Другие темы раздела:
Фильтрация теплоносителя в системе кондиционированияОсобенности эксплуатации вентиляционных систем
Некоторые задачи:
Повышение конкурентоспособности машиностроительных предприятий, путем построения высокоэффективного производства. Энерго- эффективность, инженерных систем зданий и сооружений.Ссылки
Университетский сайтТелекоммуникационные спутники
Моделист-конструктор (архив 1962г.-2008г.)
Рускоязычный сайт г.к. ADEM
Виртуальный музей и справочник "Отечественная Радиотехника ХХ Века"
Решения для производства
Об эффективности, инженерных систем зданий и сооружений.
Индивидуальный тепловой пунктХолодильный центр
Приточные вентиляционные системы
Вентиляторный доводчик (фанкойл)
Энерго- эффективность, инженерных систем
      В современном мире вопрос энерго- эффективности очень важный вопрос, от того на сколько решен данный вопрос в той или иной компании напрямую зависит конкурентно - способность компании и не только финансовая. Поскольку на данном этапе я непосредственно занимаюсь техническим обслуживанием инженерных систем торгово-офисного комплекса, меня так же интересует вопрос энерго- эффективности инженерных систем зданий и сооружений. В данной статье хочу представить свои соображениями по увеличению энерго- эффективности данных систем. Для наглядности рассмотрим конструкции инженерных систем современного здания, систем отопления, вентиляции и кондиционирования. Начнем с основного узла системы отопления, индивидуального теплового пункта здания, в дальнейшем «ИТП».
Индивидуальный тепловой пункт
      На рисунке 1 приведена схема ИТП, для удобства рассмотрения данная схема максимально упрощена, на ней обозначены только необходимые для понимания устройства, элементы.     Обозначение подводящих и отводящих трубопроводов ИТП. Т1- трубопровод подачи отопления городской сети. Т2- обратный трубопровод отопления городской сети. В1 - хозяйственно-питьевой водопровод. Т2.1- трубопровод подачи отопления приточных вентиляционных систем и тепловых завес. Т2.2- обратный трубопровод отопления приточных вентиляционных систем и тепловых завес. Т3.1- трубопровод подачи системы отопления радиаторами. Т3.2- обратный трубопровод системы отопления радиаторами. Т4.1- водопровод горячей воды. Т4.2- циркуляционный водопровод.
      Порядок работы ИТП. Теплоноситель поступает в трубопровод подачи с городской сети проходит через открытые вентили 1 и 3, далее распределяется по потребителям тепла. Часть теплоносителя проходя через 3-х ходовой регулирующий клапан 8 поступает в трубопровод подачи Т2.1 пройдя через калориферы подогрева приточных вентиляционных систем и тепловых завес (принцип работы данных систем рассмотрим позже) отдав часть тепловой энергии по трубопроводу Т2.2 поступает обратный трубопровод Т2. Циркуляционный насос ЦН1 и регулирующий клапан 8 предназначен для подмеса теплоносителя при превышение температуры теплоносителя выше допустимой. Часть теплоносителя через регулирующий клапан 9 поступает в теплообменник ТО1 передав часть тепловой энергии системе отопления радиаторами возвращается в трубопровод Т2. В нашем случае система отопления радиаторами замкнута, насос подпитки ПН1 поддерживает постоянное давление в обратном трубопроводе Т3.2, обратный клапан 11 препятствует стравливанию давления, мембранный расширительный бак препятствует возникновению гидроударов при пусках и остановках насоса ПН1. Циркуляционный насос ЦН2 обеспечивает циркуляцию в системе отопления радиаторами забирая теплоноситель в обратном трубопроводе Т3.2 и подавая под повышенным давлением в теплообменник ТО1, проходя через теплообменник жидкость нагреваясь до заданной температуры поступает в трубопровод подачи Т3.1, регулировку температуры обеспечивает регулирующий клапан 9 управляемый контроллером, как правило для этой цели используется специализированный контроллер.
