Системы кондиционирования

Системы кондиционирования

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования Новосибирской области

«Новосибирский техникум металлургии и машиностроения

им. А.И.Покрышкина»

Заочное отделение

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине Системы кондиционирования

Студента

Поповой Анастасии Владимировны

1. Процессы нагрева и охлаждения воздуха и их отображение на I-d диаграмме

а) Чистый нагрев

Процесс нагрева воздуха от некоторых источников явного тепла (например, нагретых поверхностей) идет без изменения влагосодержания по линии d=const вверх. Это очень распространенный процесс, когда воздуху передается только тепло без влаги: теплоотдача от нагревательных приборов или оборудования, нагрев воздуха в теплообменниках (калориферах).

Теоретически, нагрев может идти неограниченно вверх, то есть конечное значение температуры может быть очень большим. В вентиляции чаще всего имеют дело с температурами до 70°, так как это предельное значение температуры воздуха, с которой его можно подавать в помещение.

Учитывая, что влага воздуху не передается, Δd = 0, и      тогда

ε = 1000 ΔI / 0 = ±∞.

Отметим сразу же, что знак углового коэффициента в этом процессе не определен, так как значение 0 не имеет знака, а является точкой смены его. Лишь условно можно считать, что процесс чистого нагрева имеет ε = +∞. Если Δd будет иметь бесконечно малое, но отрицательное значение, то знак изменится на отрицательный. Фактически вертикальная линия является границей скачка знака: малейший наклон ее от вертикали влево приводит к отрицательному знаку, а малейший наклон вправо - к положительному. Точно так же в декартовой системе координат тангенс угла 90° равен +∞, и функция тангенса в этой точке имеет разрыв.

б) Чистое охлаждение (без конденсации водяных паров)

Процесс идет также без изменения влагосодержания по вертикальной линии d=const вниз, теоретически до до кривой φ = 100%. Этот процесс возможен при контакте воздуха с холодными поверхностями наружных ограждений или оборудования. Угловой коэффициент для данного процесса тоже равен бесконечности, условно считается, что знак отрицательный (ε = -∞).

в) Охлаждение с конденсацией водяных паров

Фактически это охлаждение воздуха ниже температуры точки росы.

Если температура воздуха выше точки росы, то процесс вначале идет как чистое охлаждение, без изменения влагосодержания по линии d=const вниз до кривой φ = 100%. В конце этого процесса воздух принимает насыщенное состояние (φ = 100%). Затем процесс идет вниз по линии φ = 100% до конечной температуры. На второй стадии процесса некоторое количество влаги ∆d выпадает в виде конденсата. Именно эту вторую стадию и следует понимать как охлаждение с конденсацией водяных паров.

Этот процесс возможен при контакте воздуха с холодными поверхностями наружных ограждений, оборудования или холодной водой, имеющих температуру ниже температуры точки росы. В кондиционировании этот процесс используется сознательно для осушения воздуха.

При контакте теплого влажного воздуха с холодным воздухом также происходит охлаждение с конденсацией, но влага выпадает не на холодных поверхностях, а непосредственно в объеме воздуха в виде тумана. Туман - это мельчайшие капельки влаги, образовавшиеся при выпадении конденсата на центрах активации (мельчайших пылинках).

Учитывая, что данном процессе ΔI < 0 и Δd < 0, тогда

ε = 1000 ΔI / Δd > 0.

За счет сильного охлаждения может воздух может быть очень сильно осушен. Уже при температуре -20°С влагосодержание влажного воздуха всего 0,8 г/кг, а при более низких температурах оно еще меньше. Поэтому зимой наружный атмосферный воздух имеет осень маленькое влагосодержание даже при относительной влажности более 80%.

.Мульти-сплит системы: назначение, типы, устройство, конструктивные особенности, электрические и гидравлические схемы

Сплит-система (англ. split - «разделять») - кондиционер, система кондиционирования воздуха (СКВ), состоящая из двух блоков: внешнего (компрессорно-конденсаторного агрегата) и внутреннего (испарительного).

Типы

Типология внутренних блоков систем кондиционирования воздуха, получивших наибольшее распространение:

Настенные (1,5-8,0 кВт),

Напольно-потолочные (4,0-13,0 кВт),

Канальные (5,0-18 кВт),

Колонного типа (5,0-18 кВт),

Кассетного типа (5,0-14,0 кВт),

Центральные кондиционеры,

Крышные (Руф-топ) кондиционеры.

