- +38 (0482) 345-247
- info@mpk.ua
Об’єкти
Дахові вентиляційно-опалювальні установки
Технологія та способи застосування
Дахові (rooftop) вентиляційно-опалювальні установки є агрегатами автономного типу, виготовлення та складання яких, включаючи електрику та автоматику, виготовляються заводом-виробником. Такі установки перевозяться і доставляються єдиним блоком, готовим до монтажу та введення в дію. З часів появи такі системи призначалися реалізації основних функцій вентиляції з можливістю повної чи часткової обробки припливного повітря: нагріванням, охолодженням, зволоженням, осушенням, очищенням.
Технологія виготовлення дахових вентиляційно-опалювальних установок, постійно розвиваючись, в останні роки вийшла на такий рівень, коли за способами застосування вони цілком відповідають на сьогоднішній день найскладнішим та найрізноманітнішим вимогам. Відповідно значно розширилася сфера їх застосування.
Розвиток технологій сприяло суттєвому розширенню спектра виконуваних функцій. Сьогодні до них входять такі, які ще кілька років тому вважалися винятковою прерогативою, так званих, “прикладних” (applied) установок, які збираються безпосередньо на об’єкті за індивідуальними проектами.
Крім перерахованих вище функцій до складу сучасних дахових вентиляційно-опалювальних установок, принаймні більшості високопродуктивних систем, може включатися практично будь-яке обладнання. Наприклад, системи осушення з ротаційним теплообмінником, системи нагрівання на природному газі, обладнані пальником або опалювальним котлом та акумулятором гарячої води, теплообмінники вільного охолодження (free cooling) зовнішнього повітря, вузли змішування зовнішнього повітря з повітрям рециркуляції та багато інших. Як правило, поруч із моделями, що забезпечують лише охолодження, встановлюються модифікації з тепловими насосами.
У тій же мірі розширилася гама методів регулювання роботи цих агрегатів. Тепер управління установкою може здійснюватися за інтерфейсом “Автоматичних систем життєзабезпечення будівель та споруд” (Building Automation) або з віддалених центрів керування телефонною лінією за допомогою модему.
Всі ці функції, принаймні для установок середньої та високої потужності, замовник або проектувальник може вибрати та замовити за принципом “mix and match” (індивідуальний підбір з певної кількості компонентів) з метою зібрати установку, що відповідає вимогам конкретного проекту. Охолодна потужність існуючих сьогодні дахових установок варіюються від 5 до 600 кВт на агрегат. Найбільший попит мають системи невеликої потужності, оскільки користувач воліє, щоб на об’єкті були встановлені не одна, а кілька систем. Найчастіше це робиться з метою раціонального поділу об’єкта на зони обслуговування та з метою забезпечення надійності, щоб уникнути ризику повного відключення вентиляційно-опалювальної системи об’єкта у разі поломки або аварії.
Якщо раніше виробники пропонували досить багато дахових вентиляційно-опалювальних установок широкого радіусу охоплення, то нині ця пропозиція помітно звузилася. Більшість запропонованих агрегатів – зонального типу. Цьому сприяло впровадження систем з регульованою витратою повітря (VAV) та з недавнього часу систем з регульованою витратою та температурою повітря (VVT), які дозволили забезпечувати охоплення всіх зон обслуговування об’єкта агрегатами зонального типу.
У системах з регульованою витратою повітря припливні вентилятори можуть комплектуватися двигунами з регульованою потужністю або – ще простіше – засувками повітря, що підтримують витрату повітря на заданому рівні.
Більшість дахових вентиляційно-опалювальних установок обладнується герметичними паровими компресійними охолоджувальними контурами. Дотепер найчастіше в якості охолоджувальної речовини використовується R22, хоча іноді застосовуються і склади групи HFC.
Система забезпечує пріоритетне охолодження конденсатора перед повітрям.
