Технология фрикулинга для технологической вентиляции

Особенностью зоны умеренного континентального климата, в которой находится Украина, являются низкие температуры воздуха на улице в холодное время года. Поэтому можно использовать для охлаждения серверного или технического помещения в зимнее время года, просто холодный воздух с улицы. В этом случае промышленная вентиляция не требует большой энергии на отведение избыточного тепла – легче вывести горячий воздух наружу, а снаружи забрать уже холодный. Такая технология называется фрикулингом, и реализована в большинстве современных прецизионных кондиционеров. В режим работы с использованием холодного наружного воздуха, кондиционер может переключаться автоматически, по достижении достаточно низкой температуры этого воздуха.

Для современного оборудования, а особенно для вычислительной техники типа серверов или рабочих станций, важно чтобы температура воздуха в помещении контролировалась в очень узком интервале, с точностью до нескольких градусов. Если использовать кондиционер типа «открытая форточка», то любое колебание температуры на улице (что случается практически каждый день) в лучшем случае приведет к перегреву или переохлаждению вашей аппаратуры. Когда же холодный воздух подается через систему промышленной вентиляции, работающую в режиме фрикулинга, то он обязательно направляется именно на стойки с оборудованием, нуждающиеся в охлаждении. Таким образом, работают специально предназначенные для серверных помещений кондиционеры.

В технологии фрикулинг, уровень влажности подаваемого системой промышленной вентиляции воздуха в обязательном порядке подгоняется под оптимальный уровень влажности для данного помещения.

Когда по улице проедет грузовик и поднимет горы пыли, система промышленной вентиляции, которая работает в режиме фрикулинга, аккуратно эту пыль отфильтрует, и пропустит внутрь серверного помещения холодный, очищенный воздух.

И финальное преимущество технологии фрикулинга перед кондиционерами типа "открытая форточка" и просто кондиционерами – это значительная экономия электроэнергии, в таком режиме работы энергопотребление сводится к минимуму, до нескольких сот Ватт.

Промышленная вентиляция требует серьезного подхода к проектированию и монтажу установок и коммуникаций.

Как правило, системы промышленной вентиляции состоят из следующих компонентов:

1. Устройства притока чистого и выброса отработанного воздуха;

2. Вентиляционная камера;

3. Вентилятор;

4. Шумоглушитель;

5. Сеть воздуховодов;

6. Воздухораспределительные устройства;

7. Регулирующие устройства;

8. Системы автоматики.

Основные параметры промышленных вентиляторов:

• Кратность по воздуху (м³/ч).

• Производительность по воздуху (м³/ч).

• Рабочее давление (кПа).

• Скорость потока воздуха (м/с).

• Мощность калорифера (кВт).

• Уровень шума (дБ).

Выбор конкретных моделей промышленных вентиляторов и приточно-вытяжных установок зависит от размера, расположения и назначения вентилируемых помещений, а так же от количества находящихся там людей и определяется в соответствии со СНиП.

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА

Кондиционирование воздуха - это создание и автоматическое поддержание (регулирование) в закрытых помещениях всех или отдельных его параметров (температуры, влажности, чистоты, скорости движения воздуха) на определенном уровне с целью обеспечения оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей или ведения технологического процесса. Кондиционирование воздуха осуществляется компексом технических средств, называемым системой кондиционирования воздуха. В состав систем кондиционирования входят технические средства забора воздуха, подготовки, т.е. придания необходимых кондиций (фильтры, теплообменники, увлажнители или осушители воздуха), перемещения (вентиляторы) и его распределения, а также средства хладо- и теплоснабжения, автоматики, дистанционного управления и контроля. Cистемы кондиционирования больших общественных, административных и производственных зданий обслуживаются, как правило, комплексными автоматизированными системами управления.

Автоматизированная система кондиционирования поддерживает заданное состояние воздуха в помещении независимо от колебаний параметров окружающей среды (атмосферных условий).

Основное оборудование системы кондиционирования для подготовки и перемещения воздуха агрегатируется (компонуется в едином корпусе) в аппарат, называемый кондиционером. Во многих случаях все технические средства для кондиционирования воздуха скомпонованы в одном блоке или в двух блоках, и тогда понятия «система кондиционирования» и «кондиционер» однозначны.