Принцип работы

Основная статья: Парокомпрессионный холодильный цикл

В сплит-системах, имеющих возможность не только охлаждения, но и нагрева воздуха, компрессор может перемещать газ в обратном направлении - в случае переключения системы на обогрев испарение фреона будет происходить в наружном блоке, а конденсация во внутреннем.

Устройство

Сплит-система монтируется из внешнего и внутреннего блоков. Принцип работы кондиционера основан на удалении тепла из кондиционируемого помещения, и переносе его на улицу.

Внешний блок

Основная статья: Холодильный агрегат

Внешний блок располагают вне охлаждаемого помещения: на фасаде здания, на крыше, на открытой лоджии или на балконе, в некоторых случаях (офисные и торговые строения) в общих коридорах и лестничных маршах, вестибюлях метрополитена. Внутренний и внешний блок соединяют между собой с помощью фреоновой и дренажной магистрали, а также электрического соединения.

Наружный блок сплит-системы состоит из компрессора, конденсатора, капиллярной трубки, 4-х ходового клапана, фильтра-осушителя или ресивера, вентилятора, в отдельных случаях и иных сопутствующих элементов - реле силовой коммутации компрессора, платы управления инверторной или мульти-сплит-системы, фильтра «кислородного душа», блока управления «зимним комплектом».

Обычно внешний блок неинверторной сплит-системы не содержит электронных блоков, а конденсаторные электродвигатели компрессора и вентилятора и 4-х ходовый клапан непосредственно подключаются через силовой кабель к электронике внутреннего блока.

Расположение компрессора во внешнем блоке снижает шум внутри охлаждаемого помещения. Уровень шума внутреннего блока сплит-систем составляет около 24-26 дБ. Уровень шума внешнего блока ничем не нормируется, что иногда беспокоит соседей.

Внутренний блок

Внутренний блок, в зависимости от типа, может располагаться на потолке, полу, стенах или встроен в подвесной потолок. Современные сплит-системы имеют ряд дополнительных функций: дистанционное управление, фильтры различной степени очистки воздуха (от дыма, пыли и т. д.), таймер и управление температурой в помещении от 16 до 30 °C. Пульт сплит-системы обычно оснащен дисплеем, который отображает полную информацию о заданных параметрах микроклимата. Следует отметить, что бытовая система - как правило, настенный кондиционер. Другая компоновка внутренних блоков значительно реже встречается в дешевых сплит-системах.

Электроника внутреннего блока измеряет, рассчитывает и управляет большим количеством параметров сплит-системы.

Обеспечивает взаимодействие с пультом дистанционного управления, в том числе, реализуется функция измерения температуры в помещении пультом дистанционного управления (функция I Feel).

Измеряет температуру поступающего в испаритель воздушного потока и по нему оценивает температуру внутри помещения.

В соответствии с заданными пользователем температурного режима и температурой входящего воздушного потока для неинверторного кондиционера управляет цикличностью включения/выключения компрессора и вентилятора внешнего блока. Вне зависимости от заданной с ПДУ температуры, при работающем компрессоре температура выходящего воздушного потока составляет примерно +10°С, которая формируется из температуры испарителя (3-5°С) и значения температурного напора. Компрессор отключается когда расчетная температура помещения по значению температуры входящего в блок воздушного потока окажется ниже заданного с ПДУ значения.

Поддерживает достаточно точно температуру испарителя внутреннего блока путем регулирования скорости вращения тангенциального вентилятора внутреннего блока и цикличности включения компрессора. Отклонение температуры испарителя от расчетного может привести к интенсивному образованию конденсата воды в не предназначенных для этого частях, и как следствие, захвата воды вентилятором и подтеканию ее из полости вентилятора внутреннего блока. Точный контроль температуры испарителя не позволяет ему обмерзать.

Управляет шаговыми двигателями жалюзи направления воздушного потока.

Следит за временем между включением компрессора и его последним выключением. Предотвращает старт компрессора раньше установленного времени, предотвращая его поломку.

