Ваздушни системи�

Елементи клима коморе

Ваздушни системи

• Носилац топлоте у ваздушним системима је ваздух, који се греје или хлади, влажи или суши, филтрира и убацује директно у просторију.
• За разлику од водених система, код којих се пренос топлоте одвија зрачењем и природном конвекцијом, код ваздушних система је присутна природна конвекција.
• Брзина струјања ваздуха у зони боравка људи је ограничена, како се не би створили непогодни услови за боравак људи (промаја).

Предности и недостаци ваздушних система

• Предности ваздушних система у односу на водене су:

1. Мала инертност система – врло брзо ступају у дејство,

2. Добра централна и локална регулација рада,

3. Могућност одвијања проветравања (вентилације) простора,

4. Цурење радног флуида (ваздуха) не представља прроблем као цурење воде.

• Недостаци ваздушног грејања су:

1. Подизање прашине у просторији, уколико су брзине струјања ваздуха неприлагођене,

2. Велике димензије канала у поређењу са димензијама цеви за топлу воду (проблем смештања у објекту).

​

Подела ваздушних система

• Основна подела ваздушних система је подела на:

• Локалне ситеме и

• Централне ваздушне системе климатизације.

• У локалне системе ваздушних система спадају сви они уређаји који су лоцирани у самим просторијама. Ту спадају: калорифери, ваздушне завесе и „сплит“ системи (топлотна пумпа ваздух-ваздух).

​

Подела према намени

• Према намени вентилациони системи могу бити:

• За комфорне (собне) услове или

• Индустријски систем вентилације.

• Принудном (механичком) вентилацијом се помоћу вентилатора принудно доводи потребна количина свежег ваздуха у просторију. Постројења за механичку вентилацију се најчешће изводе као централни систем ваздушног грејања, мада то није обавезно.

​

Централни системи припреме ваздуха

• Код централних система припрема ваздуха се обавља на једном месту, а затим се припремљен ваздух разводи по просторија.
• Централна припрема ваздуха се обавља у КОМОРИ за припрему ваздуха (клима комора или вентилациона комора). Шематски приказ једне коморе која ради само са свежим ваздухом током зимских периода је дат на следећој слици. Ваздух се у комори филтрира, загрева до собне температуре и затим дистрибуира до вентилисаних просторија. Грејачи у коморама могу бити:

• Топловодни,

• Парни или

• Електрични.

• Филтер који се налази у комори служи за издвајање честица нечистоћа из ваздуха. Конструкције филтерских секција могу бити равански, касетни, врећасти итд.

​

Вентилациона комора за рад са свежим ваздухом

Одређивање количине ваздуха за климатизацију

• У ваздушним системима, количина ваздуха који се користи за климатизацију се одређује на основу три критеријума:

• Губитка топлоте у зимском периоду,

• Топлотног оптерећења у летњем периоду и

• Потребне количине ваздуха за проветравање (вентилацију).

• Проветравање (вентилација) се обавља свежим ваздухом. Количина свежег ваздуха за вентилацију се може одредити преко:

• „Оброка“ по човеку,

• Максимално дозвољене концентрације загађивача (МДК),

• Броја измена ваздуха на сат.

​

Оброк свежег ваздуха по човеку

• Овај метод се примењује у комфорној климатизацији, где су људи једини загађивачи. Задатак вентилације је да се обезбеде услови за дисање и угодни услови за боравак људи у затвореном простору. Препоручене вредности свежег ваздуха по човеку износе:

1. 20 до 30 m3/h у просторији у којој се не пуши,

2. 30 до 40 m3/h у просторији у којој се пуши или има других загађивача,

3. У склоништима се рачуна 6 m3/h свежег ваздуха у нормалном режиму, а у заштитном режиму 2,5 m3/h,

4. Канцеларије у модерним пословним зградама 50 m3/h свежег ваздуха,

5. У хотелима високе категорије ради се са више од 100 m3/h.

