Рециркуляция в системах приточной вентиляции

Рециркуляция в системах приточной вентиляции

Введение

вентиляция приточный автоматизация управление

Проблемы энергосбережения приобретают все большую актуальность в современных условиях. Современное энергоснабжение более чем на 80% базируется на невозобновляемых источниках энергии. Именно поэтому остро встает вопрос о снижении энергозатрат. Мировое сообщество, предпринимает огромные усилия по изысканию новых технологических и технических решений, направленных на сокращение потребляемой энергии [Козина]. Европейский комитет по стандартизации планирует внедрить в 2020 году директиву «Energy Perfomance of Buildings Directive», предусматривающую минимальные требования для отдельных компонентов здания. В эту директивую также будет входить пункт о сертификации энергоэффективности вентиляции и кондиционирования воздуха.

Широко известны традиционные методы энергосбережения, связанные с уменьшением тепловых потерь, вместе с тем, существуют инженерно-технические решения специализированного характера, обеспечивающие средствами рациональной организации и конструктивного оформления систем вентиляции и кондиционирования воздуха существенное снижение энергопотребления. К числу подобных решений относится частичная либо полная рециркуляция воздуха [4].

Цель и задачи исследования. Основная цель данной работы - рассмотреть энергосбережение за счет применения рециркуляции в системах приточной вентиляции.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

проанализировать сущность и назначение рециркуляции в системе приточной вентиляции;

рассмотреть применение систем с использованием рециркуляции и

мероприятия по энергосбережению в системах вентиляции;

изучить алгоритм работы вентиляционной системы;

Объектом исследования является приточно-вытяжная вентиляция.

Предмет - процесс рециркуляции в системах приточной вентиляции.

1.      Приточная система вентиляции

Вентиляция разделяется на два класса: естественная и механическая. Механическая вентиляция в силу своей высокой эффективности получила преимущественное распространение при проектировании производственных и складских помещений. Она подразделяется: на местную (для удаления каких-либо вредных веществ из рабочей зоны), общеобменную (приточная, вытяжная, приточно-вытяжная) и аварийную, которая используется для дымоудаления на начальных стадиях пожара для обеспечения эвакуации людей, а также удаления вредных веществ при превышении их ПДК [3].

Приточная система вентиляции осуществляет: фильтрацию свежего воздуха в помещение, подачу воздуха в систему воздухоотводов для дальнейшей раздачи по помещениям, нагрев воздуха при необходимости (в холодное время года), охлаждение воздуха (в теплое время года).

Приточная установка состоит из корпуса, где смонтированы фильтр, водяной или электрический калорифер вентилятор, система автоматики звукоизоляционный материал (рис 1).

Типы приточных установок:

- по типу нагревателя - с водяным или электрическим калорифером;

по конструктивному исполнению - для вертикального монтажа горизонтального монтажа или универсальные;

по типу охладителя - с водяным или фреоновым воздухоохладителем.

.2 Рециркуляция в приточной системе вентиляции

Рециркуляция - это процесс подмешивания к наружному воздуху, подаваемому приточной установкой с улицы, внутреннего воздуха и подачи в помещение данной смеси (СниП 41-01-2003). Иными словами такой процесс является повторным применением отработанного внутреннего воздуха.

В приточно-вытяжных вентиляционных системах рециркуляция не подразумевает обработку только внутреннего воздуха в помещении. В холодное время года частичная рециркуляция в системах приточно-вытяжной вентиляции применяется с целью экономии тепла, уходящего на подогрев воздуха. В теплое время года рециркуляция наоборот, применяется для снижения нагрузки на встроенный в климатическую систему канальный кондиционер [8].

Система рециркуляции воздуха

В режиме рециркуляции не происходит никакого воздухообмена, часть воздуха, удаляемого из помещений, после соответствующей очистки от производственных вредностей снова направляется в помещение.

При использовании принципа рециркуляции необходимо соблюдать следующие условия:

количество чистого приточного воздуха должно составлять не менее 10% от общего количества воздуха подаваемого в помещение;

воздух, поступающий в помещение, должен содержать не более 30% вредных веществ по отношению к их предельно допустимой концентрации.

Применение рециркуляции недопустимо в помещениях, в воздушной среде которых могут быть вредные вещества 1, 2 и 3-го классов опасности, неприятные запахи и болезнетворные микроорганизмы или возможно резкое увеличение концентрации вредных и взрывоопасных пылей, паров и газов (в производствах категории А, Б, В1-В4 по взрывопожарной опасности) [14].

Следует подчеркнуть, что рециркуляция не является обязательной. Существуют системы с переменным расходом воздуха, подающие только наружный воздух, требуемое количество которого определяется по сигналам датчика углекислого газа или влажности. Чаще всего это системы кондиционирования специальных помещений, позволяющие за счет охлаждения получить низкие температуры приточного воздуха в летний период, и тем самым существенно сократить требуемый воздухообмен по тепловым избыткам. Для вентиляции же общественных зданий использование рециркуляции является почти обязательным.

