Обработка приточного воздуха
ОБРАБОТКА ПРИТОЧНОГО ВОЗДУХА
ОЧИСКА ВЕНТИЛЯЦИОННОГО ВОЗДУХА
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
В системах вентиляции и кондиционирования воздуха, как правило, предусматривается очистка воздуха только от взвешенных в нем частиц (аэрозолей). Подаваемый в помещения наружный и рециркуляционный воздух очищают в воздушных фильтрах, а сами помещения при необходимости изолируют, устраняя щели в оконных проемах и создавая аэродинамические шлюзы в дверных проемах.
Для предотвращения загрязнения воздуха источники загрязнений, имеющиеся в помещениях, локализуют с помощью местных отсосов, а удаляемый через них воздух перед выбросом наружу очищают в пылеуловителях. В случае необходимости очистки вентиляционного воздуха от примеси вредных газов используются аппараты химической технологии.
Пыль является одной из разновидностей аэродисперсных систем (аэрозолей) с взвешенными в воздухе твердыми частицами дисперсионного происхождения. Такие частицы образуются при дроблении руд, механической обработке металлов, просеве и пересыпке материалов.
Аэрозоли с твердыми частицами, образовавшиеся в результате объемной конденсации паров или при реакциях некоторых веществ, называют дымами (плавка и сварка металлов; фотохимические реакции в атмосфере, ведущие к образованию смога).
Аэрозоли с жидкими частицами дисперсионного или конденсационного происхождения называют туманами (распыление воды, красок, конденсация воды и других жидкостей при охлаждении воздуха).
Аэрозоли, как правило, представляют собой полидисперсные системы, состоящие из множества частиц различных размеров. Под дисперсностью пыли понимают всю совокупность размеров составляющих ее частиц, а именно распределение массы пыли по размерам частиц.
Дисперсный состав пыли может быть выражен следующими способами: в виде графика распределения массы пыли по размерам частиц; в виде таблицы «полных проходов» или «частных остатков» частиц разных размеров в процентах об общей массы пыли, соответственно прошедших или оставшихся на ряде реальных или условных сит (например, от 0 до 5, до 10, до 20 мкм и т.д. или соответственно от 0 до 5, от 5 до 10, от 10 до 20 мкм и т.д.); в виде таблицы скоростей витания, характеризующих крупность и плотность частиц.
Воздушный фильтр представляет собой устройство для очистки приточного, а в ряде случаев, и вытяжного воздуха. Конструктивное решение фильтра определяется характером пыли (загрязнений) и требуемой чистоты воздуха. По размерам эффективности улавливаемых пылевых частиц в европейских стандартах фильтры делятся на три класса: фильтры грубой, тонкой и особо тонкой очистки. При грубой очистке задерживаются частицы величиной 10 мкм и более, при тонкой – 1 мкм и более, при особо тонкой – частицы меньших размеров, вплоть до 0,1 мкм. В зависимости от эффективности очистки в каждом классе выделяется несколько типов фильтров.
Фильтровальным материалом в фильтрах грубой очистки служат металлизированные сетки или ткани из синтетических волокон (например, акрила). Конструктивно они могут быть оформлены в виде панелей (ячеек), фильтрующих прокладок, гофрированных листов и пр.
В фильтрах тонкой очистки применяется стеклоткань, причем в ряде случаев со специальной пропиткой. По конструктивному исполнению эти фильтры могут быть карманными, складчатыми, электростатическими, со сменными пластинами. Карманные фильтры (рис. 10.1) состоят из рамы, изготовленной из оцинкованной стали, наружных сетчатых прокладок и «карманов» из фильтрующего материала, закрепленных специальными зажимами. Герметичность между «карманами» и рамой обеспечивается специальной конструкцией соединений. При этом, если скорость воздуха во фронтальном сечении фильтра составит 2,5 м/с, то в полости фильтрации она не превысит 0,5 м/с. В складчатых фильтрах используется гофрированная фильтрующая ткань из стекловолокна. Рамка фильтра из гальванизированного листового металла, уплотнение – полиуретан.
В фильтрах тонкой очистки применяют также активированный уголь.
