Обработка воздуха в вентиляционных установках

Воздухоподготовкой в системах вентиляции называют процессы изменения состояния воздушной среды с целью доведения ее до состояния, пригодного для подачи в обслуживаемые помещения, соответствующих технологи­ческим и санитарно-гигиеническим требованиям. В большинстве случаев обработка воздуха заключается в нагре­ве, охлаждении, осушке, увлажнении, очистке. Вохдухоподготовка (обработ­ка воздуха) производится в элемен­тах приточных и вытяжных установок. На рис. 8.9, 8.10 и 8.11показаны типовые компоновки приточных и вытяжных установок.

Рис. 8.9. Камера приточной установки: а, б – разрез и план; 1 – воздухозаборное устройство; 2 – утепленный клапан, заслонка; 3 – воздушные фильтры; 4 – калориферы; 5 – вентиляционный агрегат; 6 – шумоглушитель; 7 – приточный воздуховод; 8 – люк; 9 – гибкая вставка; 10 – конфузор; 11 – приемная камера; 12 – диффузор

Рис. 8.10. Каркасно-панельная приточная установка: 1 – приемный клапан; 2 – секции обслуживания; 3 – подставка; 4 – калориферы первого подогрева; 5, 7 – смесительные секции; 6 – камера орошения; 8 – секция воздушного фильтра; 9 – калориферы второго подогрева; 10 – переходная секция к вентилятору; 11 – вентиляционный агрегат; 12 – электродвигатель; 13 – виброамортизаторы; 14 – гибкая вставка; 15 – воздуховод приточного воздуха; 16 – рециркуляционный воздуховод; 17 – воздуховод первой рециркуляции воздуха; 18 – проходной клапан

Рис. 8.11. Камеры вытяжных механических систем: а – камера-шахта с центробежным вентилятором, смонтированная на крыше; б – то же, с крышным венти­лятором; в – вытяжная камера на чердаке; 1 – стенка камеры; 2 – сетка или решетка; 3 – утепленный короб; 4 – железобетонная плита перекрытия; 5 – вентагрегат; 6 – опора под вентилятор; 7 – штампо­ванный металлический корпус с козырьком; 8 – воздуховод; 9 –гибкие вставки; 10 – шахта с зонтом; 11 – утепленный многостворчатый клапан; 12 – входная дверь; 13 – пружинные амортизаторы

Изменение температуры и влажности воздуха можно осуществить с помощью поверхностных теплообменников и промывных камер; в контакте со средой, обрабатывающей воздух, а также путем смешения наружного воздуха с рециркуляционным.

Обработка воздуха в поверхностных теплообменниках – в калориферах, воздухоохладителях, утилизаторах теплоты – осуществляется средой: теплоносителем (паром, водой, газом, электричеством, воздухом) при нагревании или хладоносителем (водой), хладоагентом при охлаждении.

При обработке воздуха в поверхностных теплообменниках получают сухой нагрев или сухое охлаждение, так как воздух не контактирует с теплопередающей средой, а теплопередача осуществляется через металлическую поверхность теплообменника. Передача теплоты в теплообменниках от рабочей среды к воздуху (при нагреве) или наоборот (при охлаждении) происходит при неизменном влагосодержании.

Рис. 8.12. Поверхностные теплообменники: а – фрагмент Id-диаграммы влажного воздуха (пример процесса обработки воздуха в поверхностном теплообменнике); б – секция теплообменника; в – типы обвязки теплообменников; 1 – обвязка по­следовательная по воздуху и параллельная по воде; 2 – параллельная по воздуху и последовательная по воде; 3 – каркас секции теплообменника; 4 – калорифер; 5 – обводной канал (в некоторых моделях); 6 – перегородка между калорифером и каналом; 7,8 – штуцер для входа и выхода теплоносителя; 9 – запорная арматура тепло­провода теплоносителя

Тепловая мощность Q (кВт) процессов нагревания или охлаждения воздуха посредством теплообменников (пренебрегая незначительным расходом теплоты на нагревание водяных паров) выражается формулой

(8.40)

где L – количество воздуха, м³/ч, пропускаемого через теплообменник; и – температура воздуха до и после теплообменника, °С.

Калориферы – стальные и оцинко­ванные паровоздушные или водо­воздушные теплообменники, применя­емые в основном для сухого нагрева.

Поверхность калориферов – пуч­ки труб гладких или оребренных (навивные спирали, пластины). Через коллектор, объединяющий трубочки, теплоноситель поступает и отводится из калорифера.

Для обработки расчетного коли­чества воздуха от температуры t1 до t2 могут потребоваться несколько калориферов и тогда их размещают и питают теплоносителем по последо­вательной или параллельной схеме движения воздуха и теплоносителя.