Общая схема работы приточно-вентиляционной системы с рециркуляцией такова: через приток в помещение подается уличный воздух, который спустя некоторое время затягивается в систему вытяжки. Часть его безвозвратно выбрасывается на улицу, а часть поступает в смесительную камеру. Там воздух перемешивается со свежим притоком, охлаждая или нагревая его (зависит от типа и настроек системы), далее уже поступает в калорифер или кондиционер, из которых по вентиляционным трубам снова поступает в помещение. Основная цель рециркуляции - снижение нагрузки на системы обработки воздуха (калориферы, кондиционеры).

Чаще всего для организации приточно-вытяжной вентиляции с рециркуляцией применяется схема, основанная на использовании связки фанкойла и чиллера. Фанкойл заменяет внутренний блок кондиционера, работая активной батареей. Это сборный агрегат, в котором располагается дренаж для организации оттока конденсата, образующегося в летний период, вентилятор, теплообменник и воздушный фильтр. Чиллер - водяной калорифер, который в зависимости от времени года подогревает или охлаждает воду, далее передающую свою температуру поступающему воздуху.

Регулирование температуры теплоносителя в чиллере осуществляется с пульта управления. Данная система позволяет осуществлять полноценное или частичное воздушное отопление зимой и кондиционирование летом. Объем помещения значения не имеет, так как существуют системы, разработанные специально для супермаркетов и прочих больших строений. Преимущество данной системы заключается в возможности вентилирования в едином климатическом режиме большого количества помещений в одном здании. Разводка точек втягивания и выхлопа воздуха от фанкойла осуществляется с помощью стандартных вентиляционных воздуховодов.

Что касается управления рециркуляцией, то оно осуществляется с помощью дистанционно регулируемых заслонок или решеток, управление которыми выполняется с пульта. Температура поступающего воздуха различается в зависимости от времени года, тогда как температура приточного воздуха, подаваемого в помещение, должна быть комфортной. Ее необходимое значение выставляется на пульте управления. Чиллер нагревает или охлаждает уличный воздух до заданного значения, он поступает в теплообменник, смешиваясь с возвращенным из помещения воздухом, в результате чего из приточного диффузора он выходит с оптимальной температурой.

Количество воздуха, который необходимо забирать из помещения подмешивать к уличному, зависит от заданных параметров температуры в помещении. Именно по данному критерию определяется устанавливаемое положение заслонок. Сами заслонки монтируются в точках забора воздуха из помещения, а также на магистрали забора уличного воздуха. Управление заслонками синхронизировано и осуществляется с пульта. Его параметры настраиваются специалистами в каждом случае индивидуально.

Рециркуляция с помощью одного потолочного вентилятора и разведенных в пределах одного помещения воздуховодов не предназначена для подачи или изменения объема притока наружного воздуха. Такие схемы, лишенные фанкойла и подключения к забору уличного воздуха применяются в ряде типов помещений (кафе, магазины, административные здания) исключительно для увеличения подвижности воздуха в рабочей зоне.

Данный вариант нельзя назвать полноценной рециркуляцией, ведь при нем воздух забирается из одной части помещения в другую, чтобы он не застаивался.

Рециркуляция по данной схеме довольно распространена. В фанкойле присутствует теплообменник для охлаждения или подогрева воздуха, и промышленный вентилятор, осуществляющий его перемещение. Фактически, это канальный кондиционер, точнее его аналог. Такая система монтируется отдельно от основной приточно-вытяжной вентиляции и работает следующим образом: в одних зонах помещения забирается воздух, по воздуховодах подается в теплообменник, где подогревается или охлаждается, после чего другой сетью воздуховодов отправляется в другие зоны помещения.

Применение данной системы можно считать рациональным в малых и средних помещениях, где приточно-вытяжная вентиляция представлена, например, только стеновыми вентиляторами, смонтированными в вентиляционные шахты. Здесь выполнение полноценной комбинированной рециркуляционной вентиляции затруднено и нецелесообразно, а такой подход позволит создать приемлемый микроклимат при минимальных затратах без необходимости полной переделки всей вентиляции.

Рециркуляция при помощи фанкойла с подмешиванием уличного воздуха.

Основой здесь выступает та же самая система с фанкойлом, что и в предыдущем случае, с единственным отличием - она имеет возможность забирать воздух и с улицы. Уличный забор регулируется вручную или автоматически управляемой заслонкой. Ее применение оправдано в основном тогда, когда в помещении уже смонтирована эффективная приточно-вытяжная вентиляция, модернизировать которую нет желания или возможности.

Такая система может применяться для нагрева или охлаждения воздуха в помещении, а также в качестве вспомогательной приточной установки.

