При проектировании прецизионных систем вентиляции и кондиционирования воздуха встречается множество нестандартных задач, требующих необычных технических решений. При решении таких задач, проектировщики сталкиваются  с недостатком исходных данных и отсутствием видения технического решения в целом. На примере данной статьи можно увидеть на какие основные аспекты стоит обратить внимание  и на какие подзадачи делится общее техническое решение.

Д.т.н. проф. Сотников А.Г. (СПбГУНиПТ)
ЗАО “ТермоТехнологии”: Мальков А.В. (директор по развитию), Болдырев А.А. (рук-ль технического отдела), Ивашко М.С. (инженер)

Современное производство товаров массового потребления требует передовых технологий в средствах производства и немаловажную роль в функционировании технологических процессов занимает такой фактор, как параметры микроклимата. Развитие и совершенствование технологического оборудования требует повышенного качества сырья, подвергающегося обработке или участвующего в технологических процессах. В табачном производстве в качестве таких материалов выступают бумага и табак. Особое внимание уделим бумаге, которая, в отличие от табака, до отправления на производственную линию – выдерживается в кондиционируемых помещениях. Бумага, как исходный материал для полиграфии, производства табачной продукции, является типичным гигроскопическим (капиллярно-пористым) материалом, к числу которых также относятся волокно, нить, ткань, холст, древесина, кожа и т.д.

Качество данных материалов оказывает непосредственное влияние на качество готовой продукции. Большое значение имеют температурно-влажностные параметры сырья, а следовательно, и помещения, откуда сырьё поступает на производство. Поддержание этих параметров необходимо для того, чтобы избежать нарушения геометрических (волнистость, проводка листа) и прочностных (при высокой и низкой влажности материал становится хрупким) параметров бумажного сырья. Для получения готовой продукции необходимого качества нужно, чтобы бумажное сырье, поступающее в производство, было кондиционным. Поэтому перед проектировщиками стояла важная и трудная задача – разработать систему кондиционирования воздуха и систему автоматизации, способную обеспечить в помещении склада температуру и относительную влажность в соответствии с технологическими требованиями к данной продукции.

В сотрудничестве с кафедрой кондиционирования воздуха СПбГУНиПТ, проектной группе ЗАО "ТермоТехнологии" ещё на стадии проектирования удалось вскрыть и обойти слабые места будущего проекта и подойти к монтажу, а впоследствии и к пусконаладочным работам, со стойкой уверенностью в правильности технического решения и в положительном итоговом результате. Проблемы, возникавшие в процессе реализации проекта, порой казались трудноразрешимыми, но благодаря командному подходу и «интеллектуальному штурму», всегда находился оптимальный вариант их разрешения.

Объектом, для которого производилось проектирование и монтаж системы кондиционирования воздуха, является склад нетабачных материалов (далее - склад) одной из табачных фабрик Санкт-Петербурга, где материалы (бумага, картон) выдерживаются перед подачей на производство. Материалы складируются на стеллажах. Площадь помещения 2420 м² (71 м * 34 м), высота помещения – 11 метров. Высота стеллажей, а значит и высота обслуживаемой зоны данного помещения, загруженных материалом равна 9 м. Длина стеллажа составляет 25,2 м, ширина – 2,4 м; расстояние между стеллажами – 2 м. Свободная площадь помещения составляет 1690 м².

Объект окружен помещениями с близкими по значению, постоянно поддерживаемыми, температурно-влажностными параметрами. Помещение также характеризуется небольшими по значению удельными теплопоступлениями от освещения, электропогрузчиков и через кровлю. Влагопоступления и потери влаги в помещении склада непостоянны и зависят от количества и влажностных параметров складируемых материалов. Поэтому, при отсутствии точных данных, пришлось отчасти прибегнуть к эвристическому проектированию (проектирование при отсутствии точных изначальных данных).

В соответствии с техническим заданием в помещении склада необходимо круглогодично и круглосуточно (100% резервирование, в соответствии с п.7.2.3 [1]) обеспечивать следующие климатические условия:
-    температура 22±1 °С;
-    относительная влажность 58±5 %.

Материалы поставляются на склад в негерметичной полиэтиленовой или картонной упаковке. Часть материалов должна быть привезена из существующего склада в условно кондиционном состоянии, другая часть матераилов завозится от производителей с различными параметрами, которые зависят от множества факторов (таких как: способ и погодные условия во время транспортировки, место отправления и изначальные способы хранения продукции). Благодаря способу складирования материалов воздействие внешней среды на саму продукцию должны быть минимальны, однако им нельзя пренебрегать.