Современные системы кондиционирования могут быть классифицированы по следующим признакам:

· по основному назначению (объекту применения): комфортные и технологические;

· по принципу расположения кондиционера по отношению к обслуживаемому помещению: центральные и местные;

· по наличию собственного (входящего в конструкцию кондиционера) источника тепла и холода: автономные и неавтономные;

· по принципу действия: прямоточные, рециркуляционные и комбинированные;

· по способу регулирования выходных параметров кондиционированного воздуха: с качественным (однотрубным) и количественным (двухтрубным) регулированием;

· по степени обеспечения метеорологических условий в обслуживаемом помещении: первого, второго и третьего класса;

· по количеству обслуживаемых помещений (локальных зон): однозональные и многозональные;

· по давлению, развиваемому вентиляторами кондиционеров: низкого, среднего и высокого давления.

Кроме приведенных классификаций, существуют разнообразные системы кондиционирования, обслуживающие специальные технологические процессы, включая системы с изменяющимися во времени (по определенной программе) метеорологическими параметрами.

Комфортные системы кондиционирования предназначены для создания и автоматического поддержания температуры, относительной влажности, чистоты и скорости движения воздуха, отвечающих оптимальным санитарно-гигиеническим требованиям для жилых, общественных и административно-бытовых зданий или помещений.

Технологические системы кондиционирования предназначены для обеспечения параметров воздуха, в максимальной степени отвечающих требованиям производства. Технологическое кондиционирование в помещениях, где находятся люди, осуществляется с учетом санитарно-гигиенических требований к состоянию воздушной среды.

Центральные системы кондиционирования снабжаются извне холодом (доставляемым холодной водой или хладагентом), теплом (доставляемым горячей водой, паром или электричеством) и электрической энергией для привода электродвигателей вентиляторов, насосов и пр.

Центральные системы кондиционирования расположены вне обслуживаемых помещений и кондиционируют одно большое помещение, несколько зон такого помещения или много отдельных помещений. Иногда несколько центральных кондиционеров обслуживают одно помещение больших размеров (производственный цех, театральный зал, закрытый стадион или каток).

Центральные системы кондиционирования оборудуются центральными неавтономными кондиционерами, которые изготавливаются по базовым (типовым) схемам компоновки оборудования и их модификациям.

Центральные системы кондиционирования обладают следующими преимуществами:

· возможностью эффективного поддержания заданной температуры и относительной влажности воздуха в помещениях;

· сосредоточением оборудования, требующего ремонта, как правило, в одном месте (подсобном помещении, техническом этаже и т.п.);

· возможностями обеспечения эффективного шумо- и виброгашения.

С помощью центральных систем кондиционирования при надлежащей акустической обработке воздуховодов, устройстве глушителей шума и гасителей вибрации можно достигнуть наиболее низких уровней шума в помещениях и обслуживать такие помещения, как радио- и телевизионные студии и т.п. Несмотря на ряд достоинств центральных систем кондиционирования, надо отметить, что крупные габариты и проведение сложных строительно-монтажных работ по установке кондиционеров, прокладке воздуховодов и трубопроводов часто приводят к невозможности применения этих систем в существующих реконструируемых зданиях.

Местные системы кондиционирования разрабатывают на базе автономных и неавтономных кондиционеров, которые устанавливают непосредственно в обслуживаемых помещениях.

Достоинством местных систем кондиционирования является простота установки и монтажа.

Такая система может применяться в большом ряде случаев:

· в существующих жилых и административных зданиях для поддержания теплового микроклимата в отдельных офисных помещениях или в жилых комнатах;

· во вновь строящихся зданиях для отдельных комнат, режим потребления холода в которых резко отличается от такого режима в большинстве других помещений, например, в серверных и других насыщенных тепловыделяющей техникой комнатах административных зданий. Подача свежего воздуха и удаление вытяжного воздуха при этом выполняется, как правило, центральными системами приточно-вытяжной вентиляции;

· во вновь строящихся зданиях, если поддержание оптимальных тепловых условий требуется в небольшом числе помещений, например, в ограниченном числе номеров - люкс небольшой гостиницы; в больших помещениях как существующих, так и вновь строящихся зданий: кафе и ресторанах, магазинах, проектных залах, аудиториях и т.д.

