Урок №16. Автоматизация вентиляционных систем. Часть 5
Здравствуйте, уважаемые коллеги!
Итак, мы уже пятый урок посвящаем вентиляционным системам. До сих пор мы разбирались с секциями вентиляционных установок, которыми можно поддерживать температурные режимы в помещениях. Чаще всего задачи, возлагаемые на системы вентиляции, на этом и заканчиваются. Однако, комфортные условия в помещении это не только свежий воздух нужной температуры, но и воздух, имеющий необходимую влажность (комфортную для человека или заданную условиями протекания технологического процесса, если речь идет о климате в производственных помещениях).
Подаваемый с улицы воздух может иметь, как большую по сравнению с заданной, так и меньшую влажность. В первом случае влагу из воздуха надо убирать – это осушение, во втором добавлять – это увлажнение.
Кстати, если говорить о влажностных параметрах воздуха, то их несколько. Это:
• абсолютная влажность – количество пара (кг), содержащегося в 1м3 влажного воздуха;
• влагосодержание – количество пара, содержащееся в объеме влажного воздуха, состоящего из 1кг сухого воздуха и массы пара в граммах;
• относительная влажность (степень влажности) – отношение парциального давления паров воды к парциальному давлению насыщенных паров, выраженное в процентах.
Так вот, параметром, который мы поддерживаем на заданном уровне, увлажняя или осушая воздух в вентиляционных установках, является относительная влажность.
Поговорим в этом уроке об увлажнении.
В вентиляционных установках применяются два способа увлажнения воздуха – адиабатический и изотермический.
Адиабатическое увлажнение происходит при постоянном количестве тепла. В воздух поступает тонкий водяной аэрозоль, который впоследствии испаряется при его турбулентном смешении. Фазовый переход воды из жидкого в парообразное состояние осуществляется за счет внутренних поступлений тепла из воздуха, вследствие чего его температура понижается.
Изотермическое увлажнение происходит при постоянной температуре. При увеличении относительной влажности воздуха его температура остается неизменной. В воздух непосредственно поступает насыщенный пар. Фазовый переход воды из жидкого в парообразное состояние осуществляется за счет внешнего источника тепла.
Для увлажнения воздуха тем или иным способом в состав вентиляционных установок включаются:
• камеры орошения – адиабатическое увлажнение;
• камеры с орошаемыми насадками (сотовые увлажнители) – адиабатическое увлажнение;
• пароувлажнители – изотермическое увлажнение.
Применение тех или иных способов увлажнения определяется специалистами в области вентиляции в процессе подбора оборудования и построения процесса обработки воздуха.
Если рассматривать отдельно камеры для увлажнения воздуха, то можно сказать, что адиабатическое увлажнение, происходящее без внешнего источника нагрева, экономически выгоднее, чем изотермическое. Но, если рассматривать вопрос о потреблении энергии установкой в целом, то надо учесть, что при адиабатическом увлажнении температура воздуха падет и для поддержания его температуры на заданном уровне после адиабатического увлажнителя необходим дополнительный нагрев
Помимо вопросов связанных с потреблением энергии, каждый из применяемых увлажнителей обладает еще целым рядом достоинств и недостатков, влияющих на выбор оборудования. Рассмотрим их подробнее.
Камера орошения.
Камера орошения представляет собой тепловлагообменное устройство, в котором воздух обрабатывается распыленной водой. В корпусе камеры имеются:
- оросительная система с рядами распылительных форсунок;
- воздухораспределитель на входе воздуха;
- каплеуловитель на выходе воздуха;
- поддон с автоматическим подпиточным клапаном, переливным устройством и фильтром для очистки циркуляционной воды.
Вода из поддона по трубопроводам с помощью насоса подается к форсункам и распыляется ими. Неиспарившаяся вода стекает в поддон.
Достоинством камер орошения являются:
- простота конструкции и невысокая трудоемкость изготовления;
- способность частично очищать воздух от пыли.
Недостатки камер:
- необходимость дополнительного нагрева воздуха;
- необходимость использования воды питьевого качества, а для избежания заростания отверстий в форсунках солями жесткости желательно использование умягченной воды;
- подверженность форсунок засорению;
- возможность размножения бактерий во влажной среде и их попадание с воздухом в помещения;
- перенос солей жесткости из воды в воздух и их попадание с воздухом в помещения;
- малая скорость движения воздуха;
- большие размеры камеры;
- потребность в организации оборотного контура водоснабжения в целях экономии воды, что влечет за собой установку дополнительного оборудования и выделение под него дополнительных площадей.