Следит за температурой конденсатора внешнего блока и/или током компрессора. Для предотвращения выхода из строя, компрессор отключается электроникой внутреннего блока при превышении предельных параметров.

При работе на обогрев, регулярно переводит кондиционер на охлаждение для размораживания радиатора внешнего блока.

Реализует функцию таймера на включение и выключение сплит-системы.

В инверторной сплит-системе взаимодействие внутреннего и внешнего блока производится по цифровому каналу.

Обогрев помещения с помощью сплит-систем

Основная статья: Тепловой насос

Современные сплит-системы имеют возможность нагрева воздуха. Для этого с помощью 4-х ходового клапана изменяют направление перекачивания компрессором хладагента. Этот клапан управляется соленоидом, на который от внутреннего блока подается напряжение питающей сети (220В).

При обогреве сплит-системой радиатор внешнего блока охлаждается и на нем образуется большое количество конденсата. При установке сплит-системы не на фасаде здания (на лоджии, внутри строений) от внешнего блока требуется отвод конденсата.

При работе сплит-системы в режиме теплового насоса происходит интенсивное охлаждение конденсатора внешнего блока и возможно последующее его обмерзание. Обогрев помещения с помощью сплит-системы используют осенью или весной, при положительной уличной температуре. При отрицательных температурах фреон не закипает в радиаторе внешнего блока, а в жидком виде поступает на вход компрессора и приводит к его поломке. Электроника качественных сплит-систем не позволит включить обогрев при низких уличных температурах

Использование сплит-системы зимой

Так называемый «зимний комплект» предназначен исключительно для охлаждения в зимнее время закрытых помещений с интенсивным тепловыделением - серверных, аппаратных комнат и т. п. При охлаждении помещения внешний блок нагревается, что не даёт ему замерзнуть. «Зимний комплект» как правило состоит из контроллера управления вентилятором (отключает постоянный режим вентилятора и включает его при разогреве конденсатора), подогрева дренажной трубки и, редко, подогрева картера компрессора перед стартом.

Использование сплит-системы при высоких уличных температурах

При высоких уличных температурах для конденсации фреона во внешнем блоке требуется более высокое давление. Верхнее значение давления и температуры ограничивается критической точкой хладагента. Для R-410A критическая точка соответствует 72°С, а значит максимальная температура такой сплит-системы примерно 45-50°С. Для R22 критическая точка соответствует 96°С, а значит максимальная температура - примерно 65-70°С. Столь высокие температуры воздуха могут быть достигнуты при неправильной установке внешнего блока в зеркале крыши здания или торгового ларька.

В некоторых случаях, для эксплуатации сплит-систем при предельно высоких температурах используют нештатные режимы работы. Так если значительно сократить массовую пропускную способность капиллярной трубки, компрессор сможет обеспечивать большую разницу давлений на входе и выходе при меньшем перекачиваемом объеме газа. Для этого значительно снижают объем заправленного фреона в системе, и, в результате, через капиллярную трубку проходит газо-жидкостная смесь вместо жидкости. Общая циркуляция вещества по контуру снижается, и сплит-система сохраняет работоспособность, при значительном снижении производительности. Разумеется, эксплуатация такой системы в нормальных температурных условиях становится невозможной, и такой режим значительно сокращает ее срок службы.

Мульти-сплит-система

Сплит-система может быть оснащена несколькими внутренними блоками. Такое устройство называется мульти-сплит-системой. Его отличительной особенностью является наличие одного внешнего блока и подключенных к нему нескольких внутренних блоков. Такие системы являются идеальным решением для поддержания микроклимата в нескольких офисах, магазинах, больших жилых помещениях. Наличие небольшого количества наружных блоков позволяет сохранить эстетический вид здания. Внешний блок может быть объединен с несколькими внутренними разного типа: напольным, потолочным, кассетным и т. д. Это техническое решение значительно дороже соответствующего количества отдельных сплит-систем.

Значительно более высокая цена мульти-сплит-систем объясняется как маркетинговыми стратегиями производителей (специальный сегмент рынка), так и инженерными (дополнительный контроллер во внешнем блоке для контроля температурных режимов и управления вентилятором и компрессорами).