​

Максимално дозвољена концентрација загађивача МДК

• Овај метод се обично користи у индустријским објектима у којима су познати извори загађења по врсти загађивача и интензитету загађивања. Вентилацијом се доводи количина свежег ваздуха, који смањује концентрацију загађивача и тиме онемогућава тровање, експлозију или пожар. Отпадним ваздухом извлаче се загађивачи из простора, а убацивањем свежег ваздуха концентрација загађивача се смањује, све док не буде мања од максимално дозвољене МДК.
• Потребна количина ваздуха за вентилацију одређује се из биланса загађивача:

V · ks + K = V · kmax

• Где је:
• V [m3/h] – потребна количина свежег ваздуха за вентилацију,
• ks [m3/m3] – концентрација одређеног загађивача, због ког се вентилација врши у свежем ваздуху
• kmax [m3/m3] – максимално дозвољена концентрација (МДК) одређеног загађивача у вентилисаној просторији
• K [m3/h] – часовно загађење од извора у просторији.

​

Вредности максимално дозвољене количине загађивача

• Јединице за изражавање и за мерење концентрације загађивача су mg/m3 ppm ( parts per million = cm3/ m3).
• Вредности наведене у табели представљају максимално дозвољене концентрације којим људи могу бити изложени. Постоје и краткотрајне дозвољене концентрације загађивача на радном месту, али је њихово време трајања ограничено.

Број измена ваздуха на сат

• Препоручени број измена ваздуха на сат зависи од:

• Намене просторије,

• Врсте загађивача,

• Запремине просторије.

• Одређивање количине свежег ваздуха за климатизацију (вентилацију) користи се када извори загађења нису потпуно дефинисани. Користи се и као контролни метод када се количина свежег ваздуха за вентилацију одређује неким другим методом.Препоручене вредности броја измена ваздуха за типичне намене просторија дате су у следећој табели.

​

Број измена ваздуха на сат�Треба напоменути да се број измена ваздуха на сат не наводи само према количини свежег ваздуха (као у претходној табели), већ и према количини ваздуха који се извлачи или убацује у просторију (свеж + рециркулисан).

Елементи клима коморе

• На следећој слици је дат шематски приказ једне хоризонталне клима коморе, која ради са мешавином свежег и рециркулисаног ваздуха.
• Конструкција клима коморе и број и врста елемената које комора садржи, зависе од намене самог система за климатизацију: да ли се ради само допремање свежег ваздуха, да ли се жели само хлађење током летњег периода, да ли је потребно влажење ваздуха, да ли се користи коришћење отпадне топлоте, да ли је потребно пригушивање буке и вибрација, итд.

Шематски приказ клима коморе

Основни елементи клима коморе�(са претходне слике)

• Мешна секција (као опција, ако се врши рециркулација собног ваздуха),

• Филтерска секција (за пречишћавање ваздуха који се уводи у систем),

• Грејач, који може бити подељен на прегрејач и догрејач, што је чест случај када се врши влажење водом,

• Хладњак, који најчешће користи хладну воду као радни флуид,

• Маглена комора за влажење ваздуха водом,

• Вентилаторска секција (најчешће центрифугални вентилатори).

​

Грејачи

• Грејач служи за загревање ваздуха, које се креће у границама од -20°С до +50°С. У систему климатизације може постојати један или више грејача, што зависи од избора самог система климатизације.
• Као радни флуид у грајачу најчешће се користи топла вода. Могу се користити различити температурски режими (90/70°С, 80/60°С, 60/45°С у каналским догрејачима). Грејни флуид може бити и водена пара ниског притиска.
• Захтеви које мора да испуни грејач су:

• Да буде компактан (што веће одавање топлоте по јединици запремине грејача),

• Да има што мањи пад притиска са ваздушне стране (брзина ваздуха по фасадном пресеку се креће у границама 2 до 4 m/s),

• Да има што мањи пад притиска са водене старне (брзина воде у цевима се креће у границама 0,5 до 1 m/s).

