Повышение санитарно-гигиенических качеств воздушной среды и снижение расходов энергии при работе СКВ в номерах гостиниц
О. Я. Кокорин, старший научный консультант ЗАО «Обитель», д.т.н., профессор
И. А. Лимонтов, менеджер по развитию бизнеса ЗАО «Обитель»
Для обслуживания номеров гостиниц в странах Европы широко применяются системы кондиционирования воздуха (СКВ) с установкой под окнами доводчиков эжекционных (ДЭ). На рис. 1 показана фотография гостиницы «Дунай Интерконтиненталь» (г. Будапешт), в номерах которой, под окнами, смонтированы ДЭ. Принцип работы ДЭ показан на рис.2. От центрального кондиционера на крыше здания подготовленный приточный наружный воздух по вертикальным каналам через отводы 1 поступает к ДЭ в количестве санитарной нормы для обитаемой комнаты гостиничного номера. Саннорма приточного наружного воздуха выходит из сопел 2 и через оребрения теплообменника 3 эжектирует из обитаемой зоны номера внутренний воздух 4. Температура воздуха в номере контролируется датчиком, который имеет импульсную связь с автоматическими клапанами на трубопроводах подачи в теплообменник 3 горячей или холодной воды. В холодный период года в номере поддерживается комфортная температура воздуха tв от 20о до 22о. При tв = 20о в теплообменник 3 подается расчетный расход горячей воды. При достижении tв = 22о автоматический клапан закрывает поступление в теплообменник 3 горячей воды. При дальнейшем возрастании tв до 23о датчик контроля температуры воздуха подает команду на начало поступления в теплообменник 3 холодной воды. При возрастании tв = 25о в теплообменник 3 поступает расчетный расход холодной воды. Жильцы номеров могут сами настраивать датчик на желаемую температуру внутреннего воздуха tв в обитаемой комнате.
Смесь приточного наружного и эжектируемого внутреннего воздуха через приточную решетку эжекционного доводчика 5 поступает в обслуживаемое помещение. Вытяжка загазованного и влажного воздуха осуществляется из верхней зоны санузла, располагаемого рядом с входным тамбуром в номер. В холодном климате большинства районов России энергетически целесообразно использовать теплоту вытяжного воздуха на нагрев саннормы приточного наружного воздуха.
В научно-технической лаборатории ЗАО «Обитель» разработана энергосберегающая система СКВ с двухступенчатой рекуперацией тепла вытяжного воздуха, принципиальная схема которой для обслуживания номеров гостиниц показана на рис. 3.
В центральном приточном агрегате готовится суммарный расход приточного наружного воздуха ΣLпн, который очищается в фильтре 6 и нагревается от теплоты выбросного вытяжного воздуха ΣLу в двух ступенях рекуперации. В первой ступени рекуперации наружный воздух нагревается в теплоотдающем теплообменнике 7, в трубки которого от работы насоса (на рис.3 не показан) поступает антифриз, нагретый в трубках теплообменника 8, где охлаждается и осушается влажный теплый вытяжной воздух ΣLу, забираемый вытяжным вентилятором 12 из санузлов гостиничных номеров. В расчетных условиях благодаря утилизации теплоты вытяжного воздуха в теплоизвлекающем теплообменнике 8, приточный воздух в теплоотдающем теплообменнике 7 нагревается на 22оС. Во второй ступени рекуперации, от работы компрессора (на схеме рис.3 не показан), между теплообменниками 9 и 10 циркулирует рабочий агент (обычно фреон R-22). В режиме нагрева приточного наружного воздуха ΣLпн, в теплообменник 9 компрессором нагнетаются горячие пары фреона R-22. При прохождении со стороны оребрения трубок теплообменника 9 холодного воздуха происходит охлаждение в трубках фреона R-22 и переход его паров в жидкое состояние. При охлаждении и конденсации фреона R-22 в трубках теплообменника 9 температура приточного наружного воздуха, со стороны оребрения трубок, повышается на 14оС. Жидкий фреон R-22, с помощью компрессора, через терморегулирующее автоматическое устройство (на схеме рис. 3 не показан), поступает в трубки теплообменника 10 при низком давлении. Это обуславливает кипение фреона в трубках теплообменника 10 и дальнейшее охлаждение и осушение вытяжного воздуха. Охлажденный и осушенный вытяжной воздух ?Lу , от работы вентилятора 12, выбрасывается в атмосферу, а нагретый приточный наружный воздух ?Lпн по присоединительным воздуховодам 1 поступает в ДЭ.