Мульти-сплит-системы бывают одно- и многокомпрессорными. При однокомпрессорной реализации электроника внешнего блока получает информацию по цифровому каналу от внутренних блоков, обрабатывает её и определяет режим работы инверторного компрессора, а также управляет системой перепускных клапанов на фреоновой магистрали.

Многокомпрессорные мульти-сплит-системы применяются при двух (редко - трех) внутренних блоках. Такой внешний блок состоит из двух (трех) комплектов (компрессоров, конденсаторов, 4-х ходовых клапанов, капиллярных трубок и т. д.) и одного вентилятора. Обычно внутренние блоки конструктивно и по электрическим сигналам не отличаются от внутренних блоков сплит-систем и даже имеют отдельный провод подключения к сети. Контроллер внешнего блока пересчитывает сигналы и поведение внутренних блоков и реализует свой алгоритм управления компрессорами и вентилятором. Многокомпрессорные мульти-сплит-системы бывают как инверторные, так и неинверторные.

Нормируемая утечка хладагента

Даже при самом качественном монтаже сплит-системы, из-за наличия штуцерных стыков в соединительных трубках происходит нормируемая утечка фреона. Величина нормируемой утечки составляет от 6 до 8% в год от массы хладагента в системе. По этой причине необходимо производить дозаправку не реже чем 1 раз в 2 года.

Интересные факты

Внутренние блоки всех систем кондиционирования воздуха, вне зависимости от стоимости СКВ, установленных фильтров и систем самоочистки должны проходить обязательное техническое (санитарное) обслуживание. Из-за конденсата воды, примерно на второй год эксплуатации ребра испарителя и турбина тангенциального вентилятора обильно покрываются грибками плесени. Если не проводить ТО внутреннего блока, то значительно (до 50%) снижается производительность СКВ, присутствует неприятный запах, а споры плесени распространяются по кондиционируемому помещению. Техническое и санитарное обслуживание проводится с полной разборкой внутреннего блока с использованием чистящих и дезинфицирующих средств и, как правило, перегретого пара профессиональными сервисными организациями.

Большинство фильтров имеет больше маркетинговую цель, чем пользу при эксплуатации. Так, катехиновые фильтры должны эксплуатироваться не более месяца. По прошествии этого срока они не только бесполезны, но и создают в помещении несильный болотный запах. Об ограниченном сроке службы фильтров потребители систем, как правило, плохо информированы.

Схема холодильного контура кондиционера серии Relax показана на рисунке

.Теплообменник (испаритель)

.Жидкостная линия

.2-ходовой клапан

.Фильтр

.Капиллярная трубка

.Теплообменник (конденсатор)

.Газовая линия

.3-ходовой клапан

.4-ходовой клапан

.Аккумулятор

.Компрессор

.Ресивер

Схема холодильного контура кодиционера серии Relax фирмы Lennox.

- компрессор;

- четырехходовой клапан;

- теплообменник-конденсатор;

- звукоизоляция;

- вентилятор;

- кожух;

- выходная решетка;

- двухходовой клапан;

- трехходовой клапан;

- поддон;

- сливной патрубок;

- теплообменник-испаритель;

- вентилятор тангенциального типа;

- решетка;

- входной фильтр;

- направляющие жалюзи;

- створки;

- лицевая панель;

- светодиоды;

- датчики температуры;

- плата управления;

- монтажная плата;

- пульт дистанционного управления

23.Схемы автоматизации кондиционеров

Рисунок №1 Схема обвязки теплообменника калорифера №1. Циркуляционный насос является элементом защиты калорифера от размораживания.

Рисунок №2 Схема обвязки теплообменника калорифера №2. Схема аналогична схеме №1, за исключением того, что трех-ходовой клапан установлен на выходе теплообменника калорифера

Рисунок №3 Схема обвязки теплообменника калорифера №3. В схеме вместо трех-ходового клапана регулирования производительности используется двух-ходовой клапан.

