Общеобменная вентиляция зданий Об одной проблеме в приточных системах с рециркуляцией воздуха

А. И. Щедрин, руководитель отдела автоматики ГК ИНПРЕД

Приточные системы с рециркуляцией воздуха (ПСРВ) и центральные кондиционеры с рециркуляцией широко используются в системах общеобменной вентиляции зданий. Функциональная схема типовой ПСРВ изображена на рис. 1. При высокой кратности воздухообмена ПСРВ позволяют снизить энергопотребление на нагрев воздуха (иногда и на охлаждение), т. к. тепловая мощность нагревателя или охладителя расходуется в основном на изменение температуры только части воздуха, забираемого с улицы. Ограничивать поступление свежего воздуха можно вплоть до минимальной санитарной нормы. В случае наличия у ПСРВ приводов воздушных заслонок (на притоке, вытяжке и байпасе рециркуляции) с пропорциональным управлением появляется дополнительная степень свободы в регулировании температуры воздуха.

Рисунок 1. (подробнее) Функциональная схема

Ее обычно используют следующим образом:

1. Организуют дополнительный нагрев воздуха зимой при очень низких значениях наружной температуры, когда регулирующий клапан открыт на 100 %, но теплопроизводительности калорифера не хватает. В этом случае можно увеличивать степень рециркуляции. Проблемой в этом случае может быть конденсация влаги или выпадение инея в смесительной камере, обмерзание неизолированных элементов системы (рис. 2), но это отдельная тема.

2. Организуют дополнительное охлаждение воздуха летом, если температура вытяжного воздуха ниже, чем наружного. При этом, кроме получения более комфортных условий в помещении летом, экономится электрическая энергия, потребляемая холодильной машиной, и продлевается ее ресурс.

3. Организуют «тонкую» регулировку температуры в том случае, когда воздухонагреватель выполнен ступенчатым, например электрокалорифер. Такой алгоритм регулирования, безусловно, может быть реализован на любых свободно программируемых периферийных контроллерах систем автоматики ПСРВ. Кроме того, в настоящее время имеются и более простые контроллеры с «жесткой логикой», в которых реализована такая возможность. Например, контроллеры серий Synco 200 и Synco 700 производства SIEMENS. При всех плюсах ПСРВ, тем не менее, существует еще одна серьезная проблема при их эксплуатации в условиях холодного климата. Эта проблема заключается в недостаточно хорошем смешивании наружного и рециркуляционного воздуха. «Всплывает» эта проблема только при низких температурах, порядка – 20 °C, и только на стадии наладки автоматики или уже на стадии эксплуатации ПСВР.

Рисунок 2. (подробнее) Обмерзание воздушной заслонки

Суть проблемы заключается в следующем.

Рассмотрим систему, в которой рециркуляционный воздух поступает в камеру смешивания, например, сверху (рис. 3). В этом случае рециркуляционный воздух отжимает холодный приточный воздух вниз. В результате, как это видно на графике температурного профиля воздуха на выходе камеры смешивания ПСРВ, температура меняется по вертикали в очень широких пределах. В этом легко убедиться на практике экспериментальным путем – открыв дверцу камеры смешивания ПСРВ и медленно поводив рукой вверх-вниз, проверить температуру воздуха в камере при работающей системе. Таким образом, на разные участки водяного калорифера поступает воздух с различной температурой. Автоматика ПСРВ с помощью регулирующего клапана на теплоносителе устанавливает такую тепловую производительность калорифера, чтобы средняя температура воздуха на выходе ПСРВ соответствовала желаемой уставке, например 20 °C. Но непосредственно за калорифером профиль температуры воздуха остается по-прежнему сильно неоднородным. При высокой средней температуре температура воздуха внизу калорифера может достигать границы угрозы замораживания (рис. 3).

Если автоматика ПСРВ укомплектована качественным фреоновым капиллярным термостатом защиты калорифера и если его капилляр, смонтированный должным образом, покрывает равномерно весь калорифер по площади – автоматика остановит систему. А при отсутствии перечисленных выше условий произойдет размораживание калорифера. Конечно, при температуре приточного воздуха на выходе ПСРВ, составляющей 20 °C, это выглядит странным. Еще более странным может быть размораживание калорифера в том случае, когда служба эксплуатации, пытаясь облегчить режим ПСРВ в сильный мороз, вручную увеличивает степень рециркуляции, т. е. увеличивает количество теплого воздуха, поступающего в смесительную камеру. Казалось бы, чем больше теплого воздуха – тем лучше? Увы, при некоторых условиях это не так, и с описанным выше явлением обязательно приходится считаться. Какие же можно дать рекомендации для профилактики нежелательных последствий?

Рисунок 3. (подробнее) Профили температуры воздуха

Они, очевидно, следующие:

1. Соответствующий выбор конструкции ПСРВ. В случае эксплуатации ПСРВ в условиях холодного климата с температурой ниже – 20 °C следует избегать конструкций камеры смешивания с малой продольной длиной. Лучший вариант – вообще смешивать воздух каким-либо образом заранее, на безопасном расстоянии от калорифера.

2. Если ПСРВ уже установлена и эксплуатируется, можно поэкспериментировать с различного рода завихрителями и рассеивателями, улучшающими смешивание воздуха в камере смешивания.

3. В экстремальных ситуациях, при особо низких температурах, если возникает угроза замораживания калорифера вследствие описанного явления, лучше вообще отключить рециркуляцию (!), перекрыв рециркуляционную воздушную заслонку вручную. Однако это возможно только в том случае, если хватит запаса по теплопроизводительности калорифера. При наличии нескольких скоростей или частотного преобразователя у электродвигателя приточного вентилятора полезно перевести его на пониженную скорость.

4. Системы гидравлики теплоснабжения и автоматики ПСРВ следует должным образом проектировать, монтировать и налаживать. Наличие циркуляционного насоса в малом контуре схемы гидравлической обвязки калорифера, минимальная длина трубопроводов этого контура, корректный расчет типоразмера регулирующего клапана, балансировка системы по гидравлике должны иметь место как само собой разумеющееся. Необходимо использовать качественные фреоновые термостаты угрозы замораживания калорифера и тщательно следить за правильностью их монтажа.

При всех плюсах ПСРВ, тем не менее, существует еще одна серьезная проблема при их эксплуатации в условиях холодного климата. Эта проблема заключается в недостаточно хорошем смешивании наружного и рециркуляционного воздуха.