Найбільш широке застосування знайшли охолоджуючі конденсатори альтернативного типу герметичні та напівгерметичні. З недавніх пір все більшого поширення набувають конденсатори зі спіральним ребруванням (scroll).
Число охолоджуючих контурів, на базі яких будується вентиляційно-опалювальний агрегат, обумовлюється показником потужності, що віддається, і, отже, типорозміром самої установки. Найчастіше системи з одним або двома герметичними компресорами застосовуються для забезпечення малих потужностей та з напівгерметичними – для великих.
Конструктивну схему дахової вентиляційно-опалювальної установки середньо-високої потужності наведено на рис. 1. На малюнку видно, що вузол приводу конденсанту розташовується з торцевої частини установки, тоді як вузол випарника, включаючи припливний вентилятор, – з протилежною. Між ними встановлюються змішувач, вузол забору зовнішнього повітря, утилізатор та вентилятор перезапуску.
На рис. 2 представлена у розрізі реальна установка, що має описані характеристики. Вона обладнана двома герметичними конденсаторами і стільки ж контурами, що охолоджують. Система оснащена газовим повітронагрівачем для забезпечення повітряного опалення. Є також витяжний вентилятор, що дозволяє видаляти до 100% витрати повітря.
Звичайно, конфігурація системи може змінюватися в залежності від потужності, що охолоджує, і конструктивних особливостей об’єкта, як показано на рис. 3.
Ця установка досі продається на ринку. Цей агрегат середньо-малої потужності, обладнаний газовим повітронагрівачем і лише одним компресором (scroll), має один контур, що охолоджує.
Майже завжди, коли установка має два охолоджувальні контури, застосовуються випарники з двома роздільними секціями.
Секції можуть розділятися по вертикалі або встановлюватися віч-на-віч, щоб у будь-якому випадку охопити всю поверхню теплообміну. Як альтернативне цьому рішенню іноді труби обох контурів розташовуються так, що охоплюють всю поверхню не тільки по висоті, але і в глибину.
По суті, вибір рішення і визначає велику або малу можливість системи контролювати рівень відносної вологості навіть при частковому навантаженні.
Управління охолоджувальною потужністю
Управління охолоджувальною потужністю системи, що має, як правило, у своєму складі герметичні компресори (scroll), здійснюється шляхом зупинки та запуску компресорів за командою термостата, встановленого в приміщенні, що обслуговується.
А ось напівгерметичні компресори дозволяють забезпечувати зміну потужності за допомогою відключення частини циліндрів. Ще один захід, який вживається, зокрема, для забезпечення постійної роботи з низькими навантаженнями – байпас нагрітого газу.
Поєднання регулювання потужності та зупинки компресорів дозволяє забезпечувати необхідне теплове навантаження у нормальному режимі роботи.
Необхідність враховувати кліматичні умови, коли в приміщеннях, що обслуговуються, потрібно підтримувати низький рівень відносної вологості (близько 40 %) – наприклад, у переповнених ресторанах або відділах супермаркетів, заставлених охолоджуючими прилавками, – підштовхнуло розвиток нових технологій, в основу яких покладено застосування хімічних адсорбентів. твердих (зокрема згаданий вище RCI).
Крім того, були також відпрацьовані технології організації охолодних контурів агрегатів, що випускаються серійно, щоб зробити системи прямого розширення конкурентоспроможними в енергетичному плані за низьких рівнів відносної вологості. Контур, що охолоджує, на рис. 4 представляє одне із сучасних рішень організації системи.
Як видно на малюнку, під випарником на виході з конденсатора встановлено теплообмінник рідини, що охолоджує. Холодне повітря на виході з випарника охолоджує рідину, яка надходить у випарник у вигляді, який більш підходить для видалення “прихованого” теплового навантаження. Агрегат обробки холодом включається і вимикається за допомогою соленоїдного клапана в контурі рідини, що охолоджує. Клапан управляється гігростатом, встановленим в приміщенні, що обслуговується.