      Аналогично выше рассмотренному узлу работает узел с регулирующим клапаном 10 и теплообменником ТО2, отлично лишь назначение. Вода поступающая из хозяйственно-питьевого водопровода В1через открытый вентиль 7 в теплообменник ТО2, проходя через теплообменник вода нагреваясь до заданной температуры горячего водоснабжения, в дальнейшем «ГВС» и подается в водопровод горячей воды Т4.1 регулировка и поддержание заданной температуры обеспечивает регулирующий клапан 10 управляемый контроллером. Современное высотное здание может иметь несколько зон водоснабжения и значительную протяженность водопроводных линий, много зональность обеспечивают специализированные насосные станции, поддержание минимального перепада температуры по всей протяженности водопроводных линий обеспечивают водопровод Т4.2 и циркуляционный насос ЦН3. В летний период все вентили закрыты, кроме используемых для ГВС здания, в зависимости от того по какому трубопроводу Т1 или Т2 поступает ГВС открываются вентили 1, 5 или 2, 6 соответственно, ЦН3 отключен.
Холодильный центр (ХЦ)
      Холодильный центр является «сердцем» централизованной, многозональной системы кондиционирования воздуха, в которой теплоносителем между центральной холодильной машиной (чиллером) и локальными узлами охлаждения воздуха (фанкойлами) служит охлаждённая вода, циркулирующая под относительно низким давлением.
      На рисунке 2 приведена схема ХЦ предназначенного для хладоснабжения системы кондиционирования здания, данная схема также упрощена, на ней только необходимые для понимания устройства, элементы. Обозначение отводящих трубопроводов.     Х1.1- трубопровод подачи хладоснабжения фанкойлов (вентиляторных доводчиков). Х1.2- обратный трубопровод хладоснабжения вентиляторных доводчиков. Х2.1- трубопровод подачи хладоснабжения приточных вентиляционных систем. Х2.2- обратный трубопровод хладоснабжения приточных вентиляционных систем.
      Представленный ХЦ имеет в своем составе холодильные машины (чиллеры) ХМ1 и ХМ2, сухие охладители СО1 и СО2 , нагрузкой являются фанкойлы и приточные вентиляционные системы (устройство и принцип работы обеих рассмотрим позже). ХЦ конструктивно рассчитан на два режима работы «Лето» и «Зима», начнем с основного режима «Лето». Принцип работы холодильной машины подробно рассматривать не будем, он схож с принципом работы бытового холодильника, достаточно понимать, что в состав ХМ входит испаритель и конденсатор, испаритель поглощает тепло, конденсатор выделяет тепло. Как видно из рисунка 2 каждая ХМ связана с соответствующим сухим охладителем СО1 и СО2 соответственно, посредством трубопроводов и насосных станций (для упрощения схемы ХЦ насосные станции обозначены в виде одиночных насосов ЦН). Охладители СО1 и СО2 обычно устанавливаются на открытом воздухе, по этой причине в качестве теплоносителя циркулирующим между ХМ и СО используется водный раствор этиленгликоля, трубопроводы с раствором этиленгликоля выделены синим цветом. Сейчас у нас достаточно информации, чтобы рассмотреть, как данная схема работает. Вода поступающая из обратных трубопроводов Х1.2 и Х2.2 через балансировочные клапана 1 и 2 собирается в обратной гребенки ГрО далее насосом ЦН1 через открытые вентили 4 и 10 (вентиль 3 закрыт) подается в теплообменники испарителей ХМ1 и ХМ2, после чего охлажденная вода преодолевает балансировочные клапана 5 и 6 собирается в гребенке подачи ГрП и далее поступает в трубопроводы Х1.1 и Х2.1. Этиленгликолевый раствор нагревшись в конденсаторах ХМ1 и ХМ2 охлаждается в охладителях СО1 и СО2 и насосами ЦН2 и ЦН3 подается на вход конденсаторов ХМ1 и ХМ2, таким образом выглядит рабочий цикл ХЦ, за поддержание заданной температуры воды на выходе отвечает подсистема автоматического регулирования ХМ. Балансировочные клапана 5 и 6 предназначены для выравнивания расходов через испарители ХМ1 и ХМ2, балансировочные клапана 1 и 2 предназначены для регулировки расходов через системы фанкойлов и приточных вентиляционных систем. Работа ХЦ в режиме «Зима» (возможна при температуре наружного воздуха ниже +10 Гр С), вода поступающая из обратных трубопроводов Х1.2 и Х2.2 с помощью насоса ЦН1 через открытый вентиль 3 (вентили 4 и 10 закрыты) подается в теплообменник ТО1 и охлаждается отдавая тепло этиленгликолевому раствору после чего охлажденная вода собирается в ГрП и далее поступает в трубопроводы Х1.1 и Х2.1. Этиленгликолевый раствор нагревшись в ТО1 охлаждается в охладителе СО1, далее проходя через 3-х ходовой регулирующий клапан 8 насосом ЦН2 подается через открытый вентиль 7 (вентиль 9 закрыт) на вход ТО1. Регулирующий клапан 8 (управляемый контроллером) предназначен для подмеса теплоносителя при понижение температуры воды на выходе ТО1 ниже +7 Гр С.
