Технология конвективности в системах ОВК

Термин “Конвекция” произошел от латинского слова convectio — принесение, доставка. В буквальном смысле термин Конвекция означает перенос теплоты в жидкой или газообразной среде путем перемешивания самого вещества (как принудительно, так и самопроизвольно). Примером использования технологии конвективной передачи тепловой энергии являются системы кондиционирования на базе охлаждаемых потолочных панелей и/или “климатических” балок. По принципу работы панели и балки аналогичны, а отличаются по конструкции, их общее название  конвекторы. Поэтому рассматривать их будем параллельно.

В данной статье представлен краткий обзор – описание системы кондиционирования и вентиляции на базе конвективных потолочных панелей и или “климатических” балок (далее по тексту – конвективные системы кондиционирования воздуха). Данная статья раскрывает большее представление о технологии ” Холодных потолков“, изложенной в предыдущей статье “Система кондиционирования на базе охлаждаемых потолков” от 26.08.2017 г.  

Применение потолочных панелей и/или “климатических” балок -конвекторов – (конвективных систем кондиционирования воздуха)

Используются конвективные системы кондиционирования в помещениях различного назначения.  с целью сокращения капитальных, а также эксплуатационных затрат при организации системы кондиционирования воздуха. Технология конвективной передачи тепловой энергии нашла широкое применение в системах отопления. Как известно конвективные системы характеризуются малой себестоимостью и высокой надежность. Использование технологии конвективной передачи тепловой энергии в системах кондиционирования началось сравнительно недавно. Климатические балки – альтернативное энергоэффективное решение для систем вентиляции и кондиционирования воздуха современных общественных зданий.

Системы с “климатическими” балками  и/или потолочными панелями предназначены для вентиляции и кондиционирования воздуха помещений с высокими требованиями к качеству микроклимата и с потребностью в индивидуальном зональном управлении. Система кондиционирования воздуха, работающие с климатическими балками, как альтернатива традиционным системам кондиционирования воздуха активно применяются в Европе и Северной Америке  начиная с середины 1990-х годов. Климатические балки позволяют обеспечить тепловой комфорт, низкий уровень звукового давления, энергосбережение и эффективное использование пространства в зданиях различного типа. Их применяют в помещениях различных типов, в частности:

Системы вентиляции воздуха, рынок, описание и расчёты

• офисные помещения (блочные и открытой планировки),
• гостиничные номера,
• палаты больниц и санаториев,
• магазины,
• рестораны,
• банки и др.

Устройство и принцип работы конвективных систем кондиционирования воздуха

Системы кондиционирования на базе конвективных потолочных панелей и “климатических” балок . Некоторые конструктивные особенности такой системы кондиционирования идентичны тем, которые лежат в основе традиционно используемых систем кондиционирования на базе чиллеров, фэнкойлов и центральных кондиционеров. Но также есть ряд существенных отличий. Источником холода в системах кондиционирования на базе конвективных панелей и балок является чиллер, который подключен к гидравлическому контуру системы кондиционирования. Отличием является то, что функцию обработки воздуха выполняют не вентиляционные доводчики (Фэнкойлы), а конвективные панели – Конвекторы. Конвекторы располагаются непосредственно над рабочими зонами кондиционируемых помещений.

Применение системы кондиционирования на базе конвективных потолочных панелей и балок.

Принцип работы системы кондиционирования на базе конвективных потолочных панелей и балок 

В настоящий момент существуют две основных разновидности конвективных систем:

• Пассивные.
• Активные.

Как пассивные, так и активные потолочные панели и балки могут быть многофункциональными , т.е. в них возможно встроить системы освещения, пожаротушения , громкой связи, управление климатом и т.п.

Следует отметить, системы, в которых используется принцип естественной конвекции. В таких системах конвектор включает воздушный теплообменник, который подключен к гидравлическому контуру системы кондиционирования. За счет механического соприкосновения с теплообменной поверхностью конвектора, воздух расположенный в верхней части рабочей зоны, кондиционируемого помещения охлаждается и опускается в нижнюю часть рабочей зоны.

Иммерсионное охлаждение и его применение

Второй разновидностью являются системы, в которых используется принцип активной (принудительной) конвекции. Отличительной особенностью такой системы является то, что в конвектор дополнительно подводится небольшое количество свежего воздуха из системы естественной вентиляции.

На основании  выше изложенного материала следует, что:

• Отличие  климатической балки от потолочной панели конструктивное, может свободно подвешиваться.
• Такой подход позволяет повысить эффективность воздухообмена. Несмотря на то, что габаритные размеры конвективных панелей, значительно больше чем габаритные размеры фэнкойлов, их использование позволяет повысить эффективность кондиционирования и снизить энергопотребление.
• Такой подход предполагает независимость инженерных систем и коммуникаций, связанных с кондиционированием, вентиляцией и отоплением.
• Функцию вентиляции выполняют центральные кондиционеры.