Стальные калориферы рассчитаны на рабочее давление до 1,2 МПа. По движению теплоносителя они подразделяются на одноходовые для пара и многоходовые (обычно четыре хода) для воды. Каждая модель калорифера общепромышлен­ного применения имеет несколько номеров, отличающихся друг от друга габаритами, а значит, и поверхностью нагрева. Как правило, одноходовые калориферы, работающие на тепло­носителе воде или паре, устанавли­вают вертикально, а многоходовые, работающие на воде,– устанавли­ваются горизонтально.

Для нагрева воздуха кроме паро­воздушных, водовоздушных калори­феров используют электрокалориферы с регулируемым электронагревом и огневоздушные кирпичные калорифе­ры, работающие на топочных газах.

В приточных установках и в кон­диционерах калориферы монтируют на специальных подставках.

Поверхностные воздухоохладите­ли – аппараты, применяемые для охлаждения и осушки воздуха.

Конструктивное решение воздухо­охладителя повторяет принцип уст­ройства калорифера, но для охлаж­дения воздуха в них циркулирует или хладоноситель (холодная вода, рассолы) или хладоагент (аммиак, фреон и др.). Воздухоохладители, питаемые хладоагентами, являются испарителями холодильных установок.

Процесс охлаждения воздуха с осушкой достигается тем, что подго­товленным хладоносителем обеспечи­вается температура теплообменной по­верхности воздухоохладителя ниже температуры точки росы обрабатывае­мого воздуха. В этом случае в кон­такте с холодной поверхностью, влага воздуха конденсируется. Такое ох­лаждение воздуха называется с влаговыделением и сопровождается его осушкой.

При процессе охлаждения воздуха, протекающим с осушкой, требуется отводить больше теплоты, чем без осушки, так как затрачивается тепло­та на парообразование при конден­сации влаги.

Воздухоохладители с хладоагента­ми широко применяются в автоном­ных местных кондиционерах, а воз­духоохладители, питаемые холодной водой или рассолом, могут входить в состав центральных и местных не­автономных кондиционеров. Конден­сат, выпадающий в воздухоохладите­лях во время сушки, стекает из его кожуха через отвод в систему канализации.

При пропуске через воздухоохла­дитель теплоносителя, он, может ра­ботать как калорифер, что является достоинством этого типа теплообмен­ника.

Во многих зданиях, оборудованных системами приточно-вытяжной венти­ляцией, воздушным отоплением или СКВ, большая доля потребной теп­ловой энергии расходуется на нагрев холодного воздуха, забираемого си­стемами снаружи. Вместе с тем в этих системах теряется очень большое ко­личество теплоты в атмосферу с уда­ляемым из помещений воздухом, имеющим температуру порядка 22... 24 °С.

Теплообменники-утилизаторы теплоты удаляемого воздуха помеще­ния при­меняют для подогрева наружного воз­духа приточной установки или конди­ционера.

В теплообменниках с тепловыми трубами передача теплоты холодному наружному воздуху происходит при фазовом превращении теплоносителя.

Они представляют собой пакеты из трубок, заполненных рабочим вещест­вом с низкой температурой кипе­ния (гелий, азот, аммиак, ацетон ртуть, литий и др.). Одна половина пакета находится в потоке удаляемого воздуха, в другая – в зоне холодной. В зоне теплого воздуха происходит подвод теплоты удаляемого воздуха помещения к среде заполняющей тепловые трубы. Среда испаряется, отбирая на парообразование теплоту удаляемого воздуха помещения. Пар рабочего вещества за счет гравитационных сил перемещается в трубках в зону холодного воздуха, где, отдавая теплоту, нагревает холодный воздух, а сам конденсируется. Размеры таких теплообменников примерно 1,6 1,0 0,1 (глубина) м.

В рекуператорных стационарных утилизаторах теплообмен осуществляется через разделительные стены между холодными и теплыми потоками воздуха. Разделительные стенки – набор пластин гладких или гофрированных из алюминия, бумаги.

Утилизаторы теплоты могут размещаться в вентиляционных камерах или на открытых перекрытиях, но с условием теплоизоляции.

В камерах орошения (промывочных камеры) обработка воздуха производится паром, горячей во­дой или холодной водой.

Результаты обработки зависят от сочетания начальных параметров воз­духа и среды, а также от интен­сивности орошения воздуха этой средой. Эффективность работы камеры орошения, при прочих равных условиях, зависит от площади контакта между обрабатываемым воздухом и водой (паром). С целью увеличения поверхности контакта воду распыляют форсунками, пропускают через наборы пластин, контейнеры с шариками, полыми цилиндрами, наборы сеток; пар, преимущественно, выпускают через различные насадки.

Корпус камеры орошения с поддоном изготовляют из листовой стали толщиной 4...5 мм, а при больших размерах – из железобетона. Стальные камеры име­ют внутри антикоррозионное покры­тие, а снаружи – теплоизоляцию; железобетонные камеры, внутри по по­крываются кафельной плиткой по гидроизоляции. Камеры бывают с гори­зонтальным и вертикальным движением воздуха.

