Авентэк. Вентиляция и кондиционирование на производстве.  

ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПОМЕЩЕНИЕ

Кондиционирование воздуха производственных помещений

Определенное состояние воздушной среды производственных помещений является необходимым, а часто и решающим условием для стабильной и долговременной работы многих электронных устройств и средств связи.

Поддержание заданных параметров воздушной среды в производственных условиях обеспечивают системы кондиционирования микроклимата, которые являются совокупностью пассивных и активных инженерных средств и устройств.

Пассивные средства включают в себя различного рода ограждения и тепловую изоляцию помещений. В большинстве случаев, при существующих зданиях и сооружениях изменение их конструкции не представляется возможным или экономически невыгодно. К активным средствам обеспечения параметров микроклимата относятся системы вентиляции, отопления и кондиционирования воздуха. Грамотная их организация, в большинстве случаев, позволяет добиться в производственных помещениях оптимальных условий для функционирования технологического оборудования.

Системы кондиционирования воздуха (СКВ) являются активной, регулируемой системой, предназначенной для комплексного поддержания заданных параметров внутреннего воздуха. СКВ может работать в здании совместно с системами отопления и вентиляции, но зачастую СКВ берет на себя функции последних и создает в здании или, по крайней мере, в его наиболее ответственных помещениях необходимые климатические условия как в холодный, так и в теплый период года.

В настоящее время значительная часть (15-20%) капитальных вложений на строительство производственных зданий, где размещается электронное оборудование или ведутся современные технологические процессы, приходится на СКВ и сопряженные с ними устройства. Затраты на эксплуатацию этих систем могут достигать 60% от общих затрат на эксплуатацию зданий.

Можно ли уменьшить затраты на организацию и эксплуатацию систем кондиционирования производственных помещений за счет использования дешевого комфортного оборудования? Однозначного ответа на этот вопрос нет. Предположим, помещение, где расположен Ваш небольшой компьютер, аппаратура связи или другое высокочувствительное оборудование, имеет площадь всего в несколько десятков квадратных метров. В этом помещении Вам необходим определенный температурный режим.

С точки зрения экономичности проще всего было бы подключиться к общей системе охлаждения воздуха в здании. А если система отключена, например, в зимний сезон, или вообще отсутствует, можно воспользоваться простым кондиционером, установленным на крыше.

Но не спешите. Во-первых, это не самый дешевый вариант (особенно в случае необходимости резервирования), во-вторых, с уверенностью можно сказать - не наилучший способ решения проблемы.

Оборудование для комфортного кондиционирования воздуха обычно разрабатывается с учетом потребной холодопроизводительности в 1 кВт на 8 м2, тогда как прецизионный кондиционер разработан с учетом 2.5 кВт на 1 м2.

Охлаждать помещение, где работают люди, создавая для них приятный микроклимат, или для техники - это совершенно разные задачи. Для начала приведем такое сравнение: когда в помещении находятся люди, влажность воздуха повышается (за счет влаговыделения людей), чего нельзя сказать о компьютерах или другом тепловыделяющем оборудовании. Значит, можно говорить о скрытом охлаждении (способности поглощать влагу) и об ощутимом охлаждении (способности уменьшать тепло).

Комнатные кондиционеры, кондиционеры централизованной системы жилого здания, а также системы кондиционирования воздуха служебных помещениях (комфортные системы кондиционирования) работают с коэффициентом ощутимого охлаждения около 0.60-0.70. Это значит, что 60-70% работы комфорт-систем уходит на понижение температуры воздуха, а 30-40% - на удаление влаги. Такая система вполне оправдывает себя в помещениях с большим числом персонала и умеренным потоком входящих и выходящих людей.

Прецизионные (технологические) системы кондиционирования воздуха, в отличие от комфортных, за счет специальных технических средств имеют значительно более высокий коэффициент охлаждающей способности (ощутимой), равный 0.85-0.95. Примерно 85-95% работы прецизионной системы воздушного кондиционирования уходит на охлаждение воздуха, а 5-15% - на удаление влаги.