Проблемы, возникающие при проектировании

При проектировании системы кондиционирования на базе конвективных панелей необходимо решить две важные задачи:

1. Предотвращение возможных случаев образования конденсата в теплообменниках конвективных панелей.
2. Контроль влажности воздуха в рабочих зонах кондиционируемых помещений.

Для предотвращения возможного образования конденсата в теплообменниках конвективных панелей необходимо использовать воду, температура которой на 3-4 градуса больше чем температура точки росы воздуха, находящегося в рабочих зонах кондиционируемого помещения. Контроль влажности воздуха осуществляется за счет обработки свежего воздуха, подаваемого в конвекторы.

Особенности проектирования и эксплуатации систем вентиляции

Конструктивные особенности потолочных панелей

Подключение конвектора к гидравлическому контуру системы кондиционирования:

 

Конвективная панель смонтирована за подвесным потолком.

Преимущества конвективных систем кондиционирования 

Важным преимуществом систем кондиционирования на базе конвективных панелей(балок)  является компактность∗. Для организации охлаждения воздуха в помещении нет необходимости использовать сложную систему воздуховодов.

Внешний вид конвективных потолочных панелей(балок):

Преимущества технологии могут быть наглядно продемонстрированы на примере использования системы кондиционирования на базе конвективных панелей в лабораториях. Как известно, требования к системам кондиционирования и вентиляции в лабораториях высоки. Параметры микроклимата в таких помещениях должны обеспечиваться, в том числе за счет подачи в рабочие зоны необходимого количества обработанного свежего воздуха. Кратность воздухообмена, количество свежего воздуха, размеры воздуховодов, а также другие параметры системы кондиционирования и вентиляции должны строго соответствовать требованиям научно исследовательского процесса.

Применение системы кондиционирования на базе конвективных панелей позволяет повысить эффективность кондиционирования (Снизить энергозатраты, при одновременном соблюдении требований, предъявляемых к поддержанию параметров микроклимата).
Количество свежего воздуха, подаваемого в рабочие зоны кондиционируемых помещений воздуха в помещении лаборатории зависит от  тепловой нагрузки. В некоторых лабораториях кратность обмена воздуха может достигать 14-ти крат.

В таблице представлено сравнение характеристик оборудования используемого в системе кондиционирования и вентиляции лаборатории. В первом случае используется традиционная система вентиляции и кондиционирования на охлажденной воде на базе чиллеров, фэнкойлов и центральных кондиционеров, во втором случае используется система кондиционирования с естественной конвекцией, в третьем случае используется система с принудительной конвекцией. Тепловая нагрузка от технологического оборудования составляет (54-162 Вт/м²). Если прибавить к этому тепловую нагрузку от инфильтрации, света и людей то мы получим (108-215 Вт/м²). Как видно из таблицы, при использовании системы кондиционирования с принудительной конвекцией пользователь экономит большую часть энергозатрат за счет снижения холодопроизводительности системы кондиционирования.   

Еще одним преимуществом конвективных систем кондиционирования является отсутствие подвижных механических элементов – вентиляторов∗. Так как вентиляторы являются не только главным потребителем электроэнергии фэнкойлов (Вентиляционных доводчиков), но также основным источником шума и вибрации их отсутствие может привести к снижению уровня потребляемой мощности системы кондиционирования, к повышению ее надежности, а также к повышению уровня комфорта. Отсутствие в конвективных системах кондиционирования конденсата∗, образуемого при работе традиционных систем кондиционирования на базе фэнкойлов также снижает затраты по монтажу и вводу в эксплуатацию оборудования.

Внешний вид конвективных панелей(балок), смонтированных под подвесным потолком:
Одной из компаний, продемонстрировавшей разработки в области конвективных систем кондиционирования является Airwell  (Франция). Компания Airwell разработала и объявила о начале производства широкой линейки конвективных панелей(балок)-конвекторов.

Серия получила коммерческое название Aquabeam.

Конвективные панели Aquabeam выпускаются в различных вариантах конструктивных исполнений, с 2-ух, 3-х, 4-х сторонней раздачей воздуха.

Внешний вид конвективных панелей производства Компании Airwell (Франция). Компания Airwell выпускает широкую номенклатуру опций и аксессуаров, в том числе 2-ух, 3-х ходовые клапаны регулирования производительности, электронагреватели и другие элементы.

В настоящий момент в России рынок конвективных систем кондиционирования находится в начальной стадии развития.