Теплообменное оборудование для умного дома — виды и характеристики
В жилищном строительстве всё убедительнее проявляет себя тенденция к появлению домов в стиле smart-house, когда все инженерные сети (водоснабжения, отопления, вентиляции и кондиционирования) функционируют согласованно, обеспечивая удобство проживания в помещениях.
В достижении оптимальных показателей теплового режима таких смарт-домов активно участвует и теплообменное оборудование. Об особенностях его работы и пойдёт речь в данной статье.
Что такое централизованная система отопления и охлаждения
В такой системе воздух доводится до нужных параметров в центральной точке дома, а затем распределяется по всем помещениям или зонам с помощью вентиляторов и сетей воздуховодов. В умных домах воздух часто обрабатывается приточно-вытяжной вентиляцией, которая содержит:
- Теплообменники;
- Нагревательные и охлаждающие змеевики;
- Вентиляторы;
- Управляюще-приводные узлы и устройства;
- Систему воздушных фильтров.
Способ распределения подготовленного воздуха по различным зонам/помещениям зависит от того, используется ли для этих целей система CAV или VAV.
Как действуют CAV-системы
Управление тепловым режимом производится поддержанием постоянной скорости потока воздуха при изменении его температуры. Воздух распределяется от главного вентилятора централизованной системы отопления, вентиляции и кондиционирования (системы HVAC) по основным воздуховодам к теплообменникам, откуда поступает в кондиционируемые помещения через вспомогательные ответвления воздуховодов. Поскольку в системе CAV воздух подаётся в помещение с постоянной скоростью, то для каждой комнаты ещё на этапе проектирования определяющее значение имеет расчёт необходимого расхода энергоносителя.
Желаемый воздушный поток в любой комнате может быть достигнут либо тщательным изменением размеров каждого ответвления воздуховода, либо применением ручных регулировок объёма или регуляторов постоянного расхода воздуха. Такими регуляторами служат демпферные заслонки. Установленные внутри воздуховода, они управляют сечением свободной зоны прохода, и контролируют объёмный расход энергоносителя через каждый воздуховод.
Каждая заслонка с регулировкой объёма оснащена вращающимися лопастями, которые можно регулировать вручную или управлять дистанционно с помощью приводов. Это — надёжное решение, позволяющее установщику подавать в комнаты только такой объём воздуха, который необходим для достижения необходимых условий температуры и относительной влажности.
Управление воздушным потоком производит регулятор объёма — устройство, которое стабилизирует значения расхода воздуха через него. Это достигается автоматическим изменением свободной площади ответвления воздуховода в зависимости от колебаний давления, происходящих внутри воздуховода.
Технические возможности регуляторов позволяют автоматически балансировать режимы работы воздуховодов в диапазоне рабочего давления, определяемого производителем оборудования.
Как действуют VAV-системы
Здесь желаемые температурно-влажностные условия в любой комнате также достигаются изменением скорости потока воздуха, но в зависимости от конкретной нагрузки на отопление или охлаждение. Из-за продвинутых требований к проектированию и управлению, система VAV — более сложное решение, но при верной реализации она проявляет повышенную экономичность.
Правильное функционирование системы VAV зависит от производительности демпферов переменного объёма воздуха. Это устройства, изменяющие количество воздуха, который поступает в комнату. В своей простейшей форме заслонка VAV снабжена электрическим приводом и датчиками измерения расхода воздуха. На основании их показаний (а также данных комнатных термостатов) привод изменяет положение лопасти заслонки, контролируя поток воздуха, проходящий в комнату. Более совершенные версии демпфера VAV содержат встроенные шумопоглощающие устройства, а также электрический или водяной нагреватель, что полезно для повторного нагрева воздуха перед его подачей в помещения.
Плюсы и минусы
CAV-системы считаются «более старой» технологией внутридомовых коммуникаций, однако они всё ещё применяются в современных/модернизируемых инженерных сетях «умных домов». Преимущество систем CAV в том, что они конструктивно проще, характеризуются удобством управления и монтажа, более низкой первоначальной стоимостью.