Такие фильтры конструктивно представляют собой набор кассет, которые могут быть собраны в панели. Уголь в фильтрах может находиться в виде угольных таблеток или быть зернистым – измельченным.
Для фильтров особо тонкой очистки фильтровальным материалом также могут быть клееное стекловолокно, клееная бумага из субмикронных волокон, иногда с гидрофобным покрытием. Чаще всего конструктивно они выполнены в виде сухих ячейковых панельных или складчатых фильтров. Практически все фильтры крепятся герметично, на специальной, как правило, алюминиевой раме, таким образом, чтобы была возможна их замена. Из фильтров тонкой очистки регенерации подлежат только фильтры EU1-EU5. Замена фильтра или его регенерация выполняется при превышении допустимой величины его аэродинамического сопротивления.
Рис. 10.1 Карманный фильтр
Рис. 10.2 Вставка карманного фильтра
Рис. 10.3 Кассетный фильтр
Рис. 10.2 Вставка кассетного фильтра
ВЕНТИЛЯТОРЫ
Вентилятор представляет собой механическое устройство, предназначенное для перемещения воздуха по воздуховодам систем кондиционирования и вентиляции, а также для осуществления прямой подачи воздуха в помещение либо отсоса из помещения, и создающее необходимый для этого перепад давлений (на входе и выходе вентилятора).
По конструкции и принципу действия вентиляторы делятся на: осевые (аксиальные), радиальные (центробежные) и диаметральные (тангенциальные).
В зависимости от величины полного давления, которое они создают при перемещении воздуха, вентиляторы бывают низкого давления (до I кПа), среднего давления (до 3 кПа) и высокого давления (до 12 кПа).
По направлению вращения рабочего колеса (если смотреть со стороны всасывания) вентиляторы могут быть правого вращения (колесо вращается по часовой стрелке) и левого вращения (колесо вращается против часовой стрелки).
В зависимости от состава перемещаемой среды и условий эксплуатации вентиляторы подразделяются на:
- обычные - для воздуха (газов) с температурой до 80 °С;
- коррозионностойкие - для коррозионных сред;
- термостойкие - для воздуха с температурой выше 80 °С;
- взрывобезопасные - для взрывоопасных сред;
- пылевые - для запыленного воздуха (твердые примеси в количестве более 100 мг/м).
По способу соединения крыльчатки вентилятора и электродвигателя вентиляторы могут быть:
- с непосредственным соединением с электродвигателем;
- с соединением на эластичной муфте;
- с клиноременной передачей;
- с регулирующей бесступенчатой передачей.
По месту установки вентиляторы делят на:
- обычные, устанавливаемые на специальной опоре (раме, фундаменте и т.д.);
- канальные, устанавливаемые непосредственно в воздуховоде;
- крышные, размещаемые на кровле.
Основными характеристиками вентиляторов являются следующие параметры:
- расход воздуха, м3/ч;
- полное давление, Па;
- частота вращения, об/мин;
- потребляемая мощность, затрачиваемая на привод вентилятора, кВт;
- КПД - коэффициент полезного действия вентилятора, учитывающий механические потери мощности на различные виды трения в рабочих органах вентилятора, объемные потери в результате утечек через уплотнения и аэродинамические потери в проточной части вентилятора;
- уровень звукового давления, дБ.
Различные уровни звукового давления в воздуховоде со стороны всасывания и нагнетания, а также передаваемые в окружающую среду.
ОСЕВЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
Осевой вентилятор представляет собой расположенное в цилиндрическом кожухе (обечайке) колесо из консольных лопастей, закрепленных на втулке под углом к плоскости вращения (в некоторых конструкциях используются поворотные лопасти).
Рабочее колесо чаще всего насаживается непосредственно на ось электродвигателя.
При вращении колеса воздух захватывается лопастями и перемещается в осевом направлении. При этом перемещение воздуха в радиальном направлении практически отсутствует. На входе в вентилятор устанавливается коллектор (спрямляющий аппарат), значительно улучшающий аэродинамические характеристики работы вентилятора.
Осевые вентиляторы имеют больший КПД по сравнению с радиальными и диаметральными. Расход и напор регулируются поворотом лопаток, к тому же они имеют меньшие размеры. Такие вентиляторы, как правило, применяют для подачи значительных объемов воздуха при малых аэродинамических сопротивлениях сети.
РАДИАЛЬНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
Радиальный вентилятор представляет собой расположенное в спиральном кожухе лопаточное (рабочее) колесо, при вращении которого воздух, попадающий в каналы между его лопатками, двигается в радиальном направлении к периферии колеса и сжимается. Под действием центробежной силы он отбрасывается в спиральный кожух и далее направляется в нагнетательное отверстие.
Рабочее колесо – основной элемент радиального вентилятора, представляет собой пустотелый цилиндр, в котором по всей боковой поверхности, параллельно оси вращения, установлены на равных расстояниях лопатки. Лопатки скреплены по окружности с помощью переднего и заднего дисков, в центре которых находится ступица для насаживания рабочего колеса на вал.
В зависимости от назначения вентилятора, лопатки рабочего колеса изготавливают загнутыми вперед или назад. Количество лопаток бывает различным, в зависимости от назначения и типа вентилятора.
Вентиляторы выпускаются с восемью положениями кожуха. Могут иметь правое и левое вращение.
В системах вентиляции и кондиционирования применяются радиальные вентиляторы:
- одностороннего или двустороннего всасывания;
- на одном валу с эл. двигателем или с клиноременной передачей;
- с лопатками, загнутыми назад или вперед.
Применение радиальных вентиляторов с лопатками, загнутыми назад, дает экономию электроэнергии примерно 20%. Другое весьма важное достоинство вентиляторов с лопатками, загнутыми назад, заключается в том, что они относительно легко переносят перегрузки по расходу воздуха.
Радиальные вентиляторы с лопатками, загнутыми вперед, обеспечивают одни и те же расходные и напорные характеристики, что и вентиляторы с лопатками, загнутыми назад при меньшем диаметре колеса и более низкой частоте вращения. Таким образом, они могут достичь требуемого результата, занимая меньше места и создавая меньший шум.
ДИАМЕТРАЛЬНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
Диаметральный вентилятор состоит из рабочего колеса барабанного типа с загнутыми вперед лопатками и корпуса, имеющего патрубок на входе и диффузор на выходе. Действие диаметральных вентиляторов основано на двукратном поперечном прохождении потока воздуха через рабочее колесо.
Диаметральные вентиляторы характеризуются более высокими аэродинамическими параметрами, по сравнению с другими типами вентиляторов, в частности, они создают плоский равномерный поток воздуха большой ширины; удобством компоновки, позволяющей осуществлять поворот потока в широких пределах; компактностью установки, позволяющей существенно сократить объем, занимаемый вентиляционной установкой. КПД таких вентиляторов может достигать 0,7. Благодаря этим качествам диаметральные вентиляторы нашли самое широкое применение в различных агрегатированных установках вентиляции и кондиционирования воздуха: фанкойлах, внутренних блоках сплит-систем, воздушных завесах и т.д. .
ВЕНТИЛЯТОРНЫЕ АГРЕГАТЫ
К вентиляторным агрегатам относятся канальные и крышные вентиляторы.
ШУМОГЛУШИТЕЛИ
Низкий уровень шума является одним из основных критериев комфорта, от которого в значительной степени зависит наше хорошее самочувствие.
Источником шума вентиляторов являются любые колебательные явления, сопровождающие их работу. Колебательные процессы аэродинамического происхождения вызывают аэродинамический шум, а механические колебания элементов конструкции вызывают шум, распространяющийся по строительным конструкциям здания и примыкающим воздуховодам, иногда очень далеко от места установки.
В воздуховоды, подсоединенные к нагнетательному и всасывающему патрубкам вентилятора, поступает аэродинамический шум; в окружающее пространство поступает преимущественно механический шум привода, хотя аэродинамический шум также может играть существенную роль. Кроме вентилятора источником шума в вентиляционной сети обычно бывают воздухораспределители и регулирующие клапаны дроссельного типа.
Установка в систему вентиляции (кондиционирования) шумоглушителей является одной из эффективных мер по снижению аэродинамического шума в воздушном потоке.
Наиболее часто применяемые шумоглушители конструктивно делятся на пластинчатые и трубчатые. Главная их особенность – наличие развитых поверхностей, облицованных звукопоглощающим материалом.
