Холодоснабжение систем кондиционирования воздуха

М. Г. Тарабанов, директор НИЦ «ИНВЕНТ», вице-президент НП «АВОК»

Стоимость установок холодоснабжения в современных общественных зданиях достигает 30 % и более общей стоимости систем кондиционирования воздуха, а расчетный расход электроэнергии составляет большую часть энергопотребления СКВ.

Такая ситуация требует особого внимания к проектам холодоснабжения СКВ, однако, к сожалению, нормативная база проектирования отстала от современного технического уровня. Так, например, в СНиП 41-01-2003 глава 9 «Холодоснабжение» состоит всего из 16 пунктов и занимает всего одну страницу.

В связи с тем, что в настоящее время выполняется корректировка и частичная переработка СНиП 41-01-2003, вниманию читателей журнала предлагается новая редакция главы «Холодоснабжение».

Цель настоящей публикации – широкое обсуждение данной главы специалистами и проектировщиками для учета их замечаний и предложений в окончательной редакции документа.

Сегодня невозможно сказать, что из представленного материала будет включено в СНиП после его редактирования, но думается, что представленный материал будет полезен сам по себе при практической работе проектировщиков.

Глава 9. Холодоснабжение

9.1. Систему холодоснабжения для систем вентиляции и кондиционирования следует проектировать с использованием естественных и искусственных источников холода для получения нормируемых метеорологических условий с заданной обеспеченностью.

9.2. В качестве естественного источника холода следует применять наружный воздух:

а) в теплый период года в районах с сухим и жарким климатом в установках прямого и косвенного (двухступенчатого) испарительного охлаждения;

б) в переходный и холодный периоды года для непосредственной ассимиляции теплоизбытков в помещениях, а также для сухого охлаждения жидкого хладоносителя (вода, раствор этиленгликоля и др.), циркулирующего в поверхностных воздухоохладителях.

Использование в качестве источника холода артезианской воды допускается только в исключительных случаях по согласованию с природоохранными органами.

9.3. В качестве искусственных источников холода следует применять:

а) роторные, спиральные, винтовые и центробежные парокомпрессионные холодильные машины; поршневые компрессоры рекомендуется применять при реконструкции и расширении существующих холодильных центров с поршневыми компрессорами, а также в схемах с низкотемпературным холодом (двухступенчатые компрессоры);

б) бромисто-литиевые и аммиачные абсорбционные холодильные машины;

в) хладоновые установки непосредственного охлаждения (раздельного типа, моноблоки и др.);

г) допускается применение аммиачных установок непосредственного охлаждения в производственных помещениях без постоянного пребывания людей при оборудовании их датчиками концентрации аммиака и системой аварийной вентиляции.

9.4. Систему холодоснабжения следует, как правило, проектировать из двух или большего числа установок охлаждения; допускается проектировать одну машину или установку мощностью до 500 кВт с регулируемой холодопроизводительностью до 25 % и менее.

Число параллельно работающих машин для холодоснабжения систем кондиционирования производственных помещений следует обосновывать допустимыми отклонениями параметров внутреннего воздуха при выходе из строя одной машины большей мощности.

9.5. Резервные холодильные машины допускается предусматривать для систем кондиционирования, работающих круглосуточно. При технологических требованиях к параметрам воздуха (серверные, вычислительные центры, технологические процессы и др.) следует предусматривать

100 % резервирование источников холода в течение года (или руководствоваться принципом N+1), с питанием их от источника энергоснабжения первой категории. При установке двух или более источников холода для одного помещения допускается резервировать один более мощный источник.

9.6. Потери холода в оборудовании и трубопроводах должны составлять не более 10 % мощности холодильной установки.