Таким чином, осушення включається на повну потужність тільки тоді, коли це дійсно потрібно. За такої конфігурації, як запевняють виробники, установка може забезпечувати рівень відносної вологості аж до 40 % і залишатися досить привабливою в плані енергоспоживання в порівнянні з іншими системами, зокрема, опалювальними трубами (heat pipes), що традиційно застосовуються з цією метою.
Ефект покрівлі
На характеристики дахових вентиляційно-опалювальних установок, як, втім, і всіх інших агрегатів з повітряним охолодженням, що монтуються на даху будівлі, впливають особливі умови, що формуються якраз на рівні покрівлі в спекотні дні. На покритій гудроном покрівлі чорної можуть утворюватися шари нерухомого повітря, що має температуру на 10 oС і більше вище температури зовнішнього повітря. Внаслідок цього у спекотні дні ефективність роботи агрегатів може падати на 10% порівняно з паспортними показниками. У деяких випадках система може глухнути або не запускатися через спрацювання високого тиску реле.
Слід брати до уваги, що з урахуванням робочих характеристик машин з повітряним охолодженням, температура конденсації, як правило, виявляється на 14 ? 16 oС вище зовнішньої температури по сухому термометру. При температурі повітря 32 0С перегрів нижніх шарів, обумовлений ефектом темної покрівлі, може досягати 42 oС. Отже, температура конденсації агрегату підскочить до 56 58 oС, а в такому режимі мало яка установка зможе функціонувати.
З тих же причин, якщо агрегати обладнуються електронними блоками регулювання числа обертів вентилятора, такі блоки повинні бути обов’язково оснащені відповідною системою охолодження, оскільки вони зазвичай не розраховані на жорсткий температурний режим дахових систем.
Деякі заходи, вжиті етапі будівельних робіт, можуть мінімізувати прояви цього явища. Для покриття ділянок покрівлі в зоні установки дахових агрегатів слід використовувати матеріали світлих тонів, що відбивають.
Великі потужності та особливі вимоги
Існують різні конфігурації дахових вентиляційно-опалювальних установок. Різноманітність визначається умовами прикладного характеру та особливими вимогами щодо потужності агрегатів. Конструктивний вибір у кожному окремому випадку зумовлений конкретними вимогами життєзабезпечення будівель та споруд.
Установки великої потужності повністю збираються на заводі-виробнику, де проводяться їх випробування та передпродажна підготовка. Потім вони знаються на окремі вузли і доставляються на об’єкт.
Система представлена на рис. 5 була спеціально виготовлена для того, щоб забезпечити обробку 100% зовнішнього повітря. У її складі – холодильна машина з повітряним охолодженням та власне апарат обробки повітря, оснащений фільтрами, теплообмінниками та вентилятором. Обидва вузли монтуються на одну платформу. Установка забезпечує контроль за рівнем вологості в приміщенні, що обслуговується, і відбір тепла з повітря, що відводиться. Виготовлення установок, що мають охолодну потужність від 700 до 2000 кВт (це може здатися неймовірним, але в Америці є один виробник систем такої потужності), набуває зовсім інших масштабів, як видно на рис. 6.
По суті це вже кілька машинних залів під одним дахом, які необхідно змонтувати на об’єкті. На установках таких розмірів застосовують гвинтові компресори. Лопаті вентиляторів, як правило, мають профіль крила, що знижує рівень шуму.
Такі установки намагаються обладнати якомога більшою кількістю систем життєзабезпечення будівлі, це кондиціювання, вентиляція, опалення та гаряче водопостачання. Найчастіше такі установки передбачають доступ і певний внутрішній простір обслуговуючого персоналу.
Покриття та матеріали
Зазвичай дахові установки захищаються зверху листовою оцинкованою сталлю з епоксидним покриттям, нечутливою до УФ-променів. Деякі виробники використовують для цього переллюман.
Зсередини система обладнується теплоізоляційними матами зазвичай товщиною від 25 до 50 мм на ділянках навколо випарника та припливного вентилятора з метою боротьби з утворенням конденсату та теплообміном із зовнішнім середовищем.