28. Построение процессов обработки воздуха

сплит система кондиционер воздух охлаждение

Выбор параметров воздуха, Которые должны поддерживаться системами кондиционирования, зависит от многих факторов, как, например, климатических условий местности, характера производственной деятельности людей, продолжительности их пребывания в помещениях (акклиматизация) и др. Многие из этих факторов не поддаются точному учету в связи со сложностью физиологических реакций нашего тела на воздействие воздушной среды. Опытами установлено, что продолжительность суточной акклиматизации составляет, примерно, три часа. Поэтому для помещений, где люди находятся менее трех часов (в общественных зданиях, театрах, кино и т.д.), необходимо создавать условия, более приближающиеся к наружным. Кроме фактора акклиматизации, на выбор внутренних параметров воздуха в помещениях существенное влияние оказывает выполнение людьми физической работы. В помещениях, где люди выполняют физическую работу, требуется более низкая температура воздуха, чем в помещениях, в которых люди находятся в спокойном состоянии. Поскольку для измерения ощущений человека не имеется объективной единицы и нет прибора, который был бы аналогом человеческого организма, то до сих пор еще нет общепризнанных и бесспорных данных для выбора внутренних параметров воздуха в помещении, и эта проблема по-прежнему еще находиться в стадии изучения. Так как характер одежды определяется временем года, то параметры воздуха в помещении выбираются также в зави- симости от сезона. Для холодного периода года внутреннюю температуру в помещени- ях следует принимать по строительным нормам и правилам (СНиП II-3-79) с учетом особенностей каждого помещения. Относительная влажность принимается в пределах % 60 40ч .

Для теплого периода для жилых и общественных помещений при % 60 40ч = ϕ расчетную температуру можно определить по формуле:

1,1

где л н t - расчетная летняя температура наружного воздуха для систем кондиционирования воздуха. Метеорологические условия в некоторых общественных помещениях должны удовлетворять не только требованиям комфорта, но и специальным условиям. Так, например, в библиотеках и книгохранилищах, учитывая условия хранения книг, принимается температура воздуха зимой 18 C ° и летом 28 C ° , а относительная влажность - % 60 40ч . Для читальных залов рекомендуется температура зимой 18 C ° и летом 24 C ° , а влажность воздуха - % 40 . Для зрительных залов театров можно принимать: зимой температуру 20 C ° , а летом 24 C ° , а влажность воздуха % 55 50ч , а для артистических уборных в зимнее и летнее время 24 C ° и влажность воздуха % 55 50ч . При выборе параметров воздуха в помещении, необходимо иметь ввиду, что стоимость устройства и эксплуатации систем кондиционирования воздуха неоправданно увеличивается, если выбранные значения температуры и влажности будут завышены для холодного периода или занижены для теплого периода года. Выбор наружных расчетных параметров воздуха зависит от климатических условий местности, где будет работать установка кондиционирования воздуха и ее назначение. Современная отечественная строительная теплотехника дает достаточно совершенные методы для определения наружных, расчетных температур, которые учитывают не только климатические условия местности, но и теплоемкость зданий. При пользовании этими методами необходимо располагать сведениями о продолжительности для данной местности наи- 6 более холодных или жарких периодов. Так как наиболее полную теплотехническую характеристику воздуха дает его энтальпия, которая подвержена значительно меньшим колебаниям, чем определяющие ее температура и влажность, то целесообразнее высшие и низшие пределы расчетных параметров наружного воздуха представлять постоянной его, энтальпией. Согласно СНиП II-3-79 расчетные параметры наружного воздуха делятся на три группы: А, Б и В. Для систем кондиционирования воздуха, как правило, расчетные параметры наружного воздуха принимаются по группе Б. Составление тепловлажностного и газового баланса для кондиционируемого помещения производится общеизвестными методами, принятыми в отопительно-вентиляционной технике. Здесь должны быть учтены все факторы, влияющие на изменение состояния воздушной среду помещения. Для составления теплового баланса помещения необходимо определить все поступления и потери тепла в помещении. Количество тепла, на которое, рассчитывается воздухообмен в помещении и которое является общей тепловой нагрузкой на установку кондиционирования воздуха, определяется как разность между поступлениями тепла от всех имеющихся источников (людей, оборудования и т.д.) и потерями тепла (через наружные ограждения, нагревание холодного воздуха и т.п.).

Следовательно, для данного помещения тепловой баланс выражается формулой:

Такой баланс тепла выводится для летнего периода при л н t переходного периода при 10 + = н t C ° и для зимнего периода при з н t Если потери теплоты помещением больше тепловыделений, то тепловой баланс отрицательный, что означает наличие в помещении недостатка теплоты. Если тепловыделения больше теплопотерь, то баланс положительный, и имеющиеся избытки теплоты необходимо удалять из помещения системой кондиционирования воздуха. Расчетное количество влаги, на которое рассчитывается воздухообмен, определяется как разность между влаговыделениями от всех источников и влагопоглощенцями. если таковые имеются в помещении.

