Эжекционные доводчики в системах кондиционирования воздуха гостиниц
Принцип действия кондиционирования воздуха с эжекционными доводчиками и двухступенчатой рекуперацией тепла из вытяжного воздуха. В европейских странах, для обслуживания номеров гостиниц широко используются кондиционирование воздуха с эжекционными доводчиками (ДЭ), установленными под оконными проемами помещений, как например в отеле "Дунай Интерконтиненталь" в Будапеште (рисунок 1).
Эжекционные доводчики в системах кондиционирования воздуха гостиниц
Сравнение СКВ с эжекционными доводчиками и двухступенчатой рекуперацией тепла вытяжного воздуха и местно-центральной СКВ с вентиляторными доводчиками (фанкойлами)
Принцип работы эжекционных доводчиков
Рис. 1. Гостиница «Дунай Интерконтиненталь»
От центрального кондиционера на крыше здания подготовленный приточный наружный воздух по вертикальным каналам через отводы 1 (рис.2) поступает к ДЭ в количестве, соответствующем санитарной норме для обитаемой комнаты гостиничного номера. Этот объем приточного наружного воздуха выходит из сопел 2 и через оребрения теплообменника 3 эжектирует внутренний воздух 4 из обитаемой зоны номера. Температура воздуха в номере контролируется датчиком, который имеет импульсную связь с автоматическими клапанами на трубопроводах подачи в теплообменник 3 горячей или холодной воды. В холодное время года в номере поддерживается комфортная температура воздуха tв от 20 до 22°С. При tв=+20°С в теплообменник 3 подается расчетный расход горячей воды. При достижении tв=+22°С автоматический клапан закрывает поступление горячей воды в теплообменник 3. При дальнейшем возрастании tв до 23°С датчик контроля температуры воздуха подает команду на начало подачи в теплообменник 3 холодной воды. При возрастании tв до 25°С в теплообменник 3 поступает уже расчетный расход холодной воды. Жильцы номеров могут самостоятельно настраивать датчик контроля на желаемую температуру внутреннего воздуха tв в обитаемой комнате.
Смесь приточного наружного и эжектируемого перемещаемого внутреннего воздуха через эжекционный доводчик поступает в обслуживаемое помещение. Вытяжка загазованного и влажного воздуха осуществляется из верхней зоны санузла, располагающегося рядом с входным тамбуром номера. В холодном климате большинства регионов России энергетически целесообразно использовать теплоту вытяжного воздуха на нагрев санитарной нормы приточного наружного воздуха.
Рис. 2. Принципиальная схема работы эжекционных доводчиков, смонтированных под окнами в гостинице «Дунай Интерконтиненталь»
1 – поступление санитарной нормы наружного воздуха от центрального приточного агрегата; 2 – выход из сопел наружного воздуха, количество которого отвечает санитарной норме; 3 – теплообменник, снабжаемый горячей или холодной водой из централизованых источников; 4 – выбрасываемый из помещения воздух.
СКВ с эжекционными доводчиками и двухступенчатой рекуперацией тепла вытяжного воздуха
В России разработана энергосберегающая СКВ с эжекционными доводчиками и двухступенчатой рекуперацией тепла вытяжного воздуха. На рис. 3 показана принципиальная схема этой системы для обслуживания гостиничных номеров.
В холодном климате большинства регионов России энергетически целесообразно использовать теплоту удаляемого воздуха для нагрева санитарной нормы приточного наружного воздуха.
В центральном приточном агрегате готовится суммарный расход приточного наружного воздуха ΣLпн, который очищается в фильтре 6 и нагревается от теплоты удаляемого воздуха ΣLу в двух ступенях рекуперации. В первой ступени наружный воздух нагревается в теплоотдающем теплообменнике 7, в трубки которого подается насосом (на рис. 3 не показан) антифриз, нагретый в трубках теплообменника 8, где охлаждается и осушается влажный теплый удаляемый воздух ΣLу, забираемый вытяжным вентилятором 12 из санузлов гостиничных номеров. В расчетных условиях благодаря утилизации теплоты удаляемого воздуха в теплоизвлекающем теплообменнике 8 приточный воздух в теплоотдающем теплообменнике 7 нагревается на 22°Ñ.
Во второй ступени рекуперации с помощью компрессора (на схеме рис. 3 не показан) между теплообменниками 9 и 10 циркулирует рабочий агент (обычно фреон R-22). В режиме нагрева приточного наружного воздуха ΣLпн в теплообменник 9 компрессором нагнетаются горячие пары фреона R-22. При прохождении холодного воздуха со стороны оребрения трубок теплообменника 9 в трубках происходит охлаждение фреона R-22 и его пары переходят в жидкое состояние. В ходе этого процесса температура приточного наружного воздуха со стороны оребрения трубок повышается на 14 °С. Жидкий фреон R-22 с помощью компрессора через терморегулирующее автоматическое устройство (на схеме рис. 3 не показано) поступает в трубки теплообменника 10 при низком давлении. В результате фреон в этих трубках закипает, и происходит дальнейшее охлаждение и осушение вытяжного воздуха. Охлажденный и осушенный вытяжной воздух ΣLу вентилятором 12 выбрасывается в атмосферу, а нагретый приточный наружный воздух ΣLпн по присоединительным воздуховодам 1 поступает в эжекционный доводчик.