Еще одной важной характеристикой является стабильность заданных параметров температурного режима помещения. Прецизионные системы кондиционирования воздуха легко справляются с такими трудностями. Точность поддержания температуры обычно составляет до 20С, в отдельных случаях до 0.6С. Для комфортных (бытовых) систем это 5С.

Поддержание влажностного режима помещения

Во многих производственных помещениях, наряду с жесткими требованиями к тепловому режиму, существует необходимость точно выдерживать и влажностный режим. При высокой относительной влажности, например в компьютерном зале, узле связи или типографии могут возникнуть проблемы с конденсацией атмосферной влаги на частях оборудования, что неизбежно приводит к коррозии различных узлов электронного оборудования и браку. Наоборот, при низкой относительной влажности из-за эффекта электризации и возникновении статического электричества (потенциала) могут возникнуть нарушения в работе оборудования, потери части информации, вплоть до выхода из строя отдельных элементов электронных плат и иных элементов электронного оборудования.

Практически все производители современного электронного оборудования в графу технического паспорта «условия эксплуатации» заносят сведения о влажностном режиме помещения, причем диапазон рекомендуемых значений относительной влажности обычно лежит в пределах 45...55% .

Может ли комфортная система кондиционирования обеспечить заданные пределы? Ответ однозначен: нет. Любая комфортная система может работать в двух режимах: режиме охлаждения воздуха и режиме его нагрева (реверсивные модели). Конечно, в режиме охлаждения воздуха снижается его влагосодержание, но этот процесс в комфортных системах не подлежит регулировке. А увлажнение воздуха в комфортной системе невозможно принципиально (отсутствуют соответствующие функциональные блоки).

Комфортный кондиционер в первую очередь предназначен для создания оптимальных условий для работающего персонала. Обратимся к ГОСТ 12.1.005-88 «Воздух рабочей зоны. Общие санитарно гигиенические требования». Согласно этого документа, для легкой категории работ (а именно такой род работ по энерговыделениям наблюдается в большинстве офисных помещений) для оптимальных параметров микроклимата мы обязаны в производственном помещении поддерживать скорость движения воздуха на уровне 0.1 м/с. Кроме того, для исключения локального переохлаждения и простудных заболеваний температура в приточной струе не должна отличаться от температуры в рабочей зоне более чем на 3С. Для выполнения этих условий воздух из выходного отверстия кондиционера должен выходить с малой скоростью, чтобы дойдя до рабочей зоны в виде плоской (чаще всего) струи понизить свою скорость и температуру до заданных пределов. А это в свою очередь приводит к необходимости уменьшать общие объемы воздуха, обрабатываемые в кондиционере. Но как же при малых расходах воздуха снимать с оборудования заданные значения холодопроизводительности? Ответ один. Снижать температуру кипения хладагента, тем самым увеличивать перепады температур между воздухом, поступающим и выходящим из кондиционера. Но снижение температуры кипения хладагента (температуры поверхности испарителя) до ровня 3...7 С практически всегда приводит к охлаждению рециркуляционного воздуха ниже температуры точки росы, а это в свою очередь приводит к тому что влагосодержание воздуха падает до значений 0.003г/кг сухого воздуха (относительная влажность 10...15% на уровне температур 25 С) .

В отличие от комфортного, прецизионный кондиционер предназначен для поддержания заданных параметров микроклимата исходя из требований технологического оборудования, для которого не существует жестких требований по скорости распространения воздушных масс в объеме помещения. Прецизионный кондиционер обрабатывает существенно большие массы воздуха, что при одной и той же холодопроизводительности с комфортным позволяет поднять температуру теплопередающих поверхностей выше температур конденсации атмосферной влаги (выше точки росы), исключив (или снизив до минимума) процесс осушения воздуха. Кроме того, при необходимости существует возможность понизить температуру поверхности испарителя и осуществлять процесс осушения воздуха. В состав оборудования прецизионного кондиционера входит специальный блок генератора пара (увлажнителя), который может быть бойлерного типа, ультразвуковой, с инфракрасными излучателями и т.д. Совокупность этих двух возможностей обеспечивает возможность поддержания в кондиционируемом помещении требуемых условий по влажностному режиму.