Приточная вентиляция обеспечивает подачу в производственные помещения чистого воздуха. Она может применяться в производственных помещениях со значительными тепловыделениями и малой концентрацией вредностей. При этом загрязненный воздух удаляется через фрамуги, дефлекторы или вентиляционные воздуховоды, не только вследствие теплового напора, ветрового побуждения, но и благодаря подпору, создаваемому приточной вентиляцией.

Свежий приточный воздух по воздухопроводам направляют в различные зоны производственного помещения и через распределительные насадки подают в рабочую зону (рис.).

Схема работы приточной вентиляции

Приточно-вытяжная вентиляция применяется во всех производственных помещениях, когда требуется повышенный и особо надежный обмен воздуха. При этом виде вентиляции целесообразно в производственных помещениях с малыми выделениями вредностей создавать небольшой подпор воздуха, а в смежных с ними помещениях со значительными выделениями вредностей такого подпора (избыточного давления) воздуха не создавать. Этим будет обеспечена своеобразная изоляция производственных помещений с малыми выделениями вредностей от проникновения в них загрязненного воздуха из смежных помещений.

Устройства для подачи в производственное помещение свежего воздуха располагают со стороны, противоположной фронту обслуживания оборудования. Высота устройств для забора воздуха может быть принята различной, чтобы загрязненный воздух перемещался в направлении его естественного движения. Пыль, а также пары и газы более тяжелые, чем воздух, скапливаются в нижних зонах помещения, где и следует располагать приемные устройства.

Рециркуляция воздуха в системе приточно-вытяжной вентиляции применяется в холодное время года в целях экономии тепла, затрачиваемого на подогрев воздуха. При рециркуляции часть воздуха, удаляемого из помещений, после соответствующей очистки от производственных вредностей снова направляется в помещение [8].

Например, для зрительных залов расчетный воздухообмен (РВО) по теплому периоду получается существенно больше, чем по холодному (ХП) и переходному (ПП) периодах. Причиной этого является достаточно малая разница температур приточного воздуха и удаляемого воздуха, в летний период, так как согласно норм внутренняя температура может быть всего на 3 градуса выше температуры наружного воздуха. Существенному повышению температуры воздуха, который удаляется, препятствует малое значение градиента температуры, вызванное низкой температурой источников теплоты (люди) и подача воздуха в верхнюю зону, что способствует перемешиванию воздуха в помещении и выравниванию температуры по высоте. В этих условиях спроектированная система вентиляции, работает с постоянной производительностью все периоды года, в ХП и ПП приходится подавать большое избыточное количество приточного воздуха. Если брать приточный воздух из атмосферы при низкой температуре, то существенно возрастают затраты энергии на нагрев воздуха. Нужное же количество воздуха, как правило, существенно меньше, и определяется воздухообменом по углекислому газу или по санитарной норме. Чтобы избежать лишнего расхода энергии на нагрев воздуха, применяют рециркуляцию внутреннего воздуха. Рециркуляция воздуха - это повторное использование отработанного внутреннего воздуха. Рециркуляция осуществляется в основном с целью экономии тепловой энергии в холодный и переходный периоды года, так как при этом приходится нагревать не весь приточный воздух, а лишь наружный воздух, необходим для дыхания людей. Кроме того, использование рециркуляции позволяет стабилизировать режим распределения воздуха в помещении, так как система работает при постоянном расходе и скорости приливных струй имеют постоянное значение во все периоды года. Следует подчеркнуть, что рециркуляция не является обязательной. Существуют системы с переменной расходом воздуха, которые подают только наружный воздух, необходимое количество которого определяется по сигналам датчика углекислого газа или влажности. Чаще всего - это системы кондиционирования специальных помещений, которые позволяют за счет охлаждения получить низкие температуры приточного воздуха в летний период и тем самым существенно сократить необходимый воздухообмен по тепловым излишках. Для вентиляции общественных зданий использования рециркуляции является почти обязательным. Рассмотрим основные соотношения. При температуре внутреннего воздуха 25° С (летний режим) человек выделяет приблизительно 60 Вт явной теплоты и примерно 50 г. / ч влаги. Выделение полной теплоты составляет 95 Вт.

Воздуховоды

Если пренебречь другими источниками тепла, то значение углового коэффициента луча процесса в помещении будет

ε = 3600 · 95/50 = 6840 кДж / кг.

Такое значение луча процесса говорит о том, что количество явного и скрытого тепла сопоставимы, однако явное тепло более скрытое. Примем разницу температур приточного воздуха и удаляемого воздуха, равной 5° С. Тогда необходимый удельный воздухообмен на одного человека по явному теплу будет G = 3,6 · 60/5 = 42 кг / час. Минимально необходимый воздухообмен на одного человека по санитарной норме равен 20 м³, или G = 1,2 · 20 = 24 кг / час. Таким образом, расчетный воздухообмен по теплому периоду примерно в 2 раза больше минимально необходимого по наружному воздуху. Чтобы можно было подавать только наружный воздух, необходимо иметь разность температур приточного воздуха и удаляемого воздуха, 9-10° С, что достижимо в теплый период только при использовании охлаждения наружного воздуха и требует перехода к системе кондиционирования. Для холодного и переходного периодов расчетная температура составляет 18 - 20° С. При такой температуре один человек в состоянии покоя выделяет около 100 Вт явной теплоты и около 40 г. / ч влаги. Выделение полной теплоты составляет 120 Вт.

