Производственный климат: детально о деталях

Достижения в сфере вентиляции и кондиционирования для деревообрабатывающей отрасли стали очередным фазисом совершенства технического Олимпа. Масштабный симбиоз проектировщиков и производителей снискал свой отклик в современных системах климатического оборудования индустриального назначения. Причем путь к идеалам отмерен десятками лет. Вековую интригу имеет венец творения — вентилятор и его создатель, француз Жанн Шабаннес поведал миру о своем изобретении в 1815 году. Безусловно, «предок» нынешнего вентилятора был лишь первой каплей в океане научных открытий, но инженерные метаморфозы за все эти годы подарили миру множество парадигм в области производственного комфорта. Охлаждение, нагрев, ионизация, осушение, насыщение — далеко не весь функционал, раскрывающий потенциал современного кондиционера.

Надежно, выгодно, удобно!

Стремление деревообработчиков к созданию энерговооруженного производства, максимизации использования оборудования и рабочих площадей неминуемо влечет за собой существенное увеличение тепловых нагрузок. А поскольку многогранность процессов деревообработки подразумевает выделение на различных этапах опилок, стружки, древесной пыли, паров клея, растворителей, красок и лаков, избыточного тепла и конденсата, то обойтись традиционными средствами вентиляции просто уже невозможно. В этом русле умное управление «погодой» на предприятии является скорее необходимостью, чем неким капризом руководства.

Следуя запросам современности производители отопительно-вентиляционной техники уверенно тяготели к универсальности и эргономичности. Прозой отечественной вентиляции и кондиционирования стали последние новинки кондиционеров, приточных камер, воздухонагревателей, теплоутилизаторов, вентиляторов — обладающие наглядной продуктивностью при минимуме энергозатрат. Примечателен тот факт, что нынешние разработки систем кондиционирования воздуха сориентированы на выпуск комплектных установок. Это позволяет ведущие операции по монтажу и сборке проводить в сжатые сроки непосредственно на предприятии-заказчике с учетом специфики используемых технологий и интенсификацией производства.

Сегодня проект вентиляционной системы на предприятиях деревообрабатывающего сектора разрабатывается строго по нормативам СНиП. Естественно, используемая вентиляционная схема деревообрабатывающего производства перед подачей в помещение или выбросом в атмосферу предусматривает прохождение вытяжным воздухом двухступенчатой системы очистки:

• 1 ступень — инерционная или гравитационная, гарантирует до восьмидесяти процентов очистки за счет использования циклонов или пылеосадительных камер;
• 2 ступень — тонкая фильтрация, в данном случае применяются рукавные или патронные фильтры.

Рассматриваемая система аспирации наряду с местными отсосами и общеобменной системой вентиляции считается наиболее приоритетной для деревообрабатывающих организаций. Классическая модель процесса воздухообмена всецело зависит от центральной аспирационной системы, которая в свою очередь местными отсосами выводит загрязненные отходами воздушные массы от оборудования. Затем происходит перемещение загрязненного воздуха в общий очистительный агрегат, после чего агент выводится в атмосферу, либо поступает назад в цех (при использовании системы рециркуляции). При этом равновесный воздушный баланс, а точнее компенсация аспирационного воздуха посредством фильтров достигается за счет притока внешних воздушных масс или же процессом рециркуляции. Объем требуемого воздухообмена рассчитывается согласно количества воздуха, выводимого местными отсосами деревообрабатывающих станков.

Циклоны — фильтры инерционного типа, с очистительным потенциалом воздуха от пыли дисперсностью более 5 мкм, а также липких загрязнений. Конструктивные особенности и легкость в обслуживании вызывают интерес у потребителей.

Принцип действия основан на вращении отсасываемого загрязненного воздуха с последующим отклонением к внутренней поверхности циклона, где насыщенный агент теряя кинетическую энергию оставляет тяжелые частицы в бункере. В тоже время полость бункера испытывает избыточное давление напора и входной воздух, продолжая вращение, переходит в выходящий поток. Основными недостатками данного фильтра являются необходимость использования мощного вентилятора, фиксируемый размер очищаемых частиц, вынужденная остановка производства при проведении сервисного обслуживания и сложности монтажа.

При необходимости наряду с центральной системой аспирации внедряют и местную систему аспирации. Такой подход аргументирован следующими преимуществами: мобильной интеграцией со шлюзовым отсеком, очисткой бункера без отрыва от производства, существенной степенью регенерации выводимого агента и экономичностью. Однако и эта система далека от идеала — размещается непосредственно вблизи от оборудования, имеет незначительную производительность и абсолютно непригодна для работы со слипающимися загрязнениями. Проектировка местной аспирации производится с учетом геометрических параметров зонтов, углов установки и скорости движения воздуха.