Приточные вентиляционные системы
      На рисунке 3 приведена типовая схема приточной вентиляционной системы, данная приточная вентиляционная система, также рассчитана на два режима работы «Лето» и «Зима». Данная схема не значительно упрощена, на ней не обозначены только фильтр, датчики давления и манометры. Обозначение подводящих трубопроводов. Т2.1- трубопровод подачи отопления приточных систем и тепловых завес. Т2.2- обратный трубопровод отопления приточных систем и тепловых завес. Х2.1- трубопровод подачи хладоснабжения приточных систем. Х2.2- обратный трубопровод хладоснабжения приточных систем. Работа вентиляционной системы в режиме «Зима», из ИТП здания по трубопроводу Т2.1 поступает теплоноситель, далее через открытые вентили 1 и 7 подается на вход калорифера подогрева КП, в КП теплоноситель отдает тепловую энергию воздуху проходящему сквозь данный КП по средством вентиляционной установки нашей системы. Далее частично охлажденный теплоноситель через открытый вентиль 6 (байпасный вентиль 4 закрыт) подается на вход насоса ЦН далее через регулирующий клапан 3 и открытый вентиль 2 охлажденный теплоноситель попадает в обратный трубопровод Т2.2. Регулировку температуры подаваемого воздуха обеспечивает регулирующий клапан 3, при полном закрытие клапана теплоноситель циркулирует по малому кругу, насос ЦН, обратный клапан 5, вентиль 7, КП, вентиль 6, насос ЦН. Насос ЦН призван компенсировать потери напора в системе и обеспечить циркуляцию теплоносителя по малому кругу. Регулирующий клапан 3 управляется контроллером, для этой цели может, используется как специализированный, так и универсальный программируемый контроллер. На данном этапе я постарался объяснить лишь принцип работы системы, полный алгоритм работы немного сложнее и для его разбора потребуются дополнительные рисунки. В режиме «Лето», хладоснабжение системы происходит по трубопроводу Х2.1 является вода), далее холодная вода поступает через открытые вентили 10 и 12 подается на вход воздухоохладителя ВО где нагревается за счет теплообмена с воздухом проходящем сквозь данный ВО. Далее частично подогретая вода через открытый вентиль 11, 3-х ходовой регулирующий клапан 8 и открытый вентиль 9 подается обратный трубопровод Х2.2. Регулировку температуры подаваемого воздуха обеспечивает регулирующий клапан 8, в крайнем положение клапана хладоноситель поступающий с трубопровода Х2.1 через вентиль 10- 3-х ходовой регулирующий клапан 8- вентиль 9, возвращается в обратный трубопровод Х2.2, через ВО при этом циркуляции нет. Регулирующий клапан 8 так же управляется контроллером, один контроллер может управлять несколькими вентиляционными системами. Поскольку рассмотренная вентиляционная система предназначена для поддержания постоянной температуры подаваемого воздуха и летом и зимой её еще называют центральным кондиционером, также данная система может оснащаться увлажнителем воздуха, для поддержания заданной влажности в вентилируемом помещении. С особенностями эксплуатации вентиляционных систем можно, ознакомится  здесь.
Вентиляторный доводчик (фанкойл)
      Вентиляторный доводчик, или фанкойл (англ. fan coil unit, от fan — вентилятор и coil — теплообменник; также англ. air handling unit — узел подготовки воздуха) — оконечный элемент систем кондиционирования воздуха типа чиллер-фанкойл, предназначенный, как минимум, для рециркуляции и охлаждения воздуха в кондиционируемом помещении. Теплоносителем служит централизованно охлаждаемая вода или незамерзающий водный раствор этиленгликоля. В самом фанкойле находится только теплообменник (водяной радиатор) и вентилятор, прокачивающий через него комнатный воздух. В фанкойлах устанавливается один или два радиатора. В первом случае фанкойл называется двухтрубным, во втором - четырехтрубным. Четырехтрубный фанкойл подключатся одновременно к чиллеру и к системе центрального отопления и зимой работает как радиатор центрального отопления.