Однако, если централизованная система отопления, вентиляции и кондиционирования обслуживает различные комнаты со значительно различающимися нагрузками на отопление и охлаждение, то высокая энергоэффективность, предлагаемая VAV-системами, делает их более выгодными. Поэтому, несмотря на проектные сложности, системы VAV — оптимальное решение для HVAC или зон с различными нагрузками на отопление или охлаждение.
Теплообменники HVAC
В техническом помещении дома трудно не заметить большую стальную коробку и множество трубопроводов, проходящих через неё. Здесь происходит управление процессом теплообмена и последующей передачи тепла к каждой комнате.
Устройство и функционирование
Теплообменники HVAC всегда используют в сочетании с системой кондиционирования воздуха или отопления дома. Кондиционер или нагреватель всасывает наружный воздух, затем пропускает его через поверхность теплообменника, и далее распределяют по комнатам с требующимися показателями температуры, чистоты и влажности. Вместо того, чтобы излучать тепло в окружающую среду, теплообменник поглощает его и передаёт в воздух для отправки через воздуховоды к жилым помещениям.
Алгоритм работы
При поступлении воздуха к нагревателю, внешняя охлаждающая вода извне проходит через металлические змеевики. Этот теплоноситель уже был нагрет от другого централизованного источника (например, котла или геотермального насоса), поэтому при контакте с металлическими змеевиками происходит теплопередача от более нагретой рабочей среды к более холодной. Теплый воздух начинает проходить через ту же область металлических змеевиков, воспринимая их тепло. Прежде чем пройти через вентиляционные отверстия, воздух нагревается, и лишь потом направляется от теплообменника в комнаты.
Основной компонент теплообменника HVAC – змеевик. Он состоит из нескольких витков медных (или алюминиевых) трубок, которые заключены в корпус из листового металла. Передача тепла происходит из-за разницы в значениях коэффициентов теплопроводностей (у меди и алюминия она значительно выше). Поэтому энергия горячего воздуха нагревает змеевики, которые затем передают своё тепло энергии циркулирующей внутри охлаждающей жидкости. Вода нагревается и передаёт тепловую энергию воздуху, двигающемуся по воздуховодам.
При определённом значении температуры внешнего воздуха автоматика системы CAV, либо VAV включает нагреватель, Внутренние газовые горелки воспламеняются и начинают нагревать воздух, проходящий через один набор змеевиков, в то время как холодный воздух проходит через другой. Горячий воздух нагревает хладагент в змеевиках, который затем переносится на холодную сторону. Там холодный воздух нагревается перед обратной циркуляцией в дом.
Аналогичные процессы происходят и в тёплые месяцы: холодный воздух циркулирует через один набор змеевиков, а горячий — через другой. Однако на этот раз именно холодные змеевики поглощают тепло с «горячей» стороны, прежде чем выпустить более холодный воздух обратно во все комнаты.
В летние месяцы, когда вместо отопления требуется охлаждение, хладагент проходит через те же змеевики, где он поглощает внутреннее избыточное тепло и выводит его через наружный конденсационный блок. Процесс повторяется непрерывно до тех пор, пока не будет достигнута желаемая температура, которая стабилизируется приборами слежения и контроля.
Преимущества
Теплообменник HVAC помогает поддерживать комфорт, обеспечивая необходимые показатели температуры и влажности. Поскольку воздух во всех комнатах постоянно циркулирует, то нигде и никогда не будет слишком жарко или холодно.
Наличие управляющих устройств означает, что жильцы каждой комнаты могут чувствовать себя комфортно, не производя ручную регулировку температуры.
Кроме того, поскольку большинство моделей современной нагревательной техники имеет энергоэффективные регулирующие приборы, то их эксплуатация производится в автоматическом режиме, учитывающем объём помещений и их расположение.
Источник — https://www.teploprofi.com/