Эти недостатки перевешивают достоинства камер орошения и они практически не применяются в системах вентиляции на объектах гражданского строительства.
Камера увлажнения с орошаемыми насадками (сотовый увлажнитель).
Конструкция сотового увлажнителя в чем-то сходна с конструкцией камеры орошения. Те же:
- воздухораспределитель на входе воздуха;
- каплеуловитель на выходе воздуха;
- поддон с автоматическим подпиточным клапаном, переливным устройством и фильтром для очистки циркуляционной воды.
Однако вместо оросительной системы в камере установлена орошаемая насадка. Насадка выполнена из гигроскопичного материала в виде нескольких горизонтальных секций, каждая секция имеет набор из пластин хорошо смачиваемого материала. Пластины поглощают воду из лотков за счет механизма осмоса. Через эту насадку и проходит увлажняемый воздух.
В установках большой производительности орошаемая насадка состоит из отдельных кассет, каждая из которых орошается отдельно. Если при этом на трубопроводе к каждой кассете установить электромагнитный вентиль, то орошение можно производить не на всей поверхности кассеты, что позволяет регулировать процесс увлажнения. Для этой же цели предназначена присутствующая в некоторых моделях увлажнителей байпасная заслонка с электроприводом с аналоговым управлением.
Выпускаются модели увлажнителей с оборотным водоснабжением и с прямым водоснабжением
В моделях с оборотным водоснабжением на орошение насадки подается вода, забираемая циркуляционным насосом из поддона. Из системы холодного водоснабжения восполняется испарившаяся часть воды и вода, сбрасываемая в канализацию для поддержания постоянной концентрации солей.
В увлажнителях с прямым водоснабжением орошение насадки производится водой из системы холодного водоснабжения. Модели прямого водоснабжения не имеют циркуляционного насоса, поэтому для установленного увлажнителя давление холодной воды, подаваемой из трубопровода на устройство, должно быть достаточным.
Основными достоинствами камер увлажнения с орошаемой насадкой являются:
- относительная простота конструкции;
- дополнительная очистка воздуха от пыли и газов;
- относительно малые габариты по сравнению с камерами орошения.
Сотовые увлажнители имеют все недостатки, перечисленные ранеее для камер орошения, и поэтому также крайне редко встречаются в гражданском строительстве.
Пароувлажнители.
Пар для использования в вентиляционной установке в качестве увлажнителя на объекте можно получить двумя способами:
- подвести к установке паропровод от функционирующей на объекте котельной, если таковая имеется и если там установлен паровой котел;
- установить аппарат (парогенератор) для производства пара непосредственно возле установки.
Первый вариант возможен только на каких-то производственных площадках. Подведенный от котельной паропровод подключается к оборудованию парораспределительной системы, которая должна обеспечить подачу точно контролируемого потока пара в воздуховод или секцию установки. Основными элементами системы являются:
- блок, присоединяемый к паропроводу, с запорно-регулировочным керамическим диском с линейной характеристикой, позволяющим плавно регулировать подачу пара;
- парораспределительная система, монтируемая в воздуховоде;
- коденсатоотводящая трубка.
Парораспределительные системы бывают двух видов. Для узких воздуховодов – трубка на всю ширину воздуховода с отверстиями для выхода пара. Для широких воздуховодов – это конструкция похожая на расческу для волос. Зубья расчески торчат вверх и имеют отверстия для пара.
Второй вариант получения пара путем установки парогенератора распространен гораздо больше. Опять-таки есть два способа получение пара в парогенераторе. Они отличается типом используемого энергоносителя. Это электроэнергия и природный газ.
Поскольку газ пока еще дешевле электричества, то газовые парогенераторы являются более экономичными в процессе эксплуатации. Однако в силу более жестких нормативных требований к проектированию газовых коммуникаций, установки оборудования и т.д. чаще используются электрические. Электрические парогенераторы подразделяются на генераторы с электродными нагревателями и с нагревателями резистивного типа. Принцип работы электродного генератора пара основан на пропуске тока через два электрода, погруженных в жидкость. Через жидкость проходит ток, в результате чего она нагревается и переходит в парообразное состояние. Резистивные нагреватели – это ТЭН’ы (см. один из предыдущих уроков) погруженные в бак с водой.