​

Грејачи

• Грејачи се најчешће израђују од оребрених цеви, како би се повећала размена топлоте при конвекцији са стране ваздуха.
• Коефицијент прелаза топлоте са водене стране (са топле воде на зид цеви) је реда величине 100 пута већи од коефицијента прелаза топлоте са зида цеви на ваздух ( αun ~ 103 W/m2K, αsp ~ 10 W/m2K). Због тога је потребно да се повећа површина за размену са стране ваздуха.

Регулација грејача

• Регулација одавања топлоте грејача је квалитативна – масени проток грејног флуида остаје константан, док се мења температура топле воде на улазу у грејач.
• Регулација се врши помоћу трокраког вентила који је смештен у разводном воду грејача и који ради као мешни - у потребном односу меша разводну и повратну топлу воду и на тај начин се добија жељена температура воде на улазу у грејач. Трокраки вентил може бити постављен и у повратном воду , спојен кратком везом са разводним.

Хладњаци

• Хладњак служи за хлађење ваздуха у летњим и прелазним периодима. Конструктивно се не разликује од грејача. Израђени су од оребрених цеви. Израђују се углавном од бакарних цеви, што је добро због отпорности на корозију. Ребра бакарних цеви се израђују од алуминијума или од бакра. Такође се могу израђивати од челичних цеви са челичним оребрењем. Облик ребра може бити правоугаони, кружни или спирални.
• У односу на грејаче, хладњаци имају мању температурску разлику између ваздуха и површине хладњака, што има за последицу да је површина хладњака већа од површине грејача. Такође, уз хлађење се обично врши и сушење ваздуха, тј. долази до издвајања влаге уз ваздуха који се хлади и стварања кондензата на површини хладњака.

​

Подела хладњака према врсти расхладног флуида

• Хладњаке са директним испаравањем, када је радни флуид фреон, амонијак или СО2. Тада је испаривач расхладне машине хладњак у клима комори и тада је површина хладњака на константној температури која одговара температури испаравања,

• Проточне хладњаке – када је радни флуид хладна вода. У том случају температура хладњака није константна, већ се мења како се вода загрева од температуре на улазу у хладњак до температуре на излазу из хладњака. Данас се претежно користи овај тип хладњака. Вода потребна за хлађење целог објекта се припрема у расхладној машини. На овај начин се избегава цурење фреона.

​

Проточни хладњаци

• Хладњаци који раде са водом као расхладним флуидом обавезно користе супротносмерно-унакрсно струјање расхладног флуида и хлађеног флуида јер је тада већи ефекат хлађења, тј. размене топлоте.
• Уобичајне температуре које се јављају приликом процеса хлађења су: температура ваздуха на улазу се крећу од 26°С до 35°С, док је на излазу температура ваздуха од 10°С до 15°С; температура воде на улазу од 5°С до 6°, док је на излазу температура воде од 11°С до 12°С, а то даје уобичајну разлику у температурама од 5°С до 6°С.

​

Хладњаци са директним испаравањем

• Хладњаци са директним испаравањем раде са примарним расхладним флуидом. Топлота потребна за испаравање расхладног флуида, одузима се од ваздуха који струји кроз хладњак. Смер струјања није битан као код водених хладњака, јер је температура површине хладњака константна.
• Температура испаравања флуида мора бити изнад 0°С, јер би иначе дошло до смрзавања издвојене влаге из ваздуха, што проузрокује:

• Смањење попречног пресека за струјање ваздуха кроз хладњак,

• Смањење капацитета хладњака, јер се повећава отпор провођењу топлоте због наслага леда,

• Прекид рада постројења због отапања леда.

• Регулација расхладног учинка хладњака врши се променом протока расхладног флуида, док температура на улазу остаје иста.

​

​

Маглена комора

• Маглена комора је део клима коморе у коме се врши влажење ваздуха водом.
• Маглена комора се састоји од кућишта од поцинкованог лима или неког вештачког материјала (пластике).
• Доњи део маглене коморе је када за скупљање и допуну воде. На једној страни магледне коморе налазе се млазнице чија је улога распршивање воде у ситније капи. Да би се интензивирао процес влажења, потребно је да распршене капи буду јако ситне, како би се повећала површина контакта између воде и ваздуха. Шематски приказ маглене коморе дат је у три пројекције (са стране, фронтално и одозго).