При отсутствии других источников теплоты значение углового коэффициента луча процесса в помещении будет

ε = 3600 · 120/40 = 108000 кДж / кг.

Такое значение луча процесса говорит о том, что в эти периоды количества явного тепла существенно больше, чем скрытого, и луч процесса идет почти вертикально. Таким образом, в холодный период основной вредностью является явное тепло, а влажностью можно пренебречь. Учитывая низкую температуру наружного воздуха можно существенно снизить и температуру приточного воздуха, однако слишком низкая температура при неудачном распределении воздуха может вызвать локальное переохлаждение отдельных зон помещения и ощущение холодного сквозняка у людей. Практика показывает, что в зрительных залах можно довести разницу температур приточного воздуха и удаляемого воздуха, до 8 - 10° С.

Тогда необходимый удельный воздухообмен на одного человека по явному теплу будет при= 3,6 · 100/8 = 45 кг / ч; G = 3,6 · 100/10 = 36 кг / час.

Как видно, необходимый воздухообмен по тепловым излишках имеет примерно то же значение, что и летом. Причиной этого является увеличение выделения явного тепла человеком при более низкой температуре внутреннего воздуха. Минимально необходимый воздухообмен на одного человека по санитарной норме останется прежним - 24 кг / час. Таким образом, даже для холодного и переходного периодов года трудно обеспечить работу только на наружном воздухе. Кроме того, снижению производительности системы допустимо только в том случае, если схема распределения воздуха позволяет при этом обеспечить необходимую его подвижность в рабочей зоне. Вышеприведенные соображения подводят нас к выводу о необходимости применения рециркуляции воздуха в большинстве общественных зданий. Отметим, что для различных офисных и конторских помещений, в отличие от зрительных залов и им подобных помещений, характерно относительно небольшое количество людей. Поэтому необходимый воздухообмен по санитарной норме для таких помещений небольшой. А воздухообмен по явному теплу оказывается существенно большим, потому что в тепловыделение человека добавляются поступления тепла от компьютеров и освещение, а летом существенную долю составляют теплопоступления от солнечной радиации через большую удельную площадь остекления [13].

Основным принципом работы приточной вентиляции является подача свежего воздуха в вентилируемое помещение. Как правило, взамен удаленного подается предварительно отфильтрованный воздух, а, при необходимости, - еще и подогретый либо охлажденный. Поэтому обеспечить полноценную общеобменную приточную вентиляцию можно только искусственным (механическим) путем. Широкое применение приточная система нашла в вентиляции гостиниц и офисных зданий.

Вытяжная вентиляция Основной задачей общеобменной вытяжной системы вентиляции является удаление загрязненного воздуха из помещения. Областью применения вытяжной вентиляции являются места выделения загрязнений, например, рабочий цех на производстве, санузлы, кухонные помещения.

Если источник загрязнений расположен локально, можно применить местную вытяжную систему вентилирования. В случае небольшого объема вентилируемого помещения можно установить естественную общеобменную вытяжную систему.

Центральное охлаждение приточного воздуха

При проектировании системы холодоснабжения может возникнуть необходимость внедрения в систему вентиляции, например, в приточный агрегат или воздуховод, специальной охлаждающей секции. При этом к секции охлаждения подключается расположенное на улице холодильное оборудование такое, как чиллер или наружный компрессорно-конденсаторный блок. Благодаря этой мере, организуется кондиционирование вентиляции путем охлаждения подаваемого с улицы воздуха.

Руфтоп (Крышный кондиционер и воздуховоды к нему) представляет собой модель кондиционера, состоящего из одного наружного блока и устанавливающегося на крыше здания. В процессе кондиционирования воздух из помещений по воздуховодам поступает в руфтоп, где происходит его охлаждение. Обратная подача воздуха проводится по другим воздуховодам. Зачастую руфтоп примешивает к рециркуляционному воздуху уличный. Для обогрева воздуха, который поступает с улицы в холодное время года в руфтопе предусмотрена специальная функция. В качестве источника тепла может быть использовано тепло из системы центрального отопления, либо же газовая горелка.

Из-за экономности и эффективности руфтопы нашли широкое распространение в системах кондиционирования торговых центров, магазинов, гостиниц для обеспечения охлаждения и вентилирования воздуха в помещениях.

Чиллеры и фанкойлы

Фанкойл (fancoil) представляет собой внутренний блок-доводчик системы холодоснабжения, работающий на холоде, поступающем от чиллера. Внешней разницы между фанкойлами и внутренними блоками фреоновой системы практически нет.