9.7. Поверхностные воздухоохладители с прямым испарением хладонов, контактные воздухоохладители со встроенными хладоновыми испарителями, кондиционеры автономные моноблочные, а также внутренние блоки кондиционеров раздельного типа допускается применять:

а) для помещений, в которых не используется открытый огонь (в случае применения R12, R22 и других фтор-хлор-углеродов);

б) для помещений, в которых не допускается рециркуляция воздуха, кроме помещений по п.7.4.5;

в) если масса хладона при аварийном выбросе его из контура циркуляции в меньшее из обслуживаемых помещений, оборудованных приточно-вытяжной вентиляцией, не превысит допустимой аварийной концентрации (ДАК) на 1 м³ расхода наружного воздуха, подаваемого в помещение; при отсутствии общеобменной приточно-вытяжной вентиляции массу хладона определяют в 1 м³ объема помещения. Если воздухоохладитель обслуживает группу помещений, то в любом из них концентрацию хладона следует определять по формуле

где m – масса хладона в контуре циркуляции, г;

L_e – расход наружного воздуха, подаваемого в данное помещение, м³/ч;

V_p – объем данного помещения, м³;

SL_e – общий расход наружного воздуха, подаваемого во все помещения, м³/ч.

Если расчетная концентрация превышает ДАК, а также при отсутствии общеобменной вентиляции в помещениях с постоянным пребыванием людей должны быть установлены датчики концентрации хладона с аварийной сигнализацией.

Значения ДАК следует определять по таблице.

9.8. Минимальную и максимальную температуру и качество воды (раствора), подаваемой в испарительный и конденсаторный контуры холодильных машин, следует принимать по данным фирм-производителей.

9.9. Температуру кипения хладагента в кожухотрубных испарителях с кипением агента в межтрубном пространстве при охлаждении воды следует принимать не ниже плюс 1 °С, при этом минимальная температура холодной воды должна быть не ниже 5 °С. Для получения более низкой температуры следует использовать незамерзающие растворы соответствующей концентрации.

9.10. Холодильные установки компрессионного типа с хладагентом хладон при содержании масла в любой из холодильных машин 250 кг и более не допускается размещать в помещениях производственных, общественных и административно-бытовых зданий, если над их перекрытием или под полом имеются помещения с массовым постоянным или временным (кроме аварийных ситуаций) пребыванием людей.

В жилых зданиях, лечебно-профилактических учреждениях (стационарах), интернатах для престарелых и инвалидов, детских учреждениях и гостиницах не допускается размещать холодильные установки с хладагентом хладон производительностью по холоду одной единицы оборудования более 200 кВт, если над их перекрытием или под полом имеются помещения с массовым постоянным или временным (кроме аварийных ситуаций) пребыванием людей.

Автономные моноблочные кондиционеры, а также кондиционеры раздельного типа допускается размещать в зданиях и помещениях различного назначения, кроме помещений, в которых не допускается рециркуляция, за исключением помещений по п. 7.4.5.

Наружные блоки кондиционеров раздельного типа мощностью по холоду до 12 кВт допускается размещать на незастекленных лоджиях, открытых лестничных клетках, покрытых переходах. При этом должны обеспечиваться шумозащита, а также отвод конденсата.

9.11. Холодильные установки с хладагентом аммиак допускается применять для холодоснабжения производственных помещений, размещая установки в отдельных зданиях, пристройках или отдельных помещениях одноэтажных производственных зданий. Конденсаторы и испарители допускается размещать на открытых площадках на расстоянии не менее 2 м от стены здания.

9.12. Бромисто-литиевые холодильные машины допускается размещать в отдельных зданиях или во внутренних помещениях зданий различного назначения.

9.13. Пароэжекторные холодильные машины следует размещать на открытых площадках или в производственных зданиях.

9.14. Компрессорные и абсорбционные холодильные машины, работающие по циклу теплового насоса, следует применять при технико-экономическом обосновании или по заданию на проектирование.

9.15. Помещения, в которых размещаются бромисто-литиевые и пароэжекторные холодильные машины и тепловые насосы с хладагентом хладон, следует относить к категории Д, а с хладагентом аммиак – к категории Б. Хранение масла следует предусматривать в отдельном помещении.

9.16. Устье выхлопных труб для хладона из предохранительных клапанов следует предусматривать не менее чем на 2 м выше окон, дверей и воздухоприемных отверстий и не менее чем на 5 м – выше уровня земли. Выхлоп хладагента следует направлять вверх.

Устье выхлопных труб для аммиака следует выводить на высоту не менее чем на 3 м выше кровли.

9.17. В помещении холодильных установок следует предусматривать общеобменную вентиляцию, рассчитанную на удаление избытков теплоты.