Следует остановиться на некоторых практических примерах «модернизации» комфортных систем кондиционирования, с целью повышения их функциональных возможностей. В практике эксплуатации комфортных систем кондиционирования в промышленных помещениях (особенно в зимнее время) проблемы с сухим воздухом становятся настолько острыми, что службы эксплуатации решаются на приобретение дополнительных увлажнителей воздуха и размещению их в кондиционируемом помещении. У такого решения проблемы, помимо общего удорожания системы комфортного кондиционирования (в этом случае стоимость может стать сравнима со стоимостью прецизионной системы) есть много и других негативных последствий. Главное из которых - это несогласованность систем управления пароувлажнителя и кондиционера. Наступает такой момент, когда пароувлажнитель начинает «работать» на кондиционер. Комфортная система работает на рециркуляционном воздухе, значит воздух, увлажненный увлажнителем неизбежно поступает на вход кондиционера, где интенсивно осушается и цикл замыкается. Мы достигаем только частичного результата. Но это не все. На осушение воздуха может расходоваться до 40% холодопроизводительности кондиционера. В этом случае мощности кондиционера для покрытия тепловыделений в помещении, как правило, уже не хватает, что приводит к нарушению и теплового режима помещения. Встает вопрос, а может быть при покупке комфортной системы, заранее выбрать ее большей холодопроизводительности, затем до оснастить пароувлажнителем и таким образом отказаться от покупки прецизионной системы. Да так можно, но комфортная система большей производительности стоит дороже, плюс стоимость пароувлажнителя и расходы на повышенное потребление электроэнергии. Стоимость такой комбинации будет выше, чем любого прецизионного оборудования класса "Люкс".

Встречаются случаи, когда Заказчики с целью экономии средств устанавливают в одном помещении прецизионную систему, к ней комфортную систему, и на случай отказа основного оборудования еще одну резервную комфортную систему кондиционирования. Объяснение такому решению простое. Прецизионная система меньшей холодопроизводительности, чем требуемая, дешевле. Недостаток холодопроизводительности будет покрыт дополнительной, дешевой комфортной системой, а на аварийный случай есть вторая дешевая комфортная система. Кажется, что в этом варианте учтены все возможные случаи жизни, предусмотрен даже вариант резервирования. Посмотрим на такой вариант организации системы более внимательно. Стоимость прецизионных систем кондиционирования зависит от холодопроизводительности незначительно. Для прецизионных систем увеличение холодопроизводительности вдвое приводит к увеличению стоимости оборудования на 10...12%. Для комфортного оборудования такой тенденции нет. Для этого класса оборудования увеличение холодопроизводительности вдвое приводит к увеличению цены на 40...60%. Кроме того, при стоимости комфортной системы порядка 2..3 тыс. $США, цена одной прецизионной системы номинальной холодопроизводительности становится меньше, чем стоимость прецизионной малой мощности и дополнительной комфортной.

Вариант совместного использования в одном помещении прецизионной и комфортной системы кондиционирования имеет и ряд других недостатков. При поддержании заданной влажности воздуха возможны варианты работы обеих систем друг на друга. Прецизионная будет увлажнять воздух, а комфортная его осушать, тогда как в момент «противоборства» двух систем кондиционирования, оборудование в помещении будет работать само по себе. Это не относится к канальным системам, работающим на приточном воздухе).

Обратите внимание на тот факт, что если в помещении, где размещено электронное оборудование, отказаться от поддержания требуемой влажности воздуха, то вследствие необратимых процессов (разрушения лака на электронных печатных платах, окисления контактов, высыхания изоляции силовой и коммутационной проводки и т.д.) сроки службы оборудования значительно снижаются, а эксплуатационные затраты (ремонт, обслуживание) на основное оборудование резко возрастают.

Внешние климатические условия работы

Очень часто задается вопрос: почему для комфортного оборудования сплит-системы вводятся ограничения на температуры наружного воздуха в теплый и холодный период года? Постараемся разобраться в этом вопросе.

Повышенные температуры окружающей среды приводят к уменьшению тепла, отводимого в окружающее пространство в конденсаторе, что в свою очередь уменьшает общую холодопроизводительность системы. Обычно для предотвращения аварийных режимов работы комфортное оборудование комплектуется датчиками температуры конденсации, которые отключают компрессорную установку при достижении наперед заданного значения температуры конденсации. Обычно это соответствует температуре окружающей среды порядка 35...40''С. Для оборудования тропического исполнения это значение может достигать 46"С. Для комфортных систем это предел.

Прецизионные системы кондиционирования воздуха, по желанию Заказчика, могут комплектоваться конденсаторами воздушного охлаждения с повышенными площадями поверхностей теплообмена и с повышенными производительностями вентиляторов, что обеспечивает верхнюю границу рабочих температур до 60"С.

Нижняя граница рабочих температур определяется исходя из иных соображений. Одним из главных достоинств сплит-систем является тот факт, что в обслуживаемом помещении располагается только вентилятор и испаритель, а самое шумное оборудование - компрессор, высокопроизводительный вентилятор конденсатора располагается вне помещения. Для комфортных систем, предназначенных для создания микро климатических условий обслуживающему персоналу, это очень важно. Необходимо выдержать довольно жесткие нормы по шуму в рабочих помещениях (ГОСТ 12.1003-83). При низких температурах окружающей среды изменяются смазывающие свойства компрессорного масла, ухудшаются условия его возврата в компрессор, т.е. резко сокращается срок службы. При очень низких отрицательных температурах масло может настолько загустеть, что при пуске компрессора произойдут поломки его подвижных частей или выход из строя электродвигателя. Кроме того, снижение температуры воздуха охлаждающего конденсатор приводит к переохлаждению фреона и снижению давления конденсации, что также нарушает режим работы кондиционера. Обычно для комфортных систем нижний предел работоспособности по температуре задается на уровне 5"С.

В прецизионных системах кондиционирования компрессорный агрегат располагается внутри обслуживаемого помещения, а в окружающей среде размещается только конденсатор воздушного охлаждения. Поэтому прецизионные системы кондиционирования лишены этого недостатка.

Большинство производителей комфортного оборудования имеют возможность комплектовать свое оборудование дополнительными блоками, регулирующими давление конденсации при низких температурах. Это могут быть блоки, регулирующие производительность вентилятора конденсаторного блока или специальные клапанные перепускные системы. При использовании этих устройств нижняя граница рабочих температур для комфортного оборудования может быть реально понижена до -15"С ( в отдельных случаях до - 25"С). Это предельная температура для комфортных систем.

Прецизионные системы кондиционирования уверенно работают до температур порядка - 40"С. В общем случае для прецизионных систем кондиционирования не существует нижней границы по рабочей температуре. Это связано с тем, что у прецизионного оборудования иной принцип организации. Так, для работы исключительно в холодное время года разработана система свободного охлаждения. Когда температура наружного воздуха падает ниже +15"С, система автоматически перестраивается на режим использования холодного наружного воздуха в качестве источника охлаждения, полностью или частично заменяя компрессор. Работа без компрессора при низких температурах окружающей среды значительно снижает эксплуатационные затраты и увеличивает срок службы компрессора. Эти системы могут работать независимо от температурах окружающей среды.

Вентиляция производственных помещений

Системы вентиляции рассчитываются с учетом монтажа на объекте вентиляционного оборудования в соответствии с рекомендуемыми расходами воздуха.

Приточный воздух фильтруется фильтром необходимого стандарта (EU 3 - EU 14) и нагревается в холодное время года воздушным калорифером — электрическим, или водяным.

Автоматика вентиляционных систем обеспечивает:

  • регулировку нагрева приточного воздуха в пределах 16-20°С;

  • регулировку расхода вентилятора;

  • защиту вентилятора от перегрева;

  • блокировку вентилятора при его перегреве;

  • блокировку электрического калорифера при перегреве и пожаре;

  • блокировку электрического калорифера при отключении;

  • водяной калорифер защищен от заморозки двумя ступенями предохранения.

При необходимости в систему автоматики может быть включен программатор режимов работы.

Обратите внимание на раздел Обогреватели.

Решение для поддержания точной температуры и влажности на базе прецизионного шкафного кондиционера.