Камеру оборудуют системой тру­бопроводов с медными, бронзовыми или пластмассовыми форсунками, рас­положенными на стояках. Вода, пода­ваемая под давлением, распыляется форсунками.

Для улавливания неиспарившихся капель воды, находящихся во взве­шенном состоянии, на входе и выходе камеры орошения устанавливают се­параторы – каплеотделители. Сепа­раторы монтируют из пластин (оцин­кованная сталь толщиной 0,75 мм) зигзагообразной формы, образующих каналы той же формы, шириной 25…50 мм. Благодаря зигзагообразному движению воздуха капли воды, ударяясь о плиты, оседают на их поверхности и стекают в поддон, где собираются вместе с неиспарившейся водой.

Из поддона камеры вода частично сбрасывается в канализацию (редко полностью) и столько же добавляется до контрольного уровня поддона си­стемой водоснабжения кондиционе­ров, затем фильтруется (сетчатыми, гравийными или коксовыми фильтра­ми) и снова подается рециркуля­ционными насосами в систему фор­сунок.

При обработке воздуха паром или перегретой водой, которая при выпуске в камеру из-за изменения давления превращается сразу в пар, воздух не только увлажняется, но и нагревается.

При обработке воздуха водой с тем­пературой ниже температуры воздуха в зависимости от значения этой температуры в одном случае может произойти увлажнение с охлаждением при постоянном теплосодержании воз­духа (I_B = const – адиабатический процесс), в другом случае – то же самое, но с изменением всех пара­метров ( – политропический процесс), а в третьих – осушка с охлаждением. Осушка с охлаждением воздуха в промывной камере происходит при контакте с водой, температура которой равна или ниже температуры точки росы влаги воздуха

В качестве теплоносителя калориферов и промывных камер при нагреве воздуха может использоваться теплоноситель (пар, вода) любого источ­ника теплоснабжения (местного, центрального, централизованного), в качестве хладоносителя воздухоохладителей и промывных камер может использоваться вода из артезианских скважин, если она имеется в зоне строительства; вода, взятая непосредственно из водопроводной сети; а та же водопроводная вода искусственного охлаждения в холодильных установках.

Очистка воздуха от пыли может осуществляться: перед подачей на­ружного воздуха в вентилируемое по­мещение; при подмешивании к наруж­ному воздуху рециркуляционного воз­духа помещения; перед выбрасыва­нием загрязненного воздуха помеще­ния в атмосферу.

Забор наружного воздуха стремят­ся организовать в первую очередь из чистой зоны, однако бывает этого недостаточно и чаще применяют специальную очистку воздуха.

Все обеспылевающее оборудование по назначению подразделяется на пылеуловители – устройства, пред­назначенные для очистки от пыли вентиляционного воздуха, выбрасы­ваемого в атмосферу; и фильтры – устройства, предназначенные для очистки от пыли приточного или ре­циркуляционного воздуха в приточных системах вентиляции, в системах воз­душного отопления. Клас­сификация и характеристика пыле­уловителей и фильтров приведена в. специальной литературе. Очистку воз­духа, удаляемого из помещения, уст­раивают в целях предохранения ат­мосферного воздуха от загрязнения производственной пылью или с целью задержания и сбора пыли, пред­ставляющей собой ценность (цемент­ная, мукомольная, кондитерская).

Для очистки воздуха от пыли при­меняют устройства грубой, средней и тонкой очистки воздуха. Степень очистки воздуха характеризуется ко­нечным пылесодержанием в 1 м³ воздуха. При грубой очистке задер­живается крупная и средняя пыль (размером более 100 мкм), при этом конечное пылесодержание воздуха не ограничивается. Такая очистка может рассматриваться, как предваритель­ная для сильно запыленного воздуха при многоступенчатой очистке. При средней очистке задерживается срав­нительно мелкая пыль (до 100 мкм) при этом конечное пылесодержание не должно превосходить 100 мг/м³. Тонкой очисткой, при которой задер­живается очень мелкая пыль (до 10 мк), конечное пылесодержание в воздухе приточных и рециркуляцион­ных систем доводится до 2 мг/м³.

Эффективность пылеулавливания оценивается по весу задержанной пы­ли, выраженной в процентах от общего количества пыли, поступающей в пылеуловитель. Если требуемый эф­фект достигается одним пылеочисти­телем, очистка называется односту­пенчатой. При большой запыленности вслед за первой ступенью уловителей ставится другая ступень и тогда очистка называется многоступенчатой.

Наиболее простой и эффективный способ очистки воздуха водой в каме­рах орошения совместно с процессами увлажнения или осушки воздуха. Однако некоторая пыль (сажа, уголь) не поддаются смачиванию.

Дезинфекция воздуха, содержа­щего патогенные (болезнетворные) микроорганизмы, достигается иони­зацией, ультрафиолетовыми лучами бактерицидных ламп (в операцион­ных, в перевязочных) и путем на­грева удаляемого воздуха помещения электронагревателями или дымовыми газами.