При этом следует предусматривать системы вытяжной вентиляции с механическим побуждением, обеспечивающие не менее:

а) 3 обменов в 1 ч, а при аварии – 5 воздухообменов в 1 ч при применении хладонов;

б) 4 обменов, а при аварии – 11 воздухообменов в 1 ч при применении аммиака.

9.18. Для холодоснабжения вентиляторных конвекторов следует применять холодильные машины с регулируемой холодопроизводительностью, поддерживающие расчетную температуру холодной воды на выходе из испарителя.

9.19. При проектировании систем холодоснабжения на моноблочных холодильных машинах наружной установки с использованием в холодный период сухих охладителей следует предусматривать их совместную последовательную работу с холодильными машинами в интервале температур наружного воздуха от 5 до –5 °С.

9.20. При проектировании систем оборотного водоснабжения следует, как правило, применять закрытые вентиляторные градирни. Допускается применять открытые вентиляторные градирни, работающие только в теплый период года.

9.21. Расчет закрытых вентиляторных градирен следует выполнять на максимальную тепловую нагрузку в теплый период и на уменьшенную нагрузку при температуре наружного воздуха 6–8 °С при отключенной системе орошения теплообменника (сухой режим).

9.22. Подача раствора этиленгликоля в вентиляторные конвекторы в жилых, общественных и административно-бытовых зданиях не допускается.

Допускается применение раствора пропиленгликоля в цехах предприятий пищевой промышленности.

9.23. Холодильные центры с парокомпрессионными машинами единичной мощностью более 1 500 кВт должны быть оборудованы технологическими емкостями (ресиверами) для сбора и утилизации хладона при проведении регламентных и ремонтных работ.

9.24. Водяные системы холодоснабжения следует проектировать, как правило, с баком-аккумулятором в случае, если объем системы меньше допустимого. Минимально допустимый объем системы (бака-аккумулятора VБ) допускается определять по формуле

V_Б = 0,027 • Q_o, м³,

где Q₀ – холодопроизводительность одной холодильной машины, не имеющей устройства для регулирования, или наименьшая холодопроизводительность при ее регулировании, кВт.

Устройство баков-аккумуляторов в испарительном контуре с применением незамерзающих растворов не допускается.

9.25. При проектировании систем холодоснабжения следует использовать оборудование, работающее на экологически безопасных хладагентах: R407A; R134a; R410A; R717; R123. Допускается применять оборудование, работающее на хладоне R22, при увеличении мощности или реконструкции существующих холодильных центров, использующих R22.

9.26. Проектирование холодильных машин следует выполнять по расчетным программам с учетом фактических условий и режимов их работы. Подбор оборудования по каталогам допускается только для приближенных расчетов на начальном этапе.

9.27. В двухконтурной системе теплоснабжения для разделения потоков холодной и отепленной воды и получения расчетного перепада температур, например 7/12 °С, следует устанавливать герметичные баки:

– один вертикальный с двумя патрубками в верхней зоне для подвода и отвода отепленной воды и с двумя патрубками в нижней зоне для подвода и отвода холодной воды;

– два соединенных между собой перемычкой отдельных бака, каждый с двумя патрубками для отепленной и холодной воды (либо два коллектора – теплый и холодный – с перемычкой между ними).

Таблица 1

Тип хладона R22 R407a R134a R410A R123 Допустимая аварийная концентрация, г/м3 360 360 360 440 360

9.28. Системы холодоснабжения следует проектировать, как правило, с двухконтурной схемой с отдельными трубопроводами для воздухоохладителей центральных кондиционеров и вентиляторных конвекторов, а также для помещений различных групп назначения.

Допускается применение одноконтурной схемы при подключении только воздухоохладителей центральных кондиционеров или при общей холодильной нагрузке до 500 кВт.

9.29. Подключение поверхностных воздухоохладителей и вентиляторных конвекторов к трубопроводу холодной воды следует выполнять с трехходовым клапаном (допускается установка двухходового клапана в двухконтурной схеме при установке во втором контуре насосов с частотным регулированием).

При мощности единичного воздухоохладителя более 50 кВт на каждом узле регулирования следует устанавливать циркуляционные насосы.

