Эффективное кондиционирование производственных помещений с повышенной тепловой нагрузкой

А. С. Рубцов, генеральный директор ООО «Вент-Дизайн», otvet@abok.ru

В составе производственных предприятий нередко встречаются цеха с повышенной тепловой нагрузкой. Это могут быть различные сушильные камеры, технологические печи для нагрева или сушки продукции, стерилизаторы, цеха розлива напитков и пр. Как правило, в таких помещениях возникают проблемы, связанные с повышенной температурой воздуха: значения температуры могут превышать +40…+50 °С не только летом, но и в холодный период года. Это, в свою очередь, может привести к нарушению технологического цикла производства, сбоям в электронике и автоматике управления технологическим оборудованием.

Между тем, каждый экономный заказчик хочет добиться определенных параметров в производственных помещениях при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах, позволяющих минимизировать количество недешевых энергетических ресурсов.

В качестве примера в статье рассмотрен технологический участок по производству различных компонентов для вафель на одном из предприятий Сибири. Приведенное решение позволяет снизить нагрузку на систему охлаждения.

На многих предприятиях нужна вода, и зачастую она поступает из собственной скважины, при этом температура воды может быть ниже +8…+9 °С. Таким образом, какую-то часть холодильной нагрузки можно переключить на воду для технологического процесса. Это экономит средства заказчика на приобретение холодильного оборудования и его эксплуатацию – а это дорогостоящая электроэнергия. Так и поступили для рассматриваемой технологической зоны. Были тщательно просчитаны теплоизбытки и влаговыделения от технологических линий и оборудования, построены I–d диаграммы процессов изменения тепловлажностного состояния воздуха. Далее была выбрана установка с секциями фильтрации, рециркуляции и охлаждения в летнем режиме.

Принципиальная схема такого подхода показана на рис. 1. Установка располагается на кровле, прямо над зоной кухни, и работает круглый год. В холодный период года часть вытяжного воздуха возвращается и подмешивается к притоку, а в летнем режиме, когда температура на улице поднимается выше +16 °С, установка работает полностью на свежем воздухе. Подача свежего воздуха в помещение производится в нижнюю зону для эффективного вытеснения теплого отработанного воздуха вверх, где он и забирается вытяжными устройствами. На схеме показан градиент температуры, то, каким образом меняется температура в цехе с высотой. Точка 1,8 м по высоте – это рабочая зона, температура здесь находится на уровне +25,4 °С, и именно этим показателем мы задавались, когда приступали к задаче, согласовывая данную температуру с заказчиком. Стоит отметить некоторые особенности. Одна из них – зимний режим эксплуатации, когда происходит смешение влажного теплого вытяжного воздуха с холодным приточным и наиболее вероятно появление тумана и инея. В таких условиях необходимы надежные фильтры. Кроме того, так как речь идет о приготовлении компонентов для производства пищевых продуктов, необходимо обеспечить требуемую чистоту среды на производстве. Поэтому были выбраны фильтры типа Hi-Flo с длинными карманами из стекловолоконного материала класса F7, обеспечивающие эффективность улавливания частиц 0,4 мкм на всем протяжении срока службы фильтров не ниже 70 %. Кроме того, данные фильтры обеспечивают чистоту узлов и комплектующих самой установки подготовки воздуха; в частности, не придется мыть водяной охладитель. Воду из скважины на подачу в охладитель нужно подавать в теплый период года и сливать при подготовке к холодному периоду года с продувкой водяного контура охладителя. Это решение позволяет отказаться от промежуточного теплообменника и проблем, связанных с использованием гликолей.

Рисунок 1 (подробнее) Принципиальная схема вентиляции

На рис. 2 приведена I–d диаграмма для зимнего режима эксплуатации, на рис. 3 – для летнего.

Рисунок 2 (подробнее) I–d диаграмма для зимнего режима эксплуатации системы вентиляции: 1 – наружный воздух, –39 °С; 2 – вытяжной воздух из помещения,  +35 °С, 3 – приточный воздух, поступающий в помещение, +17 °С

Рисунок 3 (подробнее) I–d диаграмма для летнего режима эксплуатации системы вентиляции: 1 – наружный воздух, +30 °С; 2 – приточный воздух после охладителя центральной установки, +16 °С; 3 – приточный воздух, поступающий в помещение +17 °С; 4 – отработанный вытяжной воздух, +38 °С

Система автоматического регулирования следит за температурой в помещении, в зависимости от уставки температуры рабочей зоны управляет положением заслонок секции рециркуляции и дополнительно для летнего режима работы управляет регулирующим водяным клапаном для получения необходимой холодильной мощности охладителя.

На рис. 4 показан внешний вид установки на кровле. Воздуховоды, расположенные между установкой и входом через кровлю в помещение, изолируются теплоизоляцией толщиной 80…100 мм. Тип изоляции, ее толщина, покров имеют значение при вычислении теплопотерь и понижении температуры как приточного воздуха от вентилятора до входа в теплое помещение, так и вытяжного воздуха от кровли до вытяжного вентилятора. Кроме того, необходимо аккуратно просчитать потери тепла через корпус установки. Данные на I–d диаграммах приведены в зимнее время (с некоторым разумным запасом) при снижении температур по пути притока примерно на 2 °С, столько же теряется в целом на вытяжном участке.

Рисунок 4. Внешний вид установки

Благодаря рассмотренному решению, основное потребление энергоресурсов приходится на работу моторов вентиляторов, что обеспечивает значительную экономию электроэнергии в сравнении с нагревом свежего приточного воздуха зимой, а также охлаждением летом с использованием холодильных машин.

Комментарий редакции

В статье рассмотрено решение, позволяющее снизить нагрузку на систему охлаждения за счет использования воды из скважины для технологического процесса. Следует отметить, что аналогичные решения достаточно часто применяют в Европе – в силу достаточно либерального водоохранного законодательства. В нашей стране использование воды из скважин ограничивают целями питьевого водопровода со строгим ограничением расхода воды с тем, чтобы не нарушить естественный гидрогеологический режим. Как правило, Министерство природных ресурсов и экологии РФ, в ведении которого находятся данный вопрос, разрешения на технологическое использование воды из глубоких скважин не дает. В связи с эти предложенная технология не может быть рекомендована для массового применения.

Литература

1. Шилькрот Е. О., Живов А. М., Nielsen Peter V., Riskowski Gerald. Системы вытесняющей вентиляции для промышленных зданий. Типы, область применения, принципы проектирования // АВОК. 2001. № 5.
2. Бриганти А. Системы воздухораспределения. Новейшие принципы // АВОК. 1999. № 3.