Деякі виробники пропонують такі установки, де всі зовнішні стінки виконані з двох панелей, між якими прокладений теплоізоляційний матеріал. У цих випадках товщина панелей становить від 25 до 50 мм.
Установки з подвійними стінками, хоч і дорожчі за звичайні системи, повніше відповідають сучасним вимогам, що пред’являються до гігієнічності оброблюваного повітря. Насправді теплоізоляційний матеріал на внутрішній стороні часто просочується вологою та пилом і, отже, утворює середовище, сприятливе для появи цвілі та грибка.
Для всіх типів установок повинна забезпечуватися герметичність повітрям, атмосферним опадам і талим водам, оскільки в силу особливостей розташування та своїх прямокутних форм у зимовий період на дахових установках накопичуються значні снігові маси.
Нарешті, слід мати на увазі агресивний характер впливу атмосферних реагентів на матеріали, що використовуються при виготовленні агрегатів, особливо з урахуванням загальної забрудненості атмосфери.
На установках у звичайному виконанні панелі доступу кріпляться гвинтами, на покращених моделях застосовуються швидкознімні елементи. В інших випадках панелі монтуються на шарнірних петлях і легко відчиняються, утворюючи зручні вхідні двері.
В установках середньо-малої потужності подача та відбір з них повітря здійснюється, як правило, у горизонтальному напрямку. Для систем більшої потужності найчастіше можна самостійно вибрати напрямок подачі повітря – горизонтально або вертикально вниз. У разі горловина воздуховодов покривається габаритами системи і проходить через раму установки.
Теплообмінники, як правило, виготовляються з міді (трубопровід) та алюмінію (ребра). З урахуванням загальної забрудненості атмосфери найчастіше теплообмінники фарбуються спеціальними захисними складами на основі фенольних або епоксидних смол. Для роботи у приморських регіонах рекомендується повністю мідні батареї.
Платформа та розташування
Дахові вентиляційно-опалювальні установки середньої та середньо-великої потужності монтуються на спеціальній платформі. У разі коли забір і подача повітря здійснюються у вертикальному напрямку, канали повітроводів не виходять за межі периметра платформи (рис. 7).
Роль платформи є надзвичайно важливою. Крім утворення опорної площі, вона забезпечує герметизацію системи, оскільки має бітумну основу та підвищує ступінь водонепроникності покрівлі. У всіх випадках платформа повинна дещо височіти над рівнем покрівлі для того, щоб у випадках випадання інтенсивних дощів або снігу вода не могла просочитися всередину в місцях нещільного монтажу установки на платформі.
Очевидно, що всі роботи з ущільнення та герметизації кріплень повинні проводитись на етапі монтажу системи відповідно до рекомендацій виробника агрегатів.
Рекомендується на етапі монтажних робіт опрацювати вирішення проблеми проникнення шуму працюючих агрегатів в приміщення, що обслуговуються. Слід врахувати, що якщо установка розташовується прямо над приміщенням, що обслуговується, а повітропроводи мають мінімальну протяжність, то при помітній економії витрат шумність роботи агрегатів буде дуже відчутною. У цих випадках рекомендується обладнати вхідні та вихідні патрубки машин відповідними глушниками. А взагалі, щоб уникнути проблем такого роду, найкраще розташовувати агрегати на віддаленні від зон обслуговування, наприклад, над коридорами або службовими приміщеннями. Інший важливий аспект – розташування системи щодо витяжних отворів кухонь та туалетів. Звісно ж необхідно визначити троянду вітрів, після чого відстані установки системи розраховуються з урахуванням домінуючих напрямів руху повітряних мас. Викиди не повинні затягуватися в агрегати і знову прямувати до приміщень.