9.30. При выборе места установки холодильных машин и вентиляторных градирен следует исключить попадание выбрасываемого воздуха к воздухоприемным решеткам приточных вентсистем и кондиционеров.

9.31. При проектировании систем холодоснабжения расчетные параметры наружного воздуха следует принимать:

а) для конденсаторов с воздушным охлаждением, расположенных в тени, на 3 °С выше температуры сухого термометра по параметрам «Б» и на 5 °С выше – для конденсаторов, облучаемых солнцем;

б) для вентиляторных градирен, расположенных в тени, на 1,5 °С выше температуры мокрого термометра по параметрам «Б» и на 3 °С выше – для градирен, облучаемых солнцем.

При размещении конденсаторов и градирен на плоской кровле на расстоянии от наружных стен более 12 м со всех сторон расчетные значения температур, указанные в пунктах «а» и «б», следует увеличивать на 5 и 3 °С соответственно.

9.32. Расчетный перепад температур холодной и оборотной воды (раствора) в испарителе и конденсаторе следует принимать в пределах 4–6 °С.

9.33. При использовании в системе холодоснабжения или в закрытых градирнях незамерзающих растворов в холодильном центре следует устанавливать бак открытого типа, предназначенный для приготовления раствора, заполнения системы и слива при аварийной ситуации. Объем бака должен быть не менее максимального объема раствора, сливаемого из части общего контура, которая может быть локализована с помощью запорной арматуры.

Для практической работы с представленным материалом потребовалось дополнительно ввести несколько терминов и их определений.

Градирня вентиляторная открытая – тепломассообменный аппарат смесительного типа, в котором охлаждение оборотной воды происходит при ее непосредственном контакте с потоком воздуха.

Градирня вентиляторная закрытая – тепломассообменный аппарат рекуперативного типа, в котором охлаждаемая жидкость (вода, раствор) подается в теплообменник, наружная поверхность которого обдувается потоком воздуха и орошается оборотной водой.

Насос циркуляционный – низконапорный насос для обеспечения циркуляции жидкости (воды, растворов) во внутреннем контуре воздухонагревателя или воздухоохладителя, подключаемого к трубопроводам источника теплоты или холода.

Насос сетевой – насос для подачи жидкости (воды, растворов) по трубопроводам от источника теплоты или холода к воздухонагревателю или воздухоохладителю, рассчитанный на преодоление гидравлического сопротивления сети, теплообменных аппаратов, регулирующих клапанов и арматуры.

Охладитель жидкости сухой – теплообменный аппарат рекуперативного типа, в котором охлаждаемая жидкость (вода, раствор) подается в теплообменник, наружная поверхность которого обдувается потоком воздуха.

Система холодоснабжения одноконтурная – система, в которой холодная вода (раствор) забирается из испарителя холодильной машины, подается к потребителю и возвращается в испаритель одним и тем же сетевым насосом.

Система холодоснабжения двухконтурная – система, в которой во внутреннем контуре вода забирается сетевым насосом или насосами из бака отепленной воды, подается в испаритель холодильной машины и затем в бак холодной воды, а во внешнем контуре другим сетевым насосом (насосами) забирается из бака холодной воды, подается к потребителям и возвращается в бак отепленной воды.

Пользуясь случаем, автор предлагает также уточнить следующие формулировки:

Кондиционирование воздуха – создание и автоматическое поддержание в обслуживаемом помещении или технологическом объеме требуемых параметров и качества воздуха при переменных внутренних возмущениях и внешних воздействиях.

Отопление – искусственное нагревание помещения в холодный период года для компенсации тепловых потерь и поддержания нормируемой температуры со средней необеспеченностью 50 ч/г.

Рециркуляция воздуха – многократное полное или частичное использование воздуха и возвращение его в данное или другие помещения после очистки и тепловлажностной обработки ( в том числе воздушно-тепловые завесы, фэнкойлы, внутренние блоки сплит-систем и т. п.); рециркуляцией не является перемешивание воздуха в пределах одного помещения вентиляторами-веерами или др.

 

Редакция благодарит Ю. Ф. Шатилова (СИТЭС) и В. Н. Михушкина («Даичи») за сделанные ими предложения и замечания, которые учтены в настоящей публикации, и приглашает читателей журнала принять активное участие в обсуждении статьи.