Параметры

Как правило, технико-экономический расчет наглядно демонстрирует прямую связь уровня оптимальной скорости от объема воздуха. В данном случае увеличение объема приводит к снижению скорости. Переход же на экономичную скорость, делает сечения магистральных воздуховодов крупных вентиляционных установок соизмеримыми с сечением самой установки. Разумеется, что размещение воздуховодов и подача воздуха превращаются в существенную дилемму для проектировщиков, ведь оптимизация скоростного режима воздушных масс в воздуховодах отходит на второй план, а это уже грозит перерасходом электроэнергии. Безусловно, наметилась тенденция снижения единичной производительности вентиляционных установок и центральных кондиционеров. Отдельные компании поставили акцент на выпуск установок, чья производительность по воздуху составляет порядка 100-120 тыс. м³/ч. В данном случае параметрический ряд по производительности подразумевает определенную последовательность чисел.

Мероприятия по снижению общей воздухопроизводительности установок систем вентиляции и кондиционирования воздуха сегодня имеют следующие формы:

• Ряд стран руководствуется нормативами энергопотребления зданий. За счет жестких рамок стандарта относительно потребления энергии для определенного ранга зданий и инженерного оборудования достигнут существенный экономический эффект.
• Норматив по теплозащите зданий различного назначения с высоким сопротивлением теплопередачи для наружных ограждающих конструкций, используемый в отдельных странах также демонстрирует и снижение воздухопроизводительности, и энергопотребления используемых установок посредством увеличения теплозащиты объектов.

• Техническим решением от производителей теплоутилизаторов выступает рециркуляция удаляемого из помещений воздуха. Громогласная стопроцентная эффективность данного оборудования основана на снижении отопительной нагрузки и воздухопроизводительности вентиляционных установок при полном возврате в рабочее помещение очищенного воздуха. Особенно актуален такой подход для деревообрабатывающих производств, когда вытяжная система не работает с загрязнениями в виде газа или вредных паров. Однако стоит отметить, что классика схем и систем, основанная на валовом поступлении вредностей в весь объем помещения и на воздухообмен всего объема помещения, стала неэкономичной из-за внушительного капиталовложения и эксплуатационных издержек.

• Система локальной вытяжной вентиляции с подводом приточного\кондиционированного воздуха непосредственно к рабочей зоне является еще одним презентабельным способом вывести практически весь спектр вредоносных веществ на промышленном участке. А сочетание данной вентиляции и устройств регенерации вытяжного воздуха или теплоутилизатором создает систему кондиционирования воздуха разве что сопоставимую с установкой безотходного типа.

Построение

На сегодняшний день кондиционеростроение имеет все ту же компоновочную среду: секционные, блочно-секционные и блочные установки. Традиционные схемы выглядят следующим образом:

• прямоточные — с одно- и двухступенчатым подогревом; с поверхностным и (или) контактным тепломассообменным устройством; с сухим воздушным фильтром из объемных фильтрующих материалов; с теплоутилизационным блоком;
• рециркуляционные (дополнительно к прямоточным компоновкам) — со смесительными камерами; с блоком второго вентилятора;
• отдельно необходимо выделить компоновочную схему приточно-вытяжной установки. Ее особенность заключается в размещении в едином блоке приточной и вытяжной установки и теплоутилизационного устройства (рекуперативный пластинчатый воздухо-воздушный теплоутилизатор; регенеративный вращающийся роторный теплоутилизатор; теплообменники на базе тепловых труб).

Кстати в компоновочных схемах используются только радиальные вентиляторы. Исключением служит применение осевого вентилятора для центральных кондиционеров в Германии и только по специальному заказу. Для кондиционеров и приточных вентиляционных установок не применимы и камеры обслуживания, смотровые, переходные и аналогичные секции, что позволяет сократить общую длину объекта и рационально использовать высвобожденное производственное пространство. Такой своеобразный метод компоновки возможен и при переходе на панельную конструкцию кондиционеров. Конструкция же моноблочных приточных и приточно-вытяжных установок производительностью до 10 тыс. м³/ч подразумевает размещение оборудования в едином блоке, когда элементы системы автоматики помещены в корпус установки и выполнен внутренний монтаж кабелей.

Конструкция

Как ни странно, но и зарубежное, и отечественное кондиционеростроение все больше отдает предпочтение панельной конструкции кондиционеров. За этим выбором кроется не только сокращение трудоемкости сборочного процесса при монтаже и демонтаже, но и эстетический аспект.

Стоимость производственных площадей для многих производственников стало причиной выбора установки наружного исполнения. Для полноты осмысления актуальности применения современных установок вентиляции и кондиционирования рассмотрим основные технологические секции обработки воздуха.