Чиллер (chiller) является холодильным агрегатом, используемым в центральных системах кондиционирования, и выполняет роль внешнего блока. Благодаря чиллеру, происходит охлаждение теплоносителя с последующей передачей его по системе трубопроводов во внутренние блоки (фанкойлы).

Отличием фанкойла от внутреннего блока системы VRV является то, что в первом случае за подачу ледяной воды отвечает чиллер, а во втором - охлажденный фреон поступает из наружного блока системы VRF.

Область применения той или иной системы четко разделена:

Понятие централизованного холодоснабжения часто имеет противоречивые трактовки. Во времена советской власти центральным кондиционером считалась система приточной вентиляции, снабженная секцией охлаждения. В настоящее время центральным кондиционером принято считать практически любую многокомпонентную систему кондиционирования, например, мультисплит, система «фанкойл-чиллер», VRV (VRF), а также система охлаждения воздуха в установке приточной вентиляции.

По сути, централизованное холодоснабжение является разветвленной транспортной системой холода по зданию.

Благодаря централизованной системе холодоснабжения, исключаются такие отрицательные явления, как повышенная температура в помещениях, что создает большой психологический и физический дискомфорт для посетителей и работников здания [13].

2. Энергосбережение в системах вентиляции

Важный аспект любого объекта - это стоимость эксплуатации. Ведь расходы, которые несет владелец здания в течение нескольких лет эксплуатации здания, сопоставимы со стоимостью строительства. Поэтому все участники проекта должны уделить важную роль способам минимизации энергопотребления объекта, что, естественно, должно привести к оптимизации эксплуатационных расходов [6, с. 12].

Одним из методов энергосбережения является рециркуляция. Для этого вентиляционными приточно-вытяжными установками с функцией рециркуляции к приточному уличному воздуху подмешивается 30-70% вытяжного воздуха из помещений. Это позволяет в холодное время года существенно снизить затраты на электрическую и тепловую энергию.

Абсорбционный чиллер представляет собой холодильный агрегат, работающий по абсорбционному циклу. Поставщиков энергии выступает тепло греющего пара или горячего водоснабжения, а зачастую роль энергоносителя отводится природному газу. Использование абсорбционных холодильных агрегатов является оптимальным вариантом в случае ограниченного доступа к электроэнергии или ее высокой стоимости [13].

.1 Мероприятия по энергосбережению в системах вентиляции

Основное требование к состоянию воздушной среды в жилых, общественных, производственных помещениях, в промышленных зданиях и сооружения, а также организации воздухообмена в помещениях с вредными выделениями заключается в том, что воздушные завесы должны быть обеспечены системами отопления, вентиляции (приточной и вытяжной) и кондиционирования воздуха в пределах расчетных параметров наружного воздуха.

Периодический режим работы систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

Периодические режимы работы систем вентиляции и кондиционирования воздуха применяют для стабилизации температуры, влагосодержания и газового состава воздуха. Они наиболее эффективны при обслуживании помещений большого объема в общественных зданиях с переменным заполнением (зрительные, торговые, спортивные залы, залы ожидания), где одновременно изменяются температура, влажность и состав воздуха (содержание углекислого газа и кислорода).

Снижение энергопотребления системами вентиляции и кондиционирования воздуха обеспечивается изменением расхода воздуха требуемых параметров, применением сложных и дорогостоящих воздухораспределителей, использованием совершенных методов регулирования работы вентилятора, сложной системы автоматизации. Альтернативным способом регулирования систем может служить периодическое вентилирование помещений в зависимости от состояния воздуха помещения, чем и обеспечивается экономия электрической и тепловой энергии. Продолжительность перерыва зависит от кратности воздухообмена, объема помещения, состава воздуха. Функциональные схемы автоматического управления контролируют концентрацию углекислого газа, изменения влажности и температуры воздуха.

Устройство воздушных завес.

Воздушные завесы устанавливают при входе, у открытых проемов в общественных и промышленных зданиях и сооружениях, цехах, торговых центрах, магазинах, в многоэтажных жилых зданиях при часто открывающихся входных дверях или со значительными по площади воротами. Мероприятие направлено на снижение затрат теплоты на нагрев воздуха, поступающего через входы, въезды и проемы.

Применяют комбинированные воздушно-тепловые завесы с тамбуром и без него, а забор воздуха осуществляется из помещения или снаружи. Воздушная завеса состоит из двух, симметрично расположенных пар, вертикальных воздухораспределительных стояков, установленных внутри помещения. Внутренняя пара стояков, расположенная ближе к помещению, подает подогретый (до 60°С) в калориферах воздух, а наружная пара стояков подает не подогретый воздух, забираемый из помещения. При закрытых воротах наружная пара стояков отключается, а внутренняя завеса работает в режиме отопления. При открывании ворот к работе подключается и
наружная пара стояков.

Энергосбережение достигается за счет снижения потребности в теплоте на нагрев приточного воздуха и затрат электроэнергии на его перемещение [5].