    Система чиллер -фанкойл — централизованная, многозональная система кондиционирования воздуха, в которой теплоносителем между центральной холодильной машиной (чиллером) и локальными теплообменниками (узлами охлаждения воздуха, фанкойлами) служит охлаждённая жидкость, обыкновенная вода, циркулирующая под относительно низким давлением. В нашем случае ХЦ нагружен не только фанкойлами но и приточными вентиляционными системами.
      На рисунке 4 приведена схема обвязки двухтрубного фанкойла, как видно данная схема схожа со схемой обвязки воздухоохладителя приточной вентиляционной системы, принцип работы, также аналогичен. Регулировку и поддержание температуры воздуха в кондиционируемом помещении обеспечивает регулирующий клапан 2, управление клапаном и вентилятором фанкойла осуществляет штатная «панель управления». Более сложные фанкойлы могут также обеспечивать кондиционирование и обогрев помещения.
Энерго- эффективность, инженерных систем
      Для начала хотел бы рассмотреть вопрос повышения энерго- эффективности существующих инженерных систем с точки зрения их эксплуатации. Инженерные системы современного здания тесно связаны между собой и решение вопроса их оптимального взаимодействия частично решает вопрос повышения эффективности данных систем. Решение вопроса оптимального взаимодействия инженерных систем невозможно без полной технической исправности всех инженерных систем здания. Приведу конкретный пример. Эксплуатация здания в осенний и зимний период, в помещениях нашего здания необходимо создать требуемый микроклимат, в процессе участвуют система отопления, система вентиляции и система кондиционирования, последняя в идеале не должна включатся в работу, так как в нашем здании два вида отопления, система отопления радиаторами и воздушная (приточными системами). Температуру воздуха можно устанавливать с помощью термостатических головок установленных на радиаторах отопления. Краткая справка.
      Термостатические головки используются для поддержания заданной температуры в помещении путем регулирования потока теплоносителя в каждом отопительном приборе. Терморегулирующее устройство состоит из автоматической термостатической головки и клапана с механизмом закрытия открытия. В головке находится исполнительный механизм, воздействующий на клапан в зависимости от изменения температуры воздуха в помещении, и термостатический датчик, заполненный веществом, реагирующим на температурные колебания.
      Так вот мы установили температуру, при этом на приточной системе, тоже установлена какая-то средняя температура (уставка), так как одна приточная система может подавать воздух на несколько этажей одновременно, потому температура действительно средняя. Наше помещение может быть любых размеров с большим количеством персонала, с разными представлениями о комфортной температуре, устранить эти противоречия и призвана многозональная система кондиционирования воздуха с помощью вентиляторных доводчиков, назначение которых понятно из названия, то есть доводить температуру воздуха до требуемых значений. Какие же решения можно предложить, подобрать не требовательный к температуре персонал, наверное, для некоторых работодателей такое решение самое простое. Есть и более «сложное» решение, для начала определится с максимальной и минимальной температурой воздуха в каждой группе помещений (офисы, торговые зоны, склады и т. д.). Далее необходимо сбалансировать систему отопления радиаторами, на первом этапе с помощью балансировочных клапанов на стояках выставить одинаковую температуру радиаторов (при максимально открытом клапане терморегулирующих устройств). Следующим этапом настраиваем приточные системы, устанавливаем температуру подаваемого воздуха, это компромисс между средней температурой в помещениях и температурой теплоносителя в обратном трубопроводе отопления городской сети (согласно графика температур ТЭЦ), за тем регулируем объемы подаваемого воздуха согласно требований проектной документации или исходя из среднего воздухообмена. По завершению выше перечисленных технических мероприятий фиксируем средние температуры в нескольких помещениях каждой группы, по результатам измерений проводим повторную балансировку системы отопления радиаторами, предварительно на управляющем контроллере ИТП задаем температуру на пару градусов ниже средней, далее добиваемся средне заданных температур в каждой группе (если на одном стояке несколько групп, ориентируемся по наибольшей температуре), чем ближе к оптимальной будет температура в наших помещениях при выключенных вентиляторных доводчиках, тем меньше потребность в последних и более рациональный расход тепловой и электрической энергии. Алгоритм балансировки системы отопления, достаточно освещен в интернете. Сразу оговорюсь, балансировка системы отопления не совсем простая задача, с учетом заданных температур в помещениях на каждом стояке, притом, что температура наружного воздуха постоянно меняется, а также происходит нагрев части помещений солнечными лучами. В данном параграфе обозначен лишь вероятный подход к решению задачи по повышению энерго- эффективности существующих инженерных систем за счет улучшения их сбалансированности.