Основни елементи маглене коморе: 1- када за воду, 2 – корпа на усисној цеви, 3 – одвод за пражњење, 4 – цевни регистар са млазницама, 5 – преливна цев, 6 – одвод вишка воде, 7 – циркулациона пумпа, 8 – прикључак за доливање, 9 – пловак, 10 – елиминатор капи

Елиминатор капи у магленој комори

• Излазни пресек (а некада и улазни) снабдевен је елиминатором капи, чија је улога да издвоји из струје ваздуха капи воде које нису испариле. Елиминатор капи је сачињен од паралелних плоча у које ударају капљице воде и сливају се у каду, док струја ваздуха пролази кроз елиминатор. Плоче елиминатора могу бити израђене од поцинкованог лима или од неког вештачког материјала. Битно је да елиминатор воде буде отпоран на корозију.
• Дужина маглене коморе је од 1,2 m, а прзина струјања ваздуха је 2,3 m/s тако да је време контакта између воде и ваздуха нешто испод 1s. Вода у магленој комори се по правилу не обрађује термички (не загрева се и не хлади се).

​

Регулација у магленој комори

• Регулација влажења се врши на два начина:

1. Укључивањем и искључивањем пумпе,

2. Деловањем на вентил на доводној цеви – пригушивањем (притварањем вентила) смањује се проток воде који долази до млазница.

• Смер струјања ваздуха кроз маглену комору може бити истосмеран или супротносмеран. При супротносмерном струјању, у односу на правац распршивања воде, остварује се бољи ефекат влажења.

Филтрирање ваздуха

• Климатизациони системи врше, поред термичке обраде ваздуха и чишћење ваздуха. У данашње време, када је све веће загађење, захтеви за чистоћом ваздуха су све сначајнији.
• Пречишћавање ваздуха подразумева елиминисање чврстих, течних и гасовитих нечистоћа. Врши се на неколико начина:

• Филтрирањем - се одстрањују чврсте и течне честице. То је процес који се обавезно примењује у климатизованим постројењима.

• Апсорпцијом - се врши издвајање гасовитих примеса у скруберима

• Отпрашивањем - издвајање прашине веће концентрације.

​

Врсте филтера у клима коморама

• Основна подела филтера је према величини честица које се одстрањују:

1. Филтер за грубу прашину,

2. Филтер за фину прашину,

3. Апсолутни филтер.

При струјању ваздуха кроз филтер, честице нечистоће се лепе за влакна филтера и долази до пада притиска. Када запрљаност филтера достигне максималну вредност, укључује се аларм, који упозорава руковаоца да филтер замени.

Врсте филтера

Елементи за дистрибуцију ваздуха

• Припремљен ваздух се разводи до места убацивања каналском мрежом. Постоји разводна и повратна каналска мрежа. Каналска мрежа која дистрибуира ваздух од места припреме до просторије која се климатизује је разводна, док одводна каналска мрежа одводи отпадни ваздух из просторије. Вентилатори обезбеђују разлику притисака, непходну за циркулацију ваздуха.
• Каналска мрежа треба да задовољи следеће услове:

1. Довођење ваздуха што краћим путем,

2. Да произведе што мање шумова,

3. Да се лако одржава и пере,

4. Да губици и добици топлоте буду што мањи,

5. Инвестициони и експлоатациони трошкови буду што мањи.

​

Елементи за убацивање ваздуха у просторије

• Постоје различити облици и врсте елемената за убацивање ваздуха у просторију.
• Најчешће се користе анемостати и решетке.
• Анемостати су предвиђени за плафонску уградњу и имају фиксне прорезе кроз које ваздух струји.
• Решетке за убацивање ваздуха се могу постављати на плафону, зидовима и поду. Имају усмеравајуће жалузине.
• Дифузори се користе када је потребно да се постигне већи домет млаза ваздуха. Брзина ваздуха кроз дифузор је већа у односу на решетке и анемостате.
• Регулатори протока могу бити и каналски, и користе се када је каналска мрежа разграната, па је потребно балансирање система

