с рекомендациями изготовителя агрегатов.

Рекомендуется на этапе монтажных работ проработать решение проблемы проникновения шума работающих агрегатов в обслуживаемые помещения. Следует учесть, что если система располагается прямо над обслуживаемым помещением, а воздуховоды имеют минимальную протяженность, то при заметной экономии затрат шумность работы агрегатов будет весьма ощутимой. В этих случаях рекомендуется оборудовать входные и выходные патрубки машин соответствующими глушителями. А вообще во избежание проблем такого рода лучше всего располагать систему на удалении от зон обслуживания, например, над коридорами или служебными помещениями. Другой немаловажный аспект - расположение системы относительно вытяжных проемов кухонь и туалетов. Представляется необходимым определить розу ветров, после чего расстояния установки системы рассчитываются с учетом доминирующих направлений движения воздушных масс. Выбросы не должны затягиваться в агрегаты и вновь направляться в помещения.

Ветры могут оказывать влияние на работу вентиляторов конденсаторов и, следовательно, на охлаждающую эффективность системы. При ветре неподвижные вентиляторы начинают вращаться. Если во время вращения, вызванного ветром, производится электрическое включение механизма, однофазные вентиляторы чаще всего продолжают вращение в заданном ветром направлении. Следовательно, если направление такого вращения ошибочно, прохождение воздуха через конденсатор заблокируется либо будет весьма ограниченным со всеми вытекающими из этого неприятностями.

С трехфазными вентиляторами происходит другое: они имеют фиксированную сторону вращения и, если на неработающем механизме ветер производит вращение в обратном направлении, то при запуске двигателя усилие, создаваемое для преодоления силы ветра, может повредить привод или лопасти.

В этой связи в местах, где дуют сильные ветры, рекомендуется устанавливать дополнительную защиту узла конденсатора.

Распределение воздуха

Распределение воздуха от крышных вентиляционно-отопительных систем осуществляется по низкоскоростным воздуховодам с низким давлением. Из вертикальной приточной шахты, выходящей через крышу, отводятся горизонтальные воздуховоды, прокладываемые на уровне потолочных перекрытий. Нормы и правила установочных работ не отличаются от работ по прокладке и оборудованию обычных вентиляционных систем. Применяются обычные воздуховоды из листовой стали, стекловолокна и типа "сэндвич". Как правило, удаление воздуха из помещения осуществляется из пространства между потолочным перекрытием и подвесным потолком и поэтому не требует прокладки особых воздуховодов.

Системы с регулируемым расходом воздуха (VAV) или с регулируемыми расходом и температурой (VVT) нашли широкое применение за рубежом, где вопросам разделения объекта на зоны обслуживания и, следовательно, возможности регулирования температуры воздуха в помещении по желанию потребителей уделяется особое внимание.

В ситемах данного типа предусмотрены два рабочих режима - холодный и теплый. Переключение с одного на другой производится узлом регулировки работы системы в соответствии с действительными эксплуатационными потребностями.

Как и у большинства автономных кондиционеров прямого расширения, среднее соотношение расхода воздуха и отдаваемой охлаждающей мощности составляет около 200 м 3 /ч на отдаваемый кВт охлаждения при допуске около ±20 %. При тех же значениях установки с меньшим расходом воздуха - около 160 м 3 /ч - позволяют обеспечивать более высокое влагопоглощение и, следовательно, более подходят для нагрузок преимущественно по "скрытому" теплу, в том числе достаточно интенсивных.

И, наоборот, более мощные системы - от 240 м 3 /ч на кВт - обеспечивают меньшее осушение и могут рекомендоваться для работы в условиях достаточно ощутимых нагрузок.

Перспективы применения системы с полным правом могут претендовать на успешное применение для реализации весьма сложных технологических задач. На объектах гражданского назначения такие системы с высоким качеством работают в составе систем жизнеобеспечения зданий, при этом энергозатраты не превышают показателей систем традиционного типа. О том, что такое утверждение верно, свидетельствует широкое распространение систем такого рода в Соединенных Штатах. Появление на рынке современных систем с регулируемыми расходом и температурой воздуха VVT - еще одно свидетельство в пользу выбора данных систем, дающих преимущество независимого зонального регулирования.

Автор: Антонио Бриганти

Источник: www.abok.ru