Воздушные клапаны. В основной своей массе производители кондиционеров используют клапаны с параллельным и со встречным движением створок.

Смесительные камеры. Работают по схеме со свободным смешением двух потоков. Их конструкция допускает температурное расслоение в процессе смешения двух потоков с различными температурами.

Воздушные фильтры. Столь важный компонент приточной вентиляционной установки предназначен как для очистки рабочего агента, так для защиты технологических секций от пыли. Ставка делается на использование сухого фильтра, обычно карманного типа. При использование подобных фильтров отмечено снижение аэродинамического сопротивления, повышение пылеемкости и увеличение срока эксплуатации фильтра до момента необходимой замены (регенерация для данного типа фильтров не предусмотрена).

Как ни странно, но фактически не встречается применение в конструкциях приточных установок и кондиционеров масляного самоочищающегося фильтра, хотя он прекрасно показал себя в процессе очистки воздуха в сильно запыленной среде.

Теплоутилизаторы. Используемая теплота внутреннего (вытяжного) воздуха помещения параллельно с рециркуляцией и механической очисткой способствует существенному энергосбережению. В основном предпочтение отдают рекуперативным пластинчатым воздухо-воздушным и регенеративным вращающимся роторным теплоутилизаторам, теплообменникам на базе тепловых труб.

Воздухонагреватели (воздухоохладители). Поверхностный теплообмен за счет удачного сочетания конструктивных параметров оребрения и трубок, протяженности теплоотдающего канала обеспечивают максимальный коэффициент теплопередачи с минимумом энергетических затрат на перемещение воздуха и воды.

Применение для массового производства теплообменников высокоэффективных конструкционных материалов, в первую очередь цветных металлов. Грамотное сочетание «медной трубки и алюминиевой пластины» способствует выпуску компактных теплообменников с высокими теплоаэродинамическими характеристиками.

Широкое применение схемы холодоснабжения с воздухоохладителем непосредственного испарения. В этом случае испарителя холодильной установки встраивается в конструкцию приточной установки или кондиционера.

Тепломассообменные аппараты. Значительно снизилось применение камер орошения форсуночного типа. Это вызвано их громоздкостью, энергоемкостью и низкой эксплуатационной надежностью.

В основном применяются увлажнители с орошаемыми насадками (сотовые), специально приспособленные для включения в состав установок. Такие увлажнители применяются только для адиабатического увлажнения воздуха с тремя номинальными значениями коэффициента адиабатической эффективности: 0,65, 0,85 и 0,95. Установки характеризуются малым расходом электроэнергии по сравнению с форсуночными камерами орошения.

В конструкциях центральных кондиционеров появились секции с вращающимися дисковыми и пневматическими увлажнителями.
Достаточно редко для увлажнения воздуха применяются паровые увлажнители. Основной причиной этого является высокая стоимость электроэнергии и, соответственно, значительные эксплуатационные расходы.

Относительно камер орошения представляется перспективным для внедрения принцип количественного изменения подачи воды в зависимости от изменения параметров обрабатываемого воздуха, особенно в сочетании с количественным регулированием воздухопроизводительности кондиционера (или камеры орошения при байпасировании). При этом могут быть сокращены расходы теплоты на второй подогрев и снижено потребление энергии насосом и вентилятором кондиционера (для некоторых режимов). Полным решением задачи оптимизации энергозатрат кондиционера можно считать переход на автоматическое регулирование по методу «оптимальных режимов». В этом случае работа камеры орошения, ее насосного блока, байпаса рассматривается совместно с работой остальных секций, климатологическим состоянием наружного воздуха на данный момент, параметрами объекта кондиционирования, статических и динамических характеристик объектов регулирования.

Вентиляторные агрегаты. Сейчас уже не актуально разделение отдельно вентиляторов для кондиционеров и для вентиляционных систем. Более того, ранее деление носило с одной стороны экономический характер (цена вентилятора кондиционера была значительно выше обычного вентилятора), а с другой — имелись отличия в номинальном количестве часов эксплуатации и специфике назначения. Номенклатура вентиляторов имеет отдельную графу у большинства фирм для вентиляторов технологического назначения и для встраиваемых в аппаратуру и машины.

Бесспорно, сейчас микроклимат обслуживаемых объектов любого целевого назначения целиком и полностью находится в руках специалистов, чья деятельность базируется на мировых тенденциях кондиционеростроения. При проектировании систем вентиляции и кондиционирования пальма первенства прежде всего отдается экономии энергетических и материальных ресурсов. И добиться требуемых результатов помогает многообразие существующих технических решений.

Текст: Елена Вашкевич