Пластинчатый шумоглушитель представляет собой коробку из тонкого металлического листа, проходное сечение которой разделено пластинами или ячейками, облицованными звукопоглощающим материалом.
Звукопоглощающие материалы (минеральная вата, войлок из органических волокон, стекловолокно и пр.) различной толщины имеют противоабразивную обработку для снижения потерь напора из-за трения, также они могут иметь покрытие из синтетического очень легкого материала, например, пластика. Ячейки могут располагаться между двумя слоями металлического перфорированного листа. Расстояние между ячейками колеблется от 75 до 300 мм, в зависимости от размеров шумоглушителя. При равенстве сечений на входе и выходе, увеличение количества ячеек приводит к снижению шума, но в то же время, соответственно, увеличивает потери давления.
Трубчатый шумоглушитель выполняется в виде двух круглых или прямоугольных труб, вставленных одна в другую. Пространство между наружной (гладкой) и внутренней (перфорированной) трубой заполнено звукопоглощающим материалом, например, стекловолокном, покрытым тонким слоем пластика. Размеры внутренней трубы совпадают с размерами воздуховода, на котором устанавливается шумоглушитель.
Трубчатые шумоглушители применяют на воздуховодах диаметром до 500 мм.
Величина понижения шума в шумоглушителе, при равных показателях скорости воздуха, зависит главным образом, от толщины и местоположения звукопоглощающих слоев, а также длины самого шумоглушителя, имеющего, как правило, стандартную длину 600, 900 и 1200мм.
Шумоглушители эффективны в основном для погашения в диапазоне частот от 500 до 4000 Гц. При более низких частотах их эффективность намного ниже.
Допускаемая по условиям шумообразования скорость воздуха в шумоглушителе составляет 4 – 12 м/с.
Считаются при низких скоростях перемещаемого воздуха. При высоких скоростях может возникать дополнительный шум, вызванный внезапным торможением воздуха при его столкновении с ячейками.
Шумоглушитель может быть элементом как приточных, так и вытяжных систем. Чаще всего его устанавливают между вентилятором и магистральным воздуховодом. Если транзитные воздуховоды пересекают помещение с высоким уровнем шума, то шумоглушитель монтируют на участке вентиляционной системы за этим помещением. Для исключения распространения шума по воздуховодам из помещения в помещение и при повышенных требованиях к звукоизоляции отдельных помещений шумоглушители целесообразно устанавливать непосредственно перед воздухораспределителем или сразу за решеткой вытяжной вентиляционной системы. При устройстве воздухозаборов в приточной системе вблизи оконных проемов приходится ставить шумоглушитель сразу за воздухоприемным клапаном для снижения шума, выходящего наружу из воздухозаборной решетки.
Шумоглушители применяются и в вытяжных системах с механическим побуждением движения воздуха (с вентиляторами) не только для защиты от шума обслуживаемых помещений, но и для снижения уровня шума, поступающего от вентиляторов наружу. В этом случае в вытяжной системе ставят два шумоглушителя – до и после вентилятора.
Необходимость установки шумоглушителя в вентиляционной системе должна быть подтверждена специальным акустическим расчетом. Первоначально определяется допустимый уровень звукового давления. В помещении, ближайшем к вентиляционной установке, с учетом уровня как собственного (внутреннего) шума в помещении, так и шума от городского транспорта. Устанавливается уровень звуковой мощности вентилятора (он определяется типом вентилятора, расчетными расходом и давлением, отношением фактического КПД к максимальному). Затем специальным расчетом находится снижение шума по длине отдельных участков системы и в местных сопротивлениях до воздухораспределителя или вытяжной решетки. Если полученный остаточный уровень звуковой мощности выше допустимого на выходе (входе) из воздухораспределителя, то необходима установка шумоглушителя, поглощающего излишний уровень звукового давления.
Учитывая зависимость акустических характеристик помещения, вентилятора, воздуховодов и самого шумоглушителя от частотной характеристики шума, акустический расчет проводят для всех восьми октавных частот.