Следовательно, баланс влаги в помещении выразится формулой:

Очевидно, что в зависимости от конкретных условий баланс влаги в помещении может быть как положительный, так и отрицательный. Источником изменения газового состава воздуха в общественных помещениях являются люди. Выдыхаемый человеком воздух насыщен водяными парами и повышенным содержанием углекислоты ( ) 2 CO , составляющим, примерно, 5% по объему. Углекислый газ - токсичен. При содержании его в воз духе свыше % 2 по объему человек вдыхает большой объем воздуха, и ускоряется наступление усталости. Однако это обусловлено не только увеличенным содержанием углекислоты, но и тем, что одновременно убывает кислород, и насыщается воздух посторонними газами и парами, сопутствующими процессу метаболизма (обмену веществ) Газовый баланс в помещении может быть только положительный. Поэтому для борьбы с газами в помещении необходимо обеспечить воздухообмен. При одновременном выделении в помещении нескольких газов и па- 8 ров растворителей, раздражающих газов или окиси углерода совместно с окисями азота, согласно СНиП, воздухообмен в помещении определяется путем суммирования объемов воздуха, необходимых для разбавления каждого растворителя, каждого раздражающего газа и окиси углерода в от- дельности до допустимой концентрации. При одновременном выделении нескольких газов и паров, кроме растворителей и раздражающих газов и окиси углерода с окислами азота, воздухообмен определяется по той вредности, которая требует наибольшего объема воздуха. Источников образования пыли в общественных зданиях практически нет. Однако в воздухе постоянно содержится пыль в больших и меньших концентрациях, которая обычно выражается в 3 м мг . Например, в воздухе городов содержание, атмосферной пыли составляет 3 м мг 0 , 3 8 , 0 ч . Источниками образования пыли в производственных помещениях могут быть: механические измельчение твердых тел (дробление, размалывание, резание и т.п.); обработка поверхности твердых тел (шлифовка полировка, ворсование и т.п.); работа с измельченным материалом (транспортирование, перемешивание, упаковка и т.п.); химические реакции (образование золы, дыма при горении топлива); механическое распиливание жидкостей при окраске пульверизаторами. Во всех случаях (за исключением химических реакций) количество образующейся пыли может быть определено только весовым методом. Однако и в этом случае получается общее количество пыли, т.е. как осевшей, так и взвешенной в воздухе, а для расчетов потребного воздухообмена интерес представляет, главным образом, взвешенная пыль, т.е. пыль, находящаяся в воздухе помещения. Поэтому определение количества выделяющейся пыли, как правило, должно производиться путем анализа воздуха помещения. Необходимо помнить, что для борьбы с пылью должны быть приняты, в первую очередь, наиболее эффективные способы, а именно: максимальная герметизация технологического оборудования, аспирация «пылящих» машин, местная вытяжная вентиляция, и только после этого производится расчет общеобменной вентиляции для поддержания в помещении допустимой концентрации пыли. Содержание данного раздела не исчерпывает всех случаев тепло-, влаго-, газо- и пылевыделений в производственных помещениях. Поэтому более подробные данные следует смотреть в специальной технологической и справочной литературе.

1. Белова Е.М. Центральные системы кондиционирования воздуха в зданиях. - М.: Евроклимат, 2006

. Богословский В.Н., Кокорин О.Я., Петров Л.В. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение. - М.: Стройиздат, 1985

. Ивашкевич А.А. Вентиляция общественных зданий. - Хабаровск: ХГТУ, 2001

. СНиП 2.04.05-91*У Отопление, вентиляция и кондиционирование. Киев. : КиевЗНИИЭП, 1996

. Тихомиров Н.В., Сергиенко Э.С. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. - М.: Стройиздат, 1991

. Ананьев В.А., Балуева Л.Н. и др. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика. - М.: Евроклимат, 2001

. Харланов С.А., Степанов В.А. Монтаж систем вентиляции и кондиционирования воздуха. - М.: Высшая школа, 1986