Автономные системы кондиционирования снабжаются извне только электрической энергией, например, кондиционеры сплит - систем, шкафные кондиционеры и т.п.

Такие кондиционеры имеют встроенные компрессионные холодильные машины, работающие, как правило, на фреоне R-22 или R-410A.

Автономные системы охлаждают и осушают воздух, для чего вентилятор продувает рециркуляционный воздух через поверхностные воздухоохладители, которыми являются испарители холодильных машин. В переходное и зимнее время они могут производить подогрев воздуха с помощью электрических подогревателей или путем реверсирования работы холодильной машины по циклу так называемого «теплового насоса».

Наиболее простым вариантом, представляющим децентрализованное обеспечение в помещениях температурных условий, можно считать применение кондиционеров типа сплит - систем.

Неавтономные системы кондиционирования подразделяются на:

· воздушные, при использовании которых в обслуживаемое помещение подается только воздух (мини - центральные кондиционеры, центральные кондиционеры);

· водовоздушные, при использовании которых в кондиционируемые помещения подводятся воздух и вода, несущие тепло или холод, либо то и другое вместе (системы чиллеров - фанкойлов, центральные кондиционеры с местными доводчиками и т.п.).

Однозональные центральные системы кондиционирования применяются для обслуживания больших помещений с относительно равномерным распределением тепла, влаговыделений, например, больших залов кинотеатров, аудиторий и т.д. Такие СКВ, как правило, комплектуются устройствами для утилизации тепла (теплоутилизаторами) или смесительными камерами для использования в обслуживаемых помещениях рециркуляции воздуха.

Многозональные центральные системы кондиционирования применяют для обслуживания больших помещений, в которых оборудование размещено неравномерно, а также для обслуживания ряда сравнительно небольших помещений. Такие системы более экономичны, чем отдельные системы для каждой зоны или каждого помещения. Однако с их помощью не может быть достигнута такая же степень точности поддержания одного или двух заданных параметров (влажности и температуры), как автономными системами кондиционирования (кондиционерами сплит - систем и т.п.).

Рис. 6.1. Принципиальная схема тепло - холодоснабжения с круглогодичным режимом работы системы кондиционирования воздуха с чиллером и фанкойлами

НЦ – насос циркуляционный; НПП – насос подпиточный; РБ – расширительный бак; ПК – предохранительный клапан; ОК – обратный клапан; Ф – фильтр; РТ – регулятор температуры; ТО – теплообменник.

Рис. 6.2. Принципиальная схема многозональной СКВ

1 – воздухоприемная камера; 2 - местный доводчик; 3 - воздуховод; 4 - вентилятор; 5 – центральный кондиционер

Прямоточные системы кондиционирования полностью работают на наружном воздухе, который обрабатывается в кондиционере, а затем подается в помещение.

Рис. 6.3. Принципиальная схема центральной прямоточной СКВ

Рециркуляционные системы кондиционирования, наоборот, работают без притока или с частичной подачей (до 40%) свежего наружного воздуха или на рециркуляционном воздухе (от 60 до 100%), который забирается из помещения и после его обработки в кондиционере вновь подается в это же помещение.

Рис. 6.4. Принципиальная схема центральной рециркуляционной (замкнутой) СКВ

Классификация кондиционирования воздуха по принципу действия на прямоточные и рециркуляционные обусловливается, главным образом, требованиями к комфортности, условиями технологического процесса производства либо технико-экономическими соображениями.

Центральные системы кондиционирования с качественным регулированием метеорологических параметров представляют собой широкий ряд наиболее распространенных, так называемых одноканальных систем, в которых весь обработанный воздух при заданных кондициях выходит из кондиционера по одному каналу и поступает далее в одно или несколько помещений.

При этом регулирующий сигнал от терморегулятора, установленного в обслуживаемом помещении, поступает непосредственно на центральный кондиционер.

Системы кондиционирования с количественным регулированием подают в одно или несколько помещений холодный и подогретый воздух по двум параллельным каналам. Температура в каждом помещении регулируется комнатным терморегулятором, воздействующим на местные смесители (воздушные клапаны), которые изменяют соотношение расходов холодного и подогретого воздуха в подаваемой смеси.

Двухканальные системы используются очень редко из-за сложности регулирования, хотя и обладают некоторыми преимуществами, в частности, отсутствием в обслуживаемых помещениях теплообменников, трубопроводов тепло-холодоносителя; возможностью совместной работы с системой отопления, что особенно важно для существующих зданий, системы отопления которых при устройстве двухканальных систем могут быть сохранены.

Недостатком таких систем являются повышенные затраты на тепловую изоляцию параллельных воздуховодов, подводимых к каждому обслуживаемому помещению.

Двухканальные системы так же как и одноканальные, могут быть прямоточными и рециркуляционными.

Кондиционирование воздуха, согласно СНиП 2.04.05 - 91*, по степени обеспечения метеорологических условий подразделяются на три класса:

Первый класс - обеспечивает требуемые для технологического процесса параметры в соответствии с нормативными до­кументами.

Второй класс - обеспечивает оптимальные санитарно-гигиенические нормы или требуемые технологические нормы.

Третий класс - обеспечивает допустимые нормы, если они не могут быть обеспечены вентиляцией в теплый период года без применения искусственного охлаждения воздуха.

По давлению, создаваемому вентиляторами центральных кондиционеров, СКВ подразделяются на системы низкого давления (до 100 Па), среднего давления (от 100 до 300 Па) и высокого давления (выше 300 Па).

Системы промышленного кондиционирования используются для создания благоприятного микроклимата в промышленных и производственных предприятиях. Отличительной особенностью данного климатического оборудования является повышенная мощность и надежность составляющих системы. Высокие требования к данным характеристикам обусловлены тем, что системы промышленного кондиционирования в отличие от бытовых больше подвержены нагрузке, поскольку вынуждены работать на притяжении всего рабочего дня. А большая мощность промышленным кондиционерам необходима для поддержания заданной температуры и влажности во всем помещении предприятия, площадь которого зачастую велика.

Рис. 6.5. Центральный секционный кондиционер типа Кр

1 - смесительная камера; 2 - утепленный клапан; 3 - регулирующий клапан; 4 - противопыльный фильтр; 5 - воздушная камера; 6 - секция первого подогрева; 7 - форсуночная камера орошения; 8 - секция второго подогрева; 9 - переходная секция; 10 - вентилятор; 11 - опоры

Системы промышленного кондиционирования могут формироваться из различного оборудования, например, из центральных кондиционеров, прецизионных кондиционеров, чиллер фанкойлов, мультизональных VRF и VRV систем, крышных кондициониров. Конкретный тип оборудования выбирается в зависимости от типа и размера помещения, а также от предназначения промышленных кондиционеров. Так, например, для промышленного склада оптимальным вариантом станет прецизионный кондиционер, поскольку он обладает высокой мощностью и способен поддерживать заданную температуру даже в больших площадях. Для предприятия с несколькими отдельными помещениями, например мастерскими, отделами, офисами, рекомендуется установить систему чиллер фанкойл, поскольку она позволяет оснастить каждую комнату при минимальных затратах на оборудование и электроэнергию. В данном оборудовании используется один мощный чиллер к которому подключаются фанкойлы, установленные в каждой комнате.

Также выбор конкретного типа промышленного кондиционирования зависит от предназначения системы, например это может быть охлаждение воздуха в производственных объектах с тепловырабатываемым оборудованием, это может быть подогрев воздуха в холодное время года, также в некоторых случаях требуются системы для сушки излишне увлажненного воздуха или наоборот увлажнение сухого воздуха.

Системы промышленного кондиционирования являются весьма сложными устройствами, которые требуют опытного и профессионального подхода к выбору, установке и техническому обслуживанию.