. Автоматизация управления энергоэффективных вентиляционных систем

Для экономии тепла в холодный период года используют рециркуляцию воздуха в помещении. Вентиляции с рециркуляцией воздуха представляет собой систему, где часть забираемого из помещения воздуха смешивается с холодным наружным воздухом, нагревает его до необходимой температуры и затем подает в помещение. Эта система может быть применена только в том случае, если воздух, поступающий из помещения, не содержит вредных веществ и токсичных примесей. Тогда как объем наружного воздуха в этой смеси должен соответствовать всем санитарно-гигиеническим нормам, и должен быть не меньше значения санитарной нормы, предусмотренной для данного типа помещения [12, с. 64].

Система с рециркуляцией воздуха позволяет снизить энергопотребление на нагрев воздуха, так как тепловая мощность нагревателя расходуется в основном на изменение температуры только той части воздуха, которая забирается с улицы [1].

Однако, как показал анализ нельзя при регулировании подобных систем ограничиваться лишь температурой, получаемой на выходе из канала. Поэтому для решения данной проблемы предложено использовать двухкаскадное регулирование. Первым каскадом регулирования являются пределы температуры в приточном канале, которые поддерживаются заслонками рециркуляции. Вторым каскадом являются усреднённые значения температурных датчиков, установленных в самом складском помещении, и которые регулируются путём изменения производительности вентилятора.

Таким образом, за счёт двухкаскадного регулирования будет достигнут необходимый температурный режим и сэкономлена частично электроэнергия, затрачиваемая на работу электрокалорифера.

Известна также приточно-вытяжная система с рециркуляцией и электрическим нагревателем, которую организуют, когда необходим дополнительный нагрев воздуха зимой при очень низких значениях наружной температуры, когда регулирующий клапан открыт на 100%, но теплопроизводительности заслонок не хватает. В этом случае можно подогревать воздух нагревателем. Недостатком в этом случае может быть конденсация влаги или выпадение инея в смесительной камере, обмерзание неизолированных элементов системы (клапанов). Кроме того, существует и проблема качественного смешивания воздуха. Рассмотрим систему, в которой рециркуляционный воздух поступает в камеру смешивания, например, сверху. В этом случае рециркуляционный воздух отжимает холодный приточный воздух вниз. В результате температура меняется в очень широких пределах. Таким образом, на разные участки калорифера поступает воздух с различной температурой. Автоматика с помощью регулирующего клапана на теплоносителе устанавливает такую тепловую производительность калорифера, чтобы средняя температура воздуха на выходе из системы соответствовала желаемой. Но непосредственно за калорифером профиль температуры воздуха остается по-прежнему сильно неоднородным.

Поэтому при выборе конструкции камер смешивания в условиях холодного климата с температурой ниже - 20 C следует избегать систем с малой продольной длиной. Лучший вариант - смешивать воздух каким-либо образом заранее, на достаточном расстоянии от калорифера.

Уровень рециркуляции зависит от температуры на выходе из приточного канала. Клапан рециркуляции в холодный период года работает в противофазе с основным приточным клапаном. Например, при открытом клапане рециркуляции на 20%, основной клапан приточного воздуха будет открыт на 80%. Соответственно, когда установка находится в дежурном режиме, основной клапан закрыт, а клапан рециркуляции полностью открыт.

Если уровень рециркуляции максимален, а температура притока недостаточна, то в работу включается электрический нагреватель.

Схема работы установки представлена на рисунке 1. Датчик наружной температуры необходим для автоматического переключения между режимами работы системы в тёплый и холодный период года. По показаниям датчика канальной температуры происходит регулирование процента открытия клапана рециркуляции. Реле перепада давления служат для определения работы вентиляторов, а также для определения засорения фильтров. Пожарный датчик необходим для автоматического отключения вентиляционной установки при возникновении пожара в помещении.

Исходя из параметров помещения типовым решением для предложенной задачи будет являться приточно-вытяжная установка с системой рециркуляции воздуха. В систему рециркуляции входят заслонки рециркуляции и электрический нагреватель (электрокалорифер).

Схема такой установки представлена ниже на рисунке. Составлен алгоритм работы такой установки, учитывающий многофакторную специфику работы вентиляции.

Схема работы установки приточно-вытяжной вентиляции

КПВ1 и КПВ2 - клапаны приточной вентиляции;

КР - клапан рециркуляции; Ф1 и Ф2 - фильтры;

ЭК - электрический нагреватель; ПВ - приточный вентилятор;

ВВ - вытяжной вентилятор; ДНар - датчик наружной температуры;

ДКан - датчик канальной температуры;

Д1, Д2 и Д3 - комнатные датчики температуры; ДП - пожарный датчик;

ТП - термостат перегрева электрокалорифера;

РПД1, РПД2, РПД3, РПД4 - реле перепада давления

При подаче сигнала «Пуск» на контроллер, происходит подготовкаи запуск необходимых элементов системы. По показаниям датчика наружного, контроллер определяет, что система должна работать в режиме «Зима». Запускается предварительных прогрев заслонок для защиты от поломки в случае обмерзания. После прогрева заслонки открываются, подаётся сигнал на запуск вентилятора.