Конструкторский расчет шумоглушителя состоит в определении:
- площади поперечного сечения трубчатого шумоглушителя или суммарной площади каналов между пластинами для прохода воздуха пластинчатого шумоглушителя (живого сечения);
- длины шумоглушителя, определяемой на основании частотных характеристик;
- аэродинамического сопротивления шумоглушителя (по опытным данным фирмы-изготовителя в зависимости от скорости воздушного потока).
Расчет площади поперечного сечения выполняется из условия допустимой по шумообразованию скорости воздуха в шумоглушителе:
где - площадь поперечного сечения шумоглушителя, м ;
L - расход воздуха через глушитель, м /с;
V - допускаемая скорость воздуха в глушителе, м/с.
Для общественных и административных зданий допускаемую скорость воздуха в воздуховодах ориентировочно можно принимать в зависимости от допускаемого уровня звука в помещении.
ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛИ
Водяные, паровые и электрические нагреватели широко используются в системах воздушного отопления, вентиляционных установках и воздушно-тепловых завесах.
В воздухонагревателях в качестве теплоносителя может применяться вода с температурой 95 – 70 С и 130 – 70 С, пар и этиленгликолевые растворы.
Воздух, поступающий в теплообменники, по предельно допустимой концентрации вредных веществ (ПДК) должен соответствовать ГОСТ 12.1.005-88, не должен содержать липких веществ и волокнистых материалов, а запыленность его не должна превышать 0,5 мг/м.
Водяные и паровые воздухонагреватели по конструктивному исполнению бывают: по форме поверхности - гладкотрубные и ребристые.
ВОЗДУШНЫЕ КЛАПАНЫ
Воздушный клапан представляет собой устройство для управления расходом воздуха в приточных и вытяжных установках вентиляции и кондиционирования воздуха.
Воздушные клапаны предназначены для пропорционального регулирования и равномерного распределения воздушного потока по площади поперечного сечения, стоящей за клапаном секции.
Воздушные клапаны с поворотными лопатками дроссельного типа обычно бывают многостворчатыми и могут быть двух видов: параллельно-створчатыми, имеющими створки, параллельные между собой, и со створками, осуществляющими встречное вращение.
Современные клапаны, как правило, имеют створки со встречным вращением.
Оси лопаток (створок) соединены общей тягой, присоединяемой к приводу, - ручному, пневматическому или электрическому. За счет многостворчатости достигается плотное закрывание клапана. Для особо ответственных случаев, когда должна быть гарантирована полная герметичность при закрытии клапана, лопатки снабжаются специальными прокладками.
Воздушные клапаны применяют в приточных вентиляционных установках для отсечения наружного воздуха при выключении вентилятора, для перекрытия шахт вытяжной вентиляции при отключении и механического притока.
В секционных кондиционерах воздушные клапаны могут быть встроены в специальную камеру, образуя приемный блок. В этом случае клапаны, как правило, используют с теплоизоляцией. Для пропуска рециркуляционного воздуха клапаны могут быть установлены на смесительной камере, а для разделения потоков воздуха – на распределительной.
При установке воздушного клапана, совмещенного с воздухоприемной решеткой, особенно если клапан оказывается выше приточной установки, возникает опасность обмерзания створок. В случае опасности обледенения предусматривается подогрев створок греющим электрокабелем.
Начинать подогрев следует за 10 – 20 мин. до открытия клапана и заканчивать с пуском вентиляционной системы. Электропривод клапана имеет достаточную мощность, чтобы раскрыть их при незначительном обмерзании.
Также снижение вероятности обледенения холодного (без теплоизоляции) приемного клапана достигается изготовлением его створок специального материала. Дроссель-клапан – одна из разновидностей воздушного клапана с одной створкой, представляет собой устройство для регулирования расхода воздуха в воздуховодах вентиляционной сети.
С помощью дроссель-клапана можно уменьшить расход воздуха в широких пределах.
Воздушный клапан этого типа, наиболее часто применяемый вариант регулирующего устройства, создающего небольшие аэродинамические сопротивления при полностью открытом клапане и выравнивающего поток воздуха по «живому» сечению.
Клапаны с одной створкой и клапаны со встречным вращением створок отличаются от параллельно-створчатых более плавным регулированием.
Воздушные клапаны устанавливают перед приточной вентиляционной установкой или приемным клапаном системы кондиционирования воздуха; также они устанавливаются на смесительных камерах в местах присоединения к ним рециркуляционных воздуховодов или непосредственно на воздуховодах вентиляционной сети.