      Далее хочу представить свои предложения по повышению энерго- эффективности системы кондиционирования.
      На рисунке 5 приведена схема системы кондиционирования нашего здания, данная схема упрощена, на ней обозначены только необходимые для понимания сути предложения элементы, также на схеме условно не показаны машина холодильная ХМ2 и приточные системы. В жаркие летние месяцы основная нагрузка по кондиционированию воздуха ложится на систему чиллер -фанкойл если по русскому холодильная машина (ХМ) - вентиляторный доводчик (ВД1-ВДn). Приточные системы также принимают участие, но при температуре наружного воздуха более +30 Гр С они лишь подают в помещение свежий воздух с приемлемой температурой не смотря на приличное хладо потребление. Нормальная температура этиленгликолевого раствора на выходе из конденсатора ХМ должна быть +35 Гр С, падение температуры на СО должно составлять не менее 3 Гр С. В целях экономии средств на рабочая площадь сухого охладителя рассчитывается на температуру не более 25 – 30 Гр С выше 0, по крайней мери так утверждали большинство специалистов по холодильным машинам, с которыми мне удалось пообщаться, в нашем случае это действительно так. В следствии вышеперечисленных причин при температуре наружного воздуха более +30 Гр С эффективность СО значительно снижается, и подсистема автоматического регулирования ХМ вынуждена поднимать температуру этиленгликолевого раствора на выходе из конденсатора более +35 Гр С, при температуре наружного воздуха +35 Гр С и более эффективность СО стремится к 0 и чтобы получить необходимое падение температуры на СО, подсистема ХМ может поднять температуру этиленгликолевого раствора от +40 Гр С до +50 Гр, при этом растет значительно рабочее давления компрессоров ХМ, что приводит к повышенному расходу электрической энергии ХМ, в следствии повышенных нагрузок, при температуре этиленгликолевого раствора более +48 Гр С начинается аварийное отключение компрессоров ХМ, что влечет за собой каскадное отключение других ХМ. На данных режимах работы, не о какой эффективности системы кондиционирования говорить не приходится, с этим положением дел, разумеется, можно бороться на стадии проектирования, но наша система уже работает. Суть предложения заключается в использование теплообменника ТО1 (предназначенного для обеспечения зимнего режима работы) для горячего водоснабжения (ГВС) комплекса. Необходимые доработки схемы, подключение хозяйственно-питьевого водопровода В1 через вентиль 12 к «водяному» входу ТО1, подключение водопровода горячей воды Т4.1 через вентиль 14 к «водяному» выходу ТО1, установка перемычки с вентилем 11, данная перемычка позволяет включить последовательно ТО1 и СО1. Доработанная установка работает следующим образом, этиленгликолевый раствор выходя из конденсатора ХМ через вентиль 11 подается на вход ТО1, проходя через ТО1 раствор отдает часть тепла на нагрев воды для ГВС, с выхода ТО1 охлажденный раствор подается на вход СО1, далее все по штатной схеме. По моим наблюдениям в июле 2010 года средняя температура этиленгликолевого раствора на выходе из конденсаторов ХМ составила +42,4 Гр С, в особо жаркие дни (свыше +35 Гр С) данная температура достигала + 49.8 Гр С в плоть до аварийной остановки ХМ, замеры проводились с 10:00 до 18:00 в 16:00 пик нагрузки. За то же период средняя температура ГВС на входе в ИТП комплекса составила +43,5 Гр С, при среднесуточном расходе 13,6 т. львиная доля потребления с 10:00 до 20:00. На основании вышеперечисленных данных очевиден вывод что одна ХМ вполне справится с горячем водоснабжением комплекса, также немного снизится нагрузка на СО1 и как следствие на ЧМ, что приведет к некоторой экономии электрической энергии и за горячею воду пару месяцев можно не платить. Буду рад, если мое предложение кому то будет полезно.
    2010-11-21
Продолжение   Читать далее
Photo courtesy of and copyright Free Range Stock, www.freerangestock.com