Отличительной особенностью применения ДЭ под окном номера в гостинице, по схеме на рис. 3, по сравнению со схемой на рис. 2, является эжекция внутреннего воздуха из верхней зоны номера, с его спуском по поверхности остекления окна. Под потолком в номере зимой воздух имеет температуру до 24о и его эжекция в ДЭ по поверхности холодного остекления окна обеспечивает нагрев холодного стекла. Это исключает обмерзание и обеспечивает снижение отрицательной радиации от поверхности остекления зимой, что улучшает тепловую комфортность людей в номере.
Второй отличительной особенностью является поступление приточного воздуха от ДЭ непосредственно в зону обитания людей. От людей, отделочных материалов и бытового оборудования выделяются тепло, водяные пары, вредные газы и запахи, которые имеют температуру выше tв. Поэтому эти вредные выделения поднимаются под потолок и через вытяжное отверстие в санузле удаляются от работы вытяжного вентилятора 12. При поступлении приточного воздуха в обитаемое пространство гостиничного номера из верхней зоны помещения, происходит вовлечение приточной струей поднимающихся вверх вредностей и возвращение до 60% этих вредностей обратно в зону обитания людей. Такая организация воздухообмена значительно ухудшает санитарно-гигиенические качества воздушной среды в зоне нахождения людей.
В схеме на рис.3 приточный воздух вытесняет вредности под потолок, что отвечает наиболее качественной, по санитарно-гигиеническим требованиям, схеме «вытесняющей вентиляции». В летний период года приточный наружный воздух ?Lпн нужно охлаждать и осушать. В этом режиме насос первой ступени рекуперации останавливается и прекращает циркуляцию антифриза через теплообменники 7 и 8. Во второй ступени рекуперации автоматический четырехходовой вентиль (на схеме рис 3 не показан) переключает направление движения фреона R-22. Первоначально компрессор нагнетает горячие пары в трубки теплообменника 10. Проходящий со стороны оребрения трубок теплообменника 10 вытяжной воздух ?Lу обеспечивает отвод теплоты конденсации фреона. Жидкий фреон через терморегулирующее устройство поступает в трубки теплообменника 9. При кипении фреона в трубках теплообменника 9, проходящий со стороны оребрения приточный воздух ?Lпн охлаждается и осушается. Изменяя число оборотов электродвигателя компрессора, достигается требуемое охлаждение приточного воздуха и снижение суточных расходов электроэнергии на поддержание комфортного микроклимата в гостиничном номере.
В отечественной практике получили применение местно-центральные СКВ с вентиляторными доводчиками (фанкойлами). На рис. 4 представлена принципиальная схема такой СКВ. За подвесным потолком коридора смонтирован приточный воздуховод 1. От него, через отвод, глушитель и регулятор расхода 3, саннорма приготовленного приточного наружного воздуха, через приточную камеру 6, поступает к приточной решетке, расположенной под потолком жилой комнаты гостиничного номера. За подвесным потолком входного тамбура смонтирован вентиляторный доводчик (фанкойл) 4. Через решетку 5 рециркуляционный воздух из тамбура забирается в фанкойл 4. В фанкойле 4 имеется теплообменник, который по двухтрубной схеме соединен трубопроводами с источником снабжения горячей водой с температурным перепадом 80 — 65?С. Работа фанкойла 4 обеспечивает воздушное отопление номера. Для устранения обмерзания и отрицательной радиации от остекления окон, в их нижней части установлены электрические конвекторы 11.
Вытяжка загазованного, отепленного, влажного воздуха осуществляется через вытяжное устройство по отводу 9, присоединенному к магистральному вытяжному воздуховоду 10. Для экономии электроэнергии в проекте принято, что вытяжка из санузла 7 осуществляется периодически. Как оговаривается в статье стр. 18: «большую часть времени будет создаваться положительный дисбаланс, т.к. система вытяжки в каждом помещении работает только при включении света в ванной».
Расположение рециркуляционной решетки 5 в подвесном потолке тамбура, напротив двери в санузел, создает условия при которых, большую часть времени суток в фанкойл 4, на рециркуляцию, забирается загрязненный и влажный воздух из санузла 7. Это приводит к значительному ухудшению санитарно-гигиенических качеств приточного воздуха, поступающего в жилую комнату гостиничного номