Керування мікрокліматом включає в себе наступні складові:Опалення, вентиляція і кондиціонування (ОВК), (англ. абревіатура HVAC) (акронім ) — технології підтримки в певних заданих межах параметрів повітря: температури, вологості і хімічного складу у внутрішніх приміщеннях чи салоні автомобіля або іншого транспортного пасажирського засобу (клімат-контроль).
Штучне охолодження іноді додається в абревіатуру як «HVAC&R» або «HVACR», або вентиляція в абревіатурі опускається — «HACR» (акронім від ).
Розробка систем вентиляції і кондиціонування повітря — одна з підгалузей машинобудування, заснована на принципах термодинаміки, гідродинаміки і теплопередачі.
Цілі і завдання Система ОВК — важливий компонент розробки промислових і адміністративних будівель, а також басейнів, де безпечні та комфортні умови щодо температури і вологості підтримуються з допомогою подачі зовнішнього повітря. Є неодмінним атрибутом сучасного розумного будинку.
Чинники, що впливають на мікроклімат
— температура повітря; — відносна вологість повітря; — рухливість (швидкість руху) повітря; — концентрації шкідливостей в повітрі.
Сюди ж можна віднести такий параметр, як гучність шуму, або, звуковий тиск.
Існують два діапазони значень для кожного параметра — допустимі параметри і оптимальні параметри. Значення, що виходять за межі обох діапазонів є неприпустимими.
Всі значення параметрів мікроклімату є строго нормованими. Основним нормативним документом є Державні будівельні норми України (ДБН)ДБН В.2.5-67:2013 затверджено на заміну СНиП 2.04.05-91. Чинний з 01 січня 2014 року ДБН «Опалення, вентиляція та кондиціонування» встановлюють вимоги до систем опалення і внутрішнього теплопостачання, загальнообмінної, аварійної та протидимної вентиляції, повітряного опалення, кондиціонування та охолодження повітря будівель з метою забезпечення нормованих санітарно-епідеміологічних параметрів мікроклімату приміщень, виконання вимог безпеки та охорони навколишнього середовища, раціонального використання енергетичних ресурсів під час експлуатації.
Параметри мікроклімату постійно змінюються, т. к. в приміщеннях постійно виділяються ті чи інші шкідливості.
Основними є
— теплота — впливає на зміну температури повітря і відносної вологості; — волога — впливає на зміну температури повітря і відносної вологості; — вуглекислий газ — СО2 — необхідно видаляти, оскільки шкідливий для здоров'я; — інші (як правило, технологічні) шкідливості — можуть бути шкідливі для здоров'я.
При розрахунку систем вентиляції і кондиціонування слід враховувати всі ці шкідливості. Однак, основною з них є теплота.
Джерела теплоти в приміщенні поділяються на зовнішні і внутрішні. До зовнішніх відносяться — надходження тепла від сонячної радіації; — надходження теплоти з інфільтрованим повітрям.
Зовнішні джерела теплоти є найбільш значними в плані обсягів надходжень.
До внутрішніх джерел належать — тепловиділення від людей, що знаходяться в приміщенні (кожна людина в процесі життєдіяльності виділяє теплоту, причому, чим активніше вона поводиться, тим більше теплоти виділяється); — тепловиділення від освітлення (кожен освітлювальний прилад, навіть люмінесцентна лампа, виділяє при роботі теплоту); — тепловиділення від обладнання, що знаходиться в приміщенні (в тому числі — технологічного).
Для правильного забезпечення параметрів мікроклімату необхідно, щоб теплота, що надходить від цих джерел, повністю видалялася з приміщення.
Людина в процесі життєдіяльності виділяє не тільки тепло, але й вологу і вуглекислий газ. У переважній більшості випадків виділення цих речовин, у порівнянні з виділеннями теплоти, мізерно малі і для їх видалення цілком вистачає провітрювання і природної вентиляції, а розрахунок систем кондиціювання проводиться на вилучення теплоти.
Однак, в деяких випадках, в приміщенні можуть бути присутні значні виділення вологи (наприклад, кухні, в тому числі і домашні, басейни тощо). У таких випадках необхідно проводити розрахунок систем вентиляції і кондиціонування повітря як на видалення теплоти, так і на видалення вологи і, як основного, вибирати варіант з найбільшим необхідною кількістю повітря, що подається.
Те ж саме можна сказати і про випадки, коли в приміщенні виділяються які-небудь технологічні шкідливості (наприклад, отруйні гази, вибухові речовини тощо).
Норма подачі свіжого повітря для дихання становить 60 м3/год на одну людину. Винятком є місця з короткотривалим (до 3 годин) перебуванням людей (кінотеатри, театри). У таких закладах норма подачі свіжого повітря становить 20 м3/год на одну людину.
Основними завданнями управління мікрокліматом (HVAC) є створення і підтримання комфортного для людини, рослин, тварин або матеріальних предметів (обладнання, творів мистецтва тощо) мікроклімату в межах будівлі або споруди. економія енергії, що витрачається на створення і підтримання мікроклімату.
Це може бути як житлове приміщення, так і салон автомобіля, іншого пасажирського транспортного засобу, споруди чи приміщення.
Класифікація Завдання можна умовно поділити на
Повітрозабір Рекуперація тепла Попередній нагрів повітря Охолодження / Cooling Нагрівання повітря Фільтрація Регулювання витрат (перепаду тиску між приміщеннями) Фінішна фільтрація повітря Подача в чисте приміщення Витяжка Фільтрація / Аспірація Рециркуляція
Опис систем
Теплова обробка повітря До теплової обробки повітря відноситься охолодження і нагрівання повітря. До регулювання вологості — осушення і зволоження.
Охолодження повітря — це видалення з нього надлишків теплоти. Нагрівання — підведення до повітря відсутньої кількості теплоти.
Теплота переходить від тіл з більшою температурою до тіла з меншою температурою. Крім того, незалежно від температури, при випаровуванні речовина завжди забирає теплоту з навколишнього середовища, а при конденсації завжди віддає теплоту. Саме на цих властивостях речовин і побудовані всі відомі способи теплової обробки повітря.
Нагрівання повітря завжди проводиться на основі різниці температур — за рахунок більш гарячої нагрівальної поверхні калорифера — будь то поверхня трубок з гарячою водою або розігріта спіраль електрокалорифера.
Охолодження повітря проводиться двома способами
— за рахунок контакту з більш холодною поверхнею — трубки з холодною водою або фреоном в теплообміннику, чи холодна вода в зрошувальній камері; — за рахунок випаровування води в об'ємі повітря — так зване випарне охолодження. Такий процес відбувається у випарній камері. При цьому з форсунок розбризкується вода під дуже великим тиском і дуже дрібними крапельками. Кожна така крапелька, виходячи з форсунки і потрапляючи в камеру, де тиск значно нижче, миттєво випаровується, забираючи при цьому, теплоту із повітря. При цьому сама вода може бути не охолодженою.
Осушення та зволоження повітря Осушення повітря здійснюється двома основними способами
— при контакті з холодною поверхнею, температура якої нижче температури «точки роси». При цьому волога, що міститься в повітрі, починає конденсуватися, тобто вилучатися з повітря. Контакт може бути як з трубки, в яких тече холодна вода чи фреон, так і безпосередньо з холодною водою в зрошувальній камері. Однак, при такому способі, як правило, повітря необхідно нагрівати після осушення — адже, по-перше, воно сильно охолоджується, а, по-друге, властивості повітря такі, що при низьких температурах, навіть невеликий вологовміст призводить до досить високої відносної вологості. — при контакті зі спеціальними речовинами — сорбентами. Як правило, це тверді солі деяких речовин, які володіють підвищеною гігроскопічністю, тобто здатністю поглинати вологу. Однак бувають і рідкі сорбенти. Слід зазначити, що при такому способі осушення температура повітря не змінюється, отже, немає необхідності догрівати повітря.
Зволоження також здійснюється двома основними способами
— насиченою водяною парою. При цьому, пара випускається прямо в потік повітря і «розчиняється» в ньому, збільшуючи вологовміст і відносну вологість повітря; — при контакті з водою. Цей спосіб вже розглядався — випарне охолодження, адже випаровуючись, вода не тільки охолоджує повітря, але і зволожує його.
Вентиляція. Системи вентиляції. Основне обладнання
Найбільш простий спосіб підтримувати параметри мікроклімату — організувати вентиляцію приміщення.
За визначенням ДБН: вентиляція — обмін повітря в приміщеннях для видалення надлишків теплоти, вологи, шкідливих та інших речовин з метою забезпечення допустимих метеорологічних умов і чистоти повітря.
Подаючи більш холодне повітря, можна зняти надлишки теплоти в приміщенні. Також, подаючи свіже повітря, можна прибрати надлишки вологи. При цьому повітря не обов'язково осушувати — адже, якщо відносна вологість зовнішнього повітря лежить в допустимих межах, то його подачею і видаленням більш вологого повітря ми вирішуємо проблему вологості.
Крім того, подача свіжого повітря — єдиний спосіб забезпечити ГДК (гранично допустимі концентрації) різних технологічних факторів, які можуть виділятися в приміщенні. І, нарешті, свіже повітря — без вуглекислого газу — необхідний для дихання людей.
Найпростіший спосіб вентиляції — провітрювання (наприклад, шляхом відкривання вікон).
Наступний етап — природна вентиляція. Саме вона проектується в звичайних квартирах (решітки у ванних кімнатах і кухнях, приплив — через нещільності у вікнах, дверях і при їх відкриванні). Природна вентиляція заснована на різниці густин теплого і холодного попітря; повітря, що видаляється, завжди тепліше, а більш тепле повітря завжди легше — отже, воно прагне вгору).
Найефективніший спосіб вентиляції — механічна вентиляція, тобто повітря приводиться в рух за допомогою вентилятора.
Вентиляційні системи поділяються на припливні та витяжні. Припливні вентиляційні системи служать для подачі свіжого, попередньо обробленого повітря в приміщення, що обслуговуються. Відповідно, витяжні вентсистеми служать для видалення відпрацьованого повітря з приміщень. При цьому зовсім не обов'язково ці системи будуть поєднуватися. Досить часто мають місце випадки встановлення механічних припливних систем без механічного видалення.
Припливні вентсистеми містять у своєму складі припливну камеру для попередньої обробки повітря, повітроводи для транспортування повітря до місця призначення, фурнітуру (у місцях випуску повітря у приміщення). Витяжні системи мають у своєму складі повітроводи, фурнітуру і витяжні вентилятори. Мінімальна комплектація припливної камери — припливна решітка; — протизамерзаюча рама; — фільтр; — припливний вентилятор. Додатковими, але необов'язковими елементами можуть бути — секція нагрівання; — секція охолодження; — секція осушення; — шумоглушник.
Припливна камера може встановлюватись як під стелею безпосередньо в приміщенні, за підшивною стелею, так і в окремому приміщенні — залежить від розмірів, що, в свою чергу залежить від продуктивності.
Витяжні вентилятори можуть бути як звичайними, встановлюваними на горищі або на технічному поверсі, так і в «даховому» виконанні (встановлюються безпосередньо на плоскій покрівлі і мають горизонтальний або вертикальний випуск).
Фільтри для вентиляційних систем бувають декількох типів — тканинні — спеціальна синтетична тканина, натягнута на рамку; — рукавні — ткані «рукави» (мішки), також натягнуті на рамку; — масляні — самоочисні фільтри з рухомим фільтрувальним елементом. Фільтрувальний елемент — синтетична або металева сітка — постійно пропускається через ванну з маслом і, таким чином, очищається; — електричні — повітря пропускається послідовно через різнозараджені електричні поля, внаслідок чого пил і інші частинки осідають на стінках фільтра.
Найбільш ефективні фільтри мають коефіцієнт ефективності до 99,9 %.
Вентилятори бувають — відцентрові — повітря подається через бічну поверхню робочого колеса (яке схоже на «біляче колесо»). Забезпечують малі та середні витрати (до 50 000 м³/год), однак, при цьому, здатні розвивати дуже великі тиски (десятки і навіть сотні тисяч Па);