Схема вентиляционной установки:

1 - электрокалорифер; 2 - шумоглушитель;

3 - ввод в помещение; 4 - канал вытяжки;

5 - воздушный фильтр; 6 - каплеуловитель;

7 - клапан притока; 8 - клапан вытяжки;

9 - клапан рециркуляции; 11-12 - вентилятор.

При температуре в канале, отличающейся от температуры установки, клапаны рециркуляции изменяют свой уровень открытия. При этом температура в самом помещении также регулируется скоростью вращения вентилятора (если необходимо подогреть воздух, то вентилятор замедляется, если охладить - ускоряется). Когда температура в канале притока и в помещении недостаточна, рециркуляция воздуха устанавливается равной 100%, а вентилятора становится минимальной. Если по истечению определённого времени температура в канале притока и помещении не будет подниматься, то в работу включится электрический нагреватель, который будет подогревать воздух. Принципом включения электрокалорифера является широтно-импульсная модуляция. При перегреве ТЭН теплообменника выключается и продувается вентилятором до рабочего состояния.

Когда температура наружного воздуха больше температуры установки, система переключается на режим «Лето». В этом режиме рециркуляция и электрический нагреватель не работают.

При подаче сигнала «Стоп» происходит отключение всех необходимых элементов системы. При этом, если установка до выключения работала в зимнем режиме, то сначала выключается электрический нагреватель, вентилятор и заслонки продолжают работать, чтобы охладить электрокалорифер и предотвратить возможный перегрев или даже выгорание его элементов.

Кроме рециркуляции в системах вентиляции часто используют и рекуперацию. Рекуперация тепла в теплообменниках основывается на передаче части тепла от отработанного воздуха к приточному воздуху. Устройства для рекуперации называются рекуператорами и классифицируются по своему устройству [2].

Риск возникновения обморожения всегда присутствует в холодный период года при работе вентиляционной системы с рекуператором, поэтому необходимостью является датчики контроля работы теплообменника.

На данный момент существует два основных принципа управления пластинчатым рекуператором: контроль перепада давления и контроль температуры [7].

Контроль давления. Как было описано выше, при выпадении обильного количества конденсата или при его кристаллизации на поверхности рекуператора - создается препятствие для потока вытяжного воздуха. Измерение перепада давления до рекуператора и после него в вытяжном канале является решением проблемы контроля обморожения рекуператора. При появлении сигнала о перепаде давления открывается обходной канал рекуператора или уменьшается производительность приточного вентилятора, для изменения соотношения масс воздушных потоков. Данный принцип работы наиболее просто и не требует больших затрат. Хоть этот метод и наиболее популярен в России, он имеет ряд недостатков.

. Использование реле не дает полноценной гарантии своевременного сигнала обморожения рекуператора, т.к. на давление создаваемое вентиляционной системой влияет несколько факторов, такие как запыленность фильтров, производительность вентилятора, загрязненность и герметичность воздуховодов.

Контроль температуры. Принцип управления по температуре основывается на определении эффективности нагрева приточного воздуха, это осуществляется измерением температуры в приточном канале до рекуператора и после него. В холодный период года, после проведения пуско-наладочных работ и включения вентиляционной системы в нормальный режим можно определить средний нагрев на рекуператоре, соответствующий нормальной работе. При понижении эффективности рекуператора можно, изменяя степень открытия обходного канала или производительность приточного вентилятора защитить рекуператор. Недостатком данного метода является большая стоимость, по сравнению с методом контроля перепада давления и косвенность определения температуры. Главной причиной обморожения рекуператора является снижение температуры вытяжного воздуха после рекуператора, поэтому измерение температуры приточного воздуха может не дать всей нужной информации о состоянии системы [5].

Рекуператор позволит экономить значительную часть тепла (до 90%), но его корректная работа возможна только при определенных условиях. Для этого авторами была предложена схема, в которой подогрев воздуха осуществляется до и после рекуператора.

Нагреватель перед рекуператором необходим для подогрева воздуха на входе в рекуператор, что позволит уменьшить риск заморозки рекуператора. Также нагреватель можно использовать для подогрева низких температур (ниже -30 C) и выхода на расчетные температуры для нагревателя после рекуператора.

Нагреватель после рекуператора позволяет поддержать необходимую температуру на выходе из канала, нагревая воздух после рекуператора. Необходимость в данном нагревателе присутствует, так как рекуператор является пассивным нагревателем, и его работа не может точно поддержать нужную температуру, также рекуператор имеет риск обморожения, из-за чего его эффективность может резко снизиться и выходная температура может быть низкой.