На воздуховодах систем общего назначения регулирующие воздушные клапаны устанавливают на ответвлениях, которые требуют выключения или регулирования подачи воздуха в процессе эксплуатации; перед всеми воздухораспределительными или воздухоприемными устройствами, которые не имеют в своей конструкции регулирующих устройств; у всех местных отсосов; на ответвлениях.
Размеры запорных и регулирующих воздушных клапанов соответствуют размерам каналов, в которых они устанавливаются. При расположении воздушных клапанов внутри приточных камер, их размеры рассчитывают исходя из максимальной пропускной способности.
При аэродинамическим расчете вентиляционной сети необходимо учитывать аэродинамическое сопротивление клапана. Регулирующие воздушные клапана имеют характеристику зависимости коэффициента местного сопротивления от угла поворота лопаток. При расчете запорных клапанов учитывается аэродинамическое сопротивление в открытом состоянии.
ДИАФРАГМЫ РЕГУЛИРУЮЩИЕ
Диафрагма регулирующая представляет собой устройство, устанавливаемое на ответвлении воздуховода и предназначенное для регулирования расхода перемещаемого по нему воздуха во время пусконаладочных работ. Конструктивно представляет собой диск с отверстием переменного открытого сечения, работает пр. принципу диафрагмы фотоаппарата.
Промышленно изготавливаемые диафрагмы выполняются из оцинкованной стали.
Для точного регулирования (с ошибкой не более 10%) расхода воздуха диафрагма должна быть установлена на расстоянии не менее чем 1,5 диаметра до ближайшего отвода и 2,5 диаметра до тройника (вне зависимости от типа - проходного или на ответвлении, на всасывании или на ответвлении, на всасывании или на нагнетании) или воздухораспределителя. Регулирование осуществляется по данным измерения разности давлений до и после диафрагмы, которое легко переводится в единицы расхода воздуха, проходящего через диафрагму, с помощью типовых расчетных диаграмм. Изменение сечения диафрагмы производятся специальной рукояткой, имеющейся на диафрагмах диаметром до 315мм, или поворотом регулировочной гайки на диафрагмах диаметром 400-800мм.
Диафрагма регулирующая позволяет точно установить расход воздуха при незначительных возмущениях потока, но она является одним из самых дорогостоящих регулирующих устройств и применяется чаще всего для однократной настройки на постоянный расход.
ОБРАТНЫЕ КЛАПАНЫ
Обратные клапаны служат для пропуска воздуха в одном направлении и предотвращения его движения в противоположном, и по характеру действия относятся к двухпозиционным клапанам.
Обратные клапаны выпускаются в двух наиболее простых модификациях: типа «бабочки» и типа «инерционной решетки»
Клапан «бабочка» изготавливается из гальванизированной стали, имеет два подпружиненных лепестка и может быть установлен в любом положении.
Лепестковый обратный клапан типа «инерционной решетки» с легкими пластиковыми жалюзи, вставленными в коробку из гальванизированной стали, может устанавливаться только на горизонтальных воздуховодах, под действием потока воздуха в разрешенном направлении лепестки поднимаются, во всех других случаях они опущены.
Одной из основных характеристик обратных клапанов является максимально возможная (не более 12 м/с) скорость воздуха.
Применяются обратные клапаны для предотвращения перетоков воздуха: при работе нескольких приточных установок на одну сеть; при установке резервного приточного или вытяжного вентилятора; при присоединении нескольких вытяжных систем к одной вытяжной шахте.
Также они ставятся для предотвращения обратного тока воздуха при выбросе вытяжного воздуха на фасад (например, продувочного воздуха после охлаждения конденсаторов холодильной машины, установленной внутри здания) или перед крышными вентиляторами. Требуется установка обратного клапана и в системах аварийной противодымной вентиляции: после вентилятора вытяжной противодымной системы, после вентиляторов приточной противодымной вентиляции, на воздуховодах всех вентиляционных систем, в местах их пересечения с ограждениями помещений, в которых установлены аппараты газового пожаротушения.
ОБРАБОТКА ПРИТОЧНОГО ВОЗДУХА