Одни модели генераторов пара могут работать на обычной водопроводной воде, другие — только на частично деминерализированной и умягченной воде.
Конструкция парогенератора позволяет плавно регулировать количество образующегося пара или изменяя расход подаваемой в него воды, или изменяя мощность нагревателя.
Увлажнение воздуха паром имеет ряд преимуществ:
• отсутствие каких бы то ни было загрязнений, включая болезнетворные бактерии;
• малоинерционное и глубокое регулирование увлажнения.
К недостаткам парового увлажнения следует отнести:
• относительно большие затраты на оборудование (генераторы пара, водоподготовку);
• необходимость соответствующей электрической мощности и ее оплату.
Автоматизация процесса увлажнения воздуха.
Поскольку в процессе адиабатического увлажнения влажнсть и температура обрабатываемого воздуха взаимосвязаны, то регулирование параметров в установках с камерами орошения или сотовыми увлажнителями имеет более сложные алгоритмы, чем в установках с пароувлажнителями, где проесс изотермический и температура и влажность воздуха приточного воздуха не взамосвязаны.
Как уже указывалось ранее из-за больших рамеров, из-за необходимости организовывать контур водоснабжения с оборудованием подготовки воды, из-за необходимости периодического оббезараживания для педотвращения размножения бактерий и из-за необходимости дополнительных мощностей для нагрева воздуха камеры орошения и сотовые увлажнители практически не применяются в гражданском строительстве. Дополнительным фактором их неприменения является сложность удержания параметров с требуемой точностью. Поскольку управление камерой орошения без байпасного канала сводится к включению и выключению насоса. А для достижения более плавного и точного поддержания параметров в сотовых увлажнителях необходимо управлять не только насосом, но и приводом байпасной заслонки и элктромагнитными вентилями на подаче воды к касетам.
В связи с выше изложенным не будем тратить время на описание алгоритмов регулирования при адиабатическом увлажнении.
Теперь о регулировании влажности при увлажнении паром.
Чаще всего увлажнение паром осуществляется за пределами вентиляционной установки в приточном воздуховоде, где температура воздуха уже отрегулирована секциями установки. Поскольку пароувлажнение происходит без изменения температуры воздуха, то регулирование выполняется ПИД-регулятором:
- по датчику относительной влажности приточного воздуха;
или
- по датчику относительной влажности в помещении (вытяжном канале).
При регулировании по датчику в помещении, в приточном канале также устанавливается датчик влажности или гигростат для контроля влажности приточного воздуха. Такой контроль необходим для предотвращения подачи в помещение переувлажненного воздуха.Если контроллер фиксирует в течение определенного времени влажность приточного воздуха выше максимально заданной или при подаче сигнала от гигростата, то подается команда на отключение вентиляциооной установки.
Все типы пароувлажнителей имеют в своем составе комплектную автоматику. При этом регулирование может осуществляться как комплектным регулятором, тогда датчик влажности должен быть подключен к комплектному щиту управления парогенегратором., так и внешним регулятором (контроллером вентиляционной установки). Для принятия сигнала управления от внешнего регулятора в комплектном щите управления предусматривается отдельный вход. Работа парогненератора должна быть обязательно увязана с работой вентиляционной установки. Из щита управления вентиляционной установкой в схему комплектной автоматики выдается сигнал, разрешающий работу парогенератора, если установка работает. При наличии такого разрешающего сигнала парогенератор включается при потребности в увлажнении и выключается при отсутствии такой потребности.
В объеме данного материала тема регулирования параметров в системах вентиляции описана очень кратко. Понимание процессов обработки воздуха в вентиляционных установках может прийти только при рассмотрении так называемых I-d диаграмм – графиков, показывающих зависимость между различными параметрами воздуха при определенном атмосферном давлении.
Построением I-d диаграмм занимаются специалисты в области вентиляции. Только построив такую диаграмму для данного объекта, можно найти такую технологию обработки воздуха, которая позволит достичь заданных параметров воздуха в помещении при минимальных затратах теплоносителей, электроэнергии, воды и т.д. А, исходя из выбранной технологии, компонуется состав вентиляционной установки. В свою очередь начальные и конечные параметры воздуха в любой период года и состав вентиляционной установки определяют наши с вами функции управления установкой и алгоритмы регулирования параметров в системе автоматического управления.