Заключение

Исходя из всего вышесказанного, мы пришли к следующим выводам:

Рециркуляция воздуха в системе приточно-вытяжной вентиляции применяется в холодное время года в целях экономии тепловой энергии, затрачиваемой на подогрев воздуха. При рециркуляции часть воздуха, удаляемого из помещений, после очистки от производственных вредностей снова направляется в помещение. Чтобы избежать лишнего расхода энергии на нагрев воздуха, применяют рециркуляцию внутреннего воздуха.

Стоит отметить, что в подавляющем большинстве случаев наиболее целесообразной является именно основная схема выполнения приточно-вытяжной вентиляции с рециркуляцией воздуха. Она наиболее рационально расходует энергию, обладает оптимальным КПД и максимально проста в управлении. Все остальные схемы - это упрощенные походные от нее, которые рекомендуется применять исключительно в частных случаях.

Приточно-вытяжная система с рециркуляцией и электрическим нагревателем, которую организуют, когда необходим дополнительный нагрев воздуха зимой при очень низких значениях наружной температуры, когда регулирующий клапан открыт на 100%, но теплопроизводительности заслонок не хватает. В этом случае можно подогревать воздух нагревателем. Недостатком в этом случае может быть конденсация влаги или выпадение инея в смесительной камере, обмерзание клапанов. Кроме того, существует и проблема качественного смешивания воздуха.

Рассмотрена система автоматического управления вентиляционным оборудованием, включающая алгоритм защиты от обмораживания пластинчатого рекуператора.

Вышеприведенные соображения позволяют нам сделать вывод о необходимости применения рециркуляции воздуха в большинстве общественных зданий.

Список использованной литературы

1.      Вентиляционное оборудование [Электронный ресурс] - Режим доступа: - URL: http://www.ruclimat.ru/catalog/ - (Дата обращения 20.02.2015).

.        Интеллектуальная система управления инженерными системами [Электронный ресурс] - Режим доступа: URL: http://www.dom-intel.ru/magazin/oborudovanie/kontrollery/beckhoff-bx9000.html - (Дата обраще - ния 20.02.2015).

.        Климатические и вентиляционные системы [Электронный ресурс] - Режим доступа: URL: http://www.vipvozduh.ru/ index_page_161.html - (Дата обращения 20.02.2015).

.        Козина С.В. Проблемы энергосбережения в системах центрального кондиционирования обеденного зала [Электронный ресурс] / С.В. Козина, Н.В. Ткаченко - Режим доступа: URL:http://tgv.khstu.ru/downloads/tezis_Kozina_2009.pdf - (Дата обращения 20.02.2015)

.        5. Мероприятия по энергосбережению в системах отопления, вентиляции и кондиционирования [Электронный ресурс] - Режим доступа: URL: http://tochka-rosta.pro/Novosti/meropriyatiya-po-e-nergosberezheniyu-v-sistemah-otopleniya-ventilyatsii-i-konditsionirovaniya-vozduha.html - (Дата обращения 20.02.2015)

. Питерский, Л.Ю. Энергоэффективность в России: развитие, тренды и достижения / Леонид Питерский // Энергоснабжение - 2015. - №1. - С. 12-17

. Принципы выбора систем кондиционирования воздуха и вентиляции [Электронный ресурс] - Режим доступа: URL: http://www.climatepiter.com - (Дата обращения 20.02.2015).

. Приточная и вытяжная вентиляция [Электронный ресурс] - Режим доступа: URL: http://delta-grup.ru/bibliot/97/21.htm - (Дата обращения 20.02.2015).

.        Рекомендации по проектированию энергоэкономичных технических решений систем отопления, вентиляции и водоснабжения встроенно-пристроенных в жилые здания помещений общественного назначения [Электронный ресурс] - Режим доступа: URL: http://aquagroup.ru/normdocs/7066 - (Дата обращения 20.02.2015).

.        Системы вентиляции и кондиционирования [Электронный

ресурс] - Режим доступа: URL: http://www.fvrklimat.ru/catalog - (Дата обращения 20.02.2015).

. Соснин А.Л. Автоматизация управления энергоэффективных вентиляционных систем [Электронный ресурс] / А.Л. Соснин, В.А. Трусов, С.П. Максимов - Режим доступа: URL: http://www.fvrklimat.ru/catalog - (Дата обращения 20.02.2015)

. Стомахина Г.И. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: справочное пособие. / Г.И. Стомахина. - Москва: Пантори, 2003, - 275 с.

. Сущность и назначение рециркуляции в системах вентиляции [Электронный ресурс] - Режим доступа: URL: http://buymore.pro/article/promyshlennost/544/suschnost-i-naznachenie-recirkulyacii-v-sistemah-ventilyacii - (Дата обращения 20.02.2015)

Энергоснабжение - Режим доступа: URL: ttpHYPERLINK «http://www.vent33.ru/energosberezhenie.html» «http://www.vent33.ru/energosberezhenie.html» html - (Дата обращения 20.02.2015)