Наступил 2025 год, незаметно пролетели зимние месяцы, наполненные праздниками, но мы не забыли про статьи, в которых мы рассказываем об основах вентиляции и кондиционирования воздуха. В этом году мы начинаем новую серию статей, которая открывает сегодняшняя статья.
Основным теплоносителем, который протекает в системах вентиляции и кондиционирования и аппаратах этих систем является воздух. Воздуха – это смесь газов (70 % азота, 21 % кислорода). Однако он является не только теплоносителем, но источником жизнедеятельности человека в закрытых помещениях, т.е. со свежим приточным воздухом подается кислород, необходимый для жизни клеток организма [1].
Но сегодня мы поговорим про воздух с точки зрения тепловых процессов, происходящих в аппаратах систем вентиляции, кондиционирования и помещениях.
Но сегодня мы поговорим про воздух с точки зрения тепловых процессов, происходящих в аппаратах систем вентиляции, кондиционирования и помещениях.
Воздух – самый распространенный и дешевый теплоноситель, который не требует серьезной обработки перед его использованием. Достаточно его очистить от механических примесей и можно использовать в теплообменном аппарате. Но у воздуха есть и недостатки, воздух имеет теплоемкость ниже многих других теплоносителей (вода, растворы) и очень маленькую плотность по сравнению с водой. Напомним смысл терминов «теплоемкость» и «плотность». Теплоемкость – это количество энергии, которое необходимо подвести к одному килограмму вещества, чтобы нагреть его на один градус. Плотность - отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму.
В таблице 1 приведены свойства воздуха и воды.
В таблице 1 приведены свойства воздуха и воды.
Исходя из определений ясно, что для нагрева одного килограмма воды требуется примерно в четыре раза больше энергии, но при этом один кубометр воздуха несет в себе практически в тысячу раз меньше массы, чем вода. Также необходимо отметить, что свойства теплоносителей изменяются с изменением температуры и давления окружающей среды.
Воздух подается в помещения в любой период года для удовлетворения требований по воздухообмену. В холодный период года воздух нагревается от параметров наружного до внутренних. Нагрев его может быть осуществлен с применением электрической энергии, тепловой энергии.
Электрический нагрев приточного воздуха реализуется в установках малой мощности. Нагрев приточного воздуха за счет горячей воды с применением теплообменного аппарата (калорифера) реализуется в установках средней и большой мощности, является наиболее популярным, т.к. стоимость нагрева горячей водой от централизованного теплоснабжения примерно в три раза дешевле электрического нагрева.
Электрический нагрев приточного воздуха реализуется в установках малой мощности. Нагрев приточного воздуха за счет горячей воды с применением теплообменного аппарата (калорифера) реализуется в установках средней и большой мощности, является наиболее популярным, т.к. стоимость нагрева горячей водой от централизованного теплоснабжения примерно в три раза дешевле электрического нагрева.
А можно ли использовать воздух для нагрева воздуха?
Конечно! В первую очередь это актуально при утилизации теплоты, которая сконцентрирована в большом количестве выбрасываемого отработанного или вытяжного воздуха. Подавляющее большинство современных установок оснащены аппаратами утилизации теплоты: пластинчатыми рекуператорами, роторными регенераторами, тепло-утилизаторами с промежуточным теплоносителем. Наибольшую популярность на настоящей момент имеют роторные регенераторы, эффективность которых подтверждена научными исследованиями. Поэтому использование установок приточно-вытяжной вентиляции с роторными регенераторами позволяет существенно снизить потребление энергетических ресурсов для создания комфортных условий пребывания в помещении.
Конечно! В первую очередь это актуально при утилизации теплоты, которая сконцентрирована в большом количестве выбрасываемого отработанного или вытяжного воздуха. Подавляющее большинство современных установок оснащены аппаратами утилизации теплоты: пластинчатыми рекуператорами, роторными регенераторами, тепло-утилизаторами с промежуточным теплоносителем. Наибольшую популярность на настоящей момент имеют роторные регенераторы, эффективность которых подтверждена научными исследованиями. Поэтому использование установок приточно-вытяжной вентиляции с роторными регенераторами позволяет существенно снизить потребление энергетических ресурсов для создания комфортных условий пребывания в помещении.
Возвращаясь к физическим свойствам воздуха интересно отметить тот факт, что производительность вентиляторов по теплому и холодному воздуху как правило неодинакова. Вентилятор работающий при -20°С будет иметь характеристику примерно на 10% выше, чем вентилятор работающий при +20°С, поправка определяется соотношением вязкостей воздуха при различной температуре.
Например:
- Вентилятор работая на 100% оборотов выдает расход возхуха 250 м3/ч при температуре 20С. Вязкость сухого воздуха составляет 18,1*10-6 Па*с;
- Воздух остыл до -10С, вязкость составила уже 16,6*10-6 Па*с, а вентилятор продолжает работать на 100% оборотов, но расход воздуха будет уже примерно 270 м3/ч, т.е. вырастит пропорционально соотношению вязкостей (в реальности это не совсем так, данная зависимость просто отражает тенденцию, реальные соотношения определяются чрезвычайно сложными законами аэродинамики взаимодействия лопастей вентиляторов, в которых может учитываться в т.ч. сжимаемость воздуха, но для инженерной оценки, подобного понимания вполне достаточно).
На практике это означает, что у приточно-вытяжных установок с роторным тепловым утилизатором, расход воздуха может изменяться в зависимости от сезона работы, так как вентиляторы находятся в разных температурных зонах. Следовательно автоматика установок должна содержать элемент контроля расхода воздуха, чтобы избежать дисбаланса, лишних потерь, а также нестабильности работы теплового утилизатора из-за разных расходов воздуха. Установки компании «Атмосфера» оснащены подобной автоматикой со специально-разработанным алгоритмом позволяющим поддерживать постоянный расход воздуха не зависимо от засоренности фильтров и температурного режима (CAV - «Constant Air Volume»).
Также нельзя забывать, что изменение физических свойств воздуха (плотности) в зависимости от температуры, приводит к тому что объемный расход воздуха от входа, к выходу из вентиляционной установки изменяется. Т.е. входит в установку 250 м3/ч, а после нагрева выходит уже примерно 270 м3/ч (массовый расход измеряемый в кг/cпри этом сохраняется – т.к. воздух при нагреве расширяется), соответственно расчет всех элементов установки находящихся, после нагревателя, требует корректировки исходя из изменения объемного расхода.
Список использованной литературы
- Активные формы кислорода: участие в клеточных процессах и развитии патологии // Биоорганическая химия, 2020, том 46, №5, с. 466 – 485.