Елементи за убацивање ваздуха

Елементи за регулацију протока на решетки (лево) и каналски (десно)

Елементи клима коморе

• За просторије у којима бораве људи, ваздух се мора и термички обрадити и такве коморе имају и грејну секцију.
• У случају да се жели грејање, убацни ваздух мора бити температуре више од оне у просторији.
• За одржавање релативне влажности постоји маглена комора – секција за влажење ваздуха.
• Такође постоји и секција за пригушивање буке.
• Мешна секција служи за мешање свежег и рециркулационог ваздуха у одређеном проценту.

Коморе састављене од различитих секција

Мере унапређења енергетске ефикасности термотехничких система

• Замена стандардних котлова нискотемпературним или котлова на биомасу,

• Примена нискотемпературних система за грејање (панелног или система вентилатор-конвекторима),

• Примена високотемпературских система за хлађење (панелни систем зидног или плафонског хлађења)

• Повраћај топлоте из отпадног ваздуха у системима вентилације и климатизације (применом размењивача ваздух-ваздух),

• Природно проветравање, у циљу смањења топлотног оптерећења система хлађења током лета,

• Припрема топле воде помоћу енергије Сунца,

• Припрема топле воде помоћу топлотних пумпи, које као извор топлоте користе топлу отпадну воду,

• Примена инвертерских уређаја за хлађење простора (уређаја са фреквентном регулацијом рада компресора),

• Примена топлотних пумпи у пасивном режиму рада за пасивно хлађење (без укључивања у рад расхладног агрегата),

• Искоришћење отпадне топлоте са кондензатора расхладних агрегата за загревање потрошне топле воде,

• Омогућавање предгревања спољног ваздуха у зимском периоду за сагоревање топлотом димних гасова уградњом димњака са коаксијалном цеви,

• Топлотна изолација неизолованих делова система (цевне мреже, размењивача топлоте, каналске мреже)

• Домаћинско руковање (уз увођење аутоматског регулисања рада система).

​

Коришћење отпадне топлоте ваздуха

• Коришћење отпадне топлоте омогућава да се уштеди гориво и електрична енергија, смањује се инсталациона снага и габарити опреме и доприноси очувању животне средине. За велике системе, као и за системе централне климатизације,који имају проток ваздуха преко 3000m3/h, исплативо је и готово обавезно да се користи отпадна топлота ваздуха.
• Систем поврата топлоте у ваздушним климатизационим системима функционише по принципу размене топлоте приликом струјања отпадног и свежег ваздуха, у летњем и у зимском периоду, при чему се лети свеж ваздух потхлађује, а зими предгрева преко размењивача топлоте

​

Рекуперативни размењивачи топлоте

• Рекуперативни размењивачи омогућавају размену топлоте преко плоча или цеви, без међусобног додира две струје ваздуха. Због овог принципа нема могућности мешања отпадног ваздуха и свежег ваздуха, што је веома погодно у случају ако је отпадни ваздух загађен. Недостатак је мањи поврат топлоте, већи пад притиска и потребан већи простор за уградњу.
• Плочасти рекуператори се изграђују од алуминијумског лима, нерђајућег челика или пластике. Дебљина плоча је око 1 mm, а размак између њих је од 5 до 10 mm. Ширина размењивача иде и до 3 m за коморе протока до 100 000 m3/h. Степен поврата топлоте плочастих рекуператора је између 50 и 75%, уз брзине струјања ваздуха од 2 до 3m/s.

​

Регенеративни размењивачи топлоте

• Регенеративни размењивачи топлоте функционишу по принципу директног контакта струја ваздуха.
• Њихова предност је могућност поврата влаге и већи степен поврата топлоте и компактнији су у односу на рекуператоре.
• Недостатак им је немогућност потпуног раздвајања отпадног и свежег ваздуха.

Шематски приказ струјања ваздуха кроз плочасти рекуперативни размењивач топлоте (лево) и ротациони регенеративни размењивач топлоте (десно)

Подела система за коришћење отпадне топлоте ваздуха