Вітри можуть впливати на роботу вентиляторів конденсаторів і, отже, на ефективність ефективності агрегатів. При вітрі нерухомі вентилятори починають обертатися. Якщо під час обертання, викликаного вітром, здійснюється електричне включення механізму, однофазні вентилятори найчастіше продовжують обертання у заданому вітром напрямі. Отже, якщо напрям такого обертання помилковий, проходження повітря через конденсатор заблокується або буде дуже обмеженим з усіма неприємностями, що з цього випливають.
З трифазними вентиляторами відбувається інше: вони мають фіксовану сторону обертання і, якщо на непрацюючому механізмі вітер здійснює обертання у зворотному напрямку, то при запуску двигуна зусилля, яке створюється для подолання сили вітру, може пошкодити привід або лопаті.
У зв’язку з цим у місцях, де дмуть сильні вітри, рекомендується встановлювати додатковий захист вузла конденсатора.
Розподіл повітря
Розподіл повітря від дахових вентиляційно-опалювальних установок здійснюється за низькошвидкісними повітроводами з низьким тиском. З вертикальної шахти, що виходить через дах, відводяться горизонтальні повітроводи, що прокладаються на рівні стельових перекриттів. Норми та правила настановних робіт не відрізняються від робіт з прокладання та обладнання звичайних вентиляційних систем. Застосовуються звичайні повітроводи з листової сталі, скловолокна та типу “сендвіч”. Як правило, видалення повітря з приміщення здійснюється з простору між стельовим перекриттям і підвісною стелею і тому не вимагає прокладання спеціальних повітроводів.
Системи з регульованою витратою повітря (VAV) або з регульованою витратою та температурою (VVT) знайшли широке застосування за кордоном, де питанням поділу об’єкта на зони обслуговування і, отже, можливості регулювання температури повітря в приміщенні за бажанням споживачів приділяється особлива увага.
На рис. 8 представлена схема дахової установки з регульованою витратою повітря. Подається повітря надходить у вузол VAV, обладнаний заслінками з механічним приводом, звідки у свою чергу повітря подається до повітророзподільників приміщення, що обслуговується. Схема установки з регульованими витратами повітря та температурою VVT, обладнаною заслінками з електроприводом, показана на рис. 9.
У пристроях даного типу передбачено два робочі режими – холодний і теплий. Перемикання з одного на інший здійснюється вузлом регулювання роботи системи відповідно до дійсних експлуатаційних потреб.
Як і в більшості автономних кондиціонерів прямого розширення, середнє співвідношення витрати повітря і потужності, що віддається охолоджуючої становить близько 200 м3/год на віддається кВт охолодження при допуску близько ±20 %. При тих же значеннях установки з меншою витратою повітря – близько 160 м3/год – дозволяють забезпечувати більш високе вологопоглинання і, отже, більше підходять для навантажень переважно за “прихованим” теплом, у тому числі досить інтенсивним.
І, навпаки, потужніші установки – від 240 м3/год на кВт – забезпечують менше осушення і можуть рекомендуватися до роботи за умов досить відчутних навантажень.
Перспективи застосування
Дахові вентиляційно-опалювальні установки з повним правом можуть претендувати на успішне застосування для реалізації складних технологічних завдань. На об’єктах цивільного призначення такі установки з високою якістю працюють у складі систем життєзабезпечення будівель, при цьому енерговитрати не перевищують показників традиційного типу. Про те, що таке твердження є вірним, свідчить широке поширення агрегатів такого роду в Сполучених Штатах. Поява на ринку сучасних систем з регульованою витратою та температурою повітря VVT – ще одне свідчення на користь вибору даних установок, що дають перевагу незалежному зональному регулюванню. Закономірно було б розраховувати, що і в Італії дахові вентиляційно-опалювальні установки знайдуть успішне застосування у широкого кола користувачів.
Компанія “МПК Інжінірінг” заснована у 2009 році.
- +38 (0482) 345-247
- info@mpk.ua
- +38 (0482) 345-247
- info@mpk.ua
Компанія “МПК Інжінірінг” заснована у 2009 році.