Отличительной особенностью использования эжекционного доводчика под окном гостиничного номера по схеме рисунка 3 в сравнении с системой, представленной на рисунке 2, является эжекция внутреннего воздуха из верхней зоны номера с его спуском по поверхности остекления окна. Под потолком в номере зимой воздух имеет температуру до 24 °С и его всасывание в ДЭ по поверхности холодного остекления окна обеспечивает нагрев холодного стекла. Тем самым исключается обмерзание и обеспечивается снижение отрицательной радиации от поверхности остекления, что, в свою очередь, создает более комфортные условия в номере.
Другой отличительной особенностью является поступление приточного воздуха от эжекционного доводчика непосредственно в зону обитания людей. Отделочные материалы, бытовое оборудование и люди в помещении выделяют тепло, водяные пары, вредные газы и запахи, имеющие температуру выше температуры воздуха tв. Поэтому указанные вредные выделения поднимаются под потолок и через вытяжное отверстие в санузле удаляются с помощью вытяжного вентилятора 12.
Если приточный воздух подавать из верхней зоны помещения, то он вовлекает в свою струю поднимающиеся вверх вредные воздушные массы, и в результате до 60% вредного потока возвращается в зону обитания людей. Такая конфигурация воздухообмена значительно ухудшает санитарно-гигиенические качества воздушной среды в помещении.
Отделочные материалы, бытовое оборудование и люди выделяют тепло, водяные пары, вредные газы и запахи, имеющие температуру выше температуры воздуха и поэтому поднимающиеся к потолку.
В схеме на рис. 3 приточный воздух вытесняет под потолок загрязненные воздушные массы, что, согласно санитарно-гигиеническим требованиям, отвечает наиболее качественной конфигурации «вытесняющей вентиляции».
Рис. 3. Принципиальная схема работы энергосберегающей СКВ с двухступенчатой рекуперацией тепла вытяжного воздуха и монтажом эжекционных доводчиков под окном гостиничного номера
1 - поступление санитарной нормы наружного воздуха от центрального приточного агрегата;
2 - выход из сопел наружного воздуха, количество которого отвечает санитарной норме;
3 - теплообменник, снабжаемый горячей или холодной водой из централизованых источников;
4 - выбрасываемый из помещения воздух;
5 - приточная решетка;
6 - фильтр;
7 - теплоотдающий теплообменник первой ступени утилизации теплоты удаляемого воздуха;
8 - теплоизвлекающий теплообменник в удаляемом воздухе;
9 - теплообменник конденсации рабочего агента зимой (+) и испарения летом (-);
10 - теплообменник испарения рабочего агента зимой (-) и конденсации летом (+);
11 - приточный вентилятор;
12 - вытяжной вентилятор
В летнее время приточный наружный воздух ΣLпн необходимо охлаждать и осушать. В этом случае насос первой ступени рекуперации останавливается и прекращает циркуляцию антифриза через теплообменники 7 и 8. Во второй ступени рекуперации автоматический 4-ходовой вентиль (на рис. 3 не показан) переключает направление движения фреона R-22. Первоначально компрессор нагнетает горячие пары в трубки теплообменника 10. Проходящий со стороны оребрения трубок этого теплообменника вытяжной воздух ΣLу обеспечивает отвод теплоты конденсации фреона. Жидкий фреон через терморегулирующее устройство поступает в трубки теплообменника 9. При кипении фреона в его трубках проходящий со стороны оребрения приточный воздух ΣLпн охлаждается и осушается. Изменением скорости вращения электродвигателя компрессора достигается требуемое охлаждение приточного воздуха и снижение суточных расходов электроэнергии на поддержание комфортного микроклимата в гостиничном номере.
Местно-центральные СКВ с вентиляторными доводчиками (фанкойлами)
Рис. 4. Принципиальная схема СКВ в гостинице с использованием местных вентиляторных доводчиков (фанкойлов)
1 – приточный воздуховод от центрального кондиционера; 2 – отвод санитарной нормы наружного воздуха с глушителем для подачи в верхнюю зону номера; 3 – регулятор расхода санитарной нормы наружного воздуха; 4 -вентиляторный доводчик (фанкойл); 5 – забор рециркуляционного воздуха в подвесном потолке тамбура; 6 – приточная камера с приточной решеткой под потолком номера; 7 – санузел и ванная комната; 8 – электрообогрев пола в санузле; 9 – вытяжной отвод из санузла; 10 – вытяжной воздуховод; 11 – электрический конвектор.
В отечественной практике используются местно-центральные СКВ с вентиляторными доводчиками (фанкойлами). На рис. 4 представлена принципиальная схема такой СКВ [2].За подвесным потолком коридора смонтирован приточный воздуховод 1. Санитарная норма приготовленного приточного наружного воздуха, поступая через отвод, глушитель и регулятор расхода 3, проходит через приточную камеру 6 и направляется к приточной решетке, расположенной под потолком жилой комнаты гостиничного номера. За подвесным потолком входного тамбура смонтирован вентиляторный доводчик (фанкойл) 4. Через решетку 5 рециркуляционный воздух из тамбура забирается в фанкойл 4, где находится теплообменник, соединенный по двухтрубной схеме с источником снабжения горячей водой с температурным перепадом 80-65 °С. Работа фанкойла 4 обеспечивает воздушное отопление номера. Для устранения обмерзания и отрицательной радиации от остекления окон в их нижней части установлены электрические конвекторы 11.
Вытяжка загазованного отепленного влажного воздуха осуществляется через вытяжное устройство по отводу 9, присоединенному к магистральному вытяжному воздуховоду 10. Для экономии электроэнергии в схеме принято, что вытяжка из санузла 7 осуществляется не постоянно, а периодически. Как отмечается в статье [2], большую часть времени будет создаваться положительный дисбаланс, так как система вытяжки работает только при включении света в ванной.
Расположение рециркуляционной решетки 5 в подвесном потолке тамбура напротив двери в санузел создает условия, при которых большую часть суток загрязненный и влажный воздух из санузла 7 забирается в фанкойл 4 на рециркуляцию. Это приводит к значительному ухудшению санитарно-гигиенических характеристик приточного воздуха, поступающего в жилую комнату гостиничного номера.
Снабжение теплообменников фанкойлов 4 осуществляется по 4-трубной схеме. В переходный период года номера на облученном солнцем фасаде гостиницы нуждаются в охлаждении. В теплообменники фанкойлов 4 соответствующих номеров поступает холодная вода и снижается температура рециркуляционного воздуха. В номерах со стороны фасадов, находящихся в тени, требуется отопление, обеспечиваемое подачей горячей воды в теплообменник фанкойлов 4.
В статье Т.И. Садовской приведены удельные показатели расхода тепла и холода в СКВ гостиницы [2, табл. 4]. В каждый номер общей площадью 40 м2 подается приточный наружный воздух с интенсивностью 100 м3/ч. В климатических условиях Москвы при tнх= -28 °С на расчетный нагрев этого воздуха до tв = +20 °С требуется тепла
Qт.пн. = 100•1,3•1 (20+28)/3,6 = 1733 Вт.
Исходя из данных этой же статьи, на СКВ расходуется тепла 84 Вт/м2, что на гостиничный номер площадью 40 м2 составит
QтСКВ = 40•84 = 3360 Вт
Эти расчеты показывают, что в проекте СКВ [2] не предусмотрены энергосберегающие мероприятия.
При использовании СКВ с двухступенчатой рекуперацией тепла удаляемого воздуха, показанной на рис. 3, в гостиничные номера к ДЭ будет поступать приточный наружный воздух, нагретый от tнх = - 28 °С до tпн = +8 °С. Расход тепла в ДЭ на догрев воздуха до tв = +20 °С составит
QТ.ДЭ = 100•1,22•1 (20 – 8)/3,6 = 407 Вт
В сравнении с традиционной схемой СКВ для гостиниц [2] расход тепла на нагрев санитарной нормы приточного наружного воздуха в СКВ с ДЭ (рис. 3) значительно снизится и будет в 4,3 раза меньше (1733 Вт/407 Вт = 4,3).
Дополнительным преимуществом СКВ с ДЭ по схеме, приведенной на рис. 3, является поступление приточного воздуха в жилую зону номера и исключение возможности смешения приточного воздуха с загазованным и влажным воздухом из санузла, как это имеет место в схеме СКВ по рис. 4. Кроме того, в теплое время года температура и энтальпия воздуха, удаляемого вытяжной вентиляцией, будут значительно выше tв = +25 °С. Тем самым обеспечивается снижение расхода холода на отведение расчетных теплопритоков в номерах гостиниц до 40%.
Литература, использованная при подготовке материала:
- 1.Fläkt. Catalogue 84. Air conditioning systems for Hotels.
- 2.Садовская Т.И. Высотная гостиница на Краснохолмской стрелке /Т.И. Садовская // «АВОК», 2004, № 4, С. 16 – 22
Олег Кокорин,
старший научный консультант ЗАО «Обитель», д.т.н., профессор
Игорь Лимонтов,
менеджер по развитию бизнеса ЗАО «Обитель»