Для реализации задачи, поставленной из условий обеспечения доставки циркуляционного воздуха в зону складируемого материала, предусмотрена система кондиционирования воздуха с постоянным расходом приточного воздуха (CAV). Расход приточного воздуха был принят по расчету (на ассимиляцию теплоизбытков). Кратности воздухообмена в помещении равны: Крнетто=1,5 и Крбрутто=2,0, а расход приточного воздуха численно составил 40000 м3/ч. Воздухообмен определен требованиями для складов бумаги и книгохранилищ, где основная часть обратываемого воздуха берется из помещения, а наружный воздух подается в количестве, необходимом для удаления внутренней микрофлоры помещения (10% от общего расхода воздуха) [2]. Система кондиционирования воздуха состоит из 2-х центральных кондиционеров (основного и резервного), система автоматизации обеспечивает равную выработку мото-ресурса каждым кондиционером. Центральный кондиционер включает в себя два вентилятора: рециркуляционный и приточный. Рециркуляционный вентилятор обеспечивает транспортировку воздуха и от вытяжных устройств воздухораспределения до входа в приточную часть кондиционера (в воздухоохладитель). Приточный вентилятор рассчитан на остальную часть системы.

Применена схема центрального кондиционера, с обработкой рециркуляционного воздуха и подмешиванием наружного. В составе центрального кондиционера расположены следующие аппараты: воздухоохладитель (он же в других условиях в качестве осушителя), насадочный адиабатный увлажнитель и воздухонагреватель. Схема обработки рециркуляционного воздуха является не традиционной и полностью исключает возможность замораживания теплообменников (что часто происходит при подаче наружного воздуха низкой температуры в камеру смешения из-за плохого перемешивания потоков в ней). Помещение находится под небольшим подпором (~0,25 крата при средней загрузке склада). Центральные кондиционеры расположены непосредственно в помещении склада на платформе. Смесительные узлы контуров тепло- и холодоснабжения расположены на стене вблизи кондиционеров.

В холодный период года система кондиционирования выполняет функцию воздушного отопления, обеспечивая подачу перегретого воздуха для компенсации незначительных теплопотерь помещения. Как уже отмечалось, склад находится в системе складов, т.е. со всех сторон его окружают помещения с подобными параметрами микроклимата. Поэтому теплопотери рассчитаны только через кровлю и пол и, более чем наполовину компенсируются внутренними тепловыделениями.

При отклонении параметров микроклимата от заданной уставки возможны 3 зоны, характеризующиеся определённой комбинацией отрабатывающих аппаратов для тепло-влажностной обработки воздуха. Для холодного периода года – это пара аппаратов «увлажнитель – воздухонагреватель», для тёплого периода – «воздухоохладитель – увлажнитель» и «воздухоохладитель (осушитель) – воздухонагреватель».

Предусмотрено каскадное регулирование климатических параметров (температура, влажность) в помещении склада [3]. Выбор данной системы регулирования был обоснован большим объёмом обслуживаемой зоны и инерционностью  процессов, происходящих в нем. Основной причиной инерционности процессов является транспортная задержка доставки воздуха, которая вызвана протяженной сетью воздуховодов и длиною стеллажей, используемых, как естественные каналы для движения воздуха. Суммарная  транспортная задержка через среднюю воздухораспределительную решетку достигает значения до 165 секунд.

Поддержание относительной влажности воздуха обеспечивается путём двухпозиционного регулирования (вкл/выкл) насоса увлажнителя. Для обеспечения колебания относительной влажности около уставки 58% задана верхняя граница 60%, после достижения которой насос увлажнителя отключается. Регулирование процесса увлажнения производится во времени, с помощью управления полупериодами включения-выключения насоса.

Схема воздухораспределения применена с учётом архитектурно-конструктивных особенностей объекта. Приточные решетки расположены по периметру помещения. Приточный воздух подаётся направленными плоскими вертикальными струями в проходы между стеллажами с двух сторон и с двух уровней. Таким образом, проходы между стеллажами служат естественными каналами для движения воздуха. Вытяжка осуществляется из верхней зоны. Вытяжные решётки равномерно распределены по длине склада в центральной верхней части помещения.

При разработке системы кондиционирования было выполнено многовариантное проектирование, представлено технико-экономическое обоснование различных вариантов системы и, как результат, выбран оптимальный вариант системы кондиционирования воздуха в складе.

Профессиональный вариант статьи ориентированный на проектировщиков в формате PDF (350 kb) скачать.

Литература

1. СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование.
2. А.Г. Сотников, Процессы, аппараты и системы кондиционирования воздуха и вентиляции. В двух томах, том I. - СПб. ООО «АТ», 2005, 504 с.
3. А.А. Рымкевич, М.Б. Халамайзер, Управление систем кондиционирования воздуха. – М.: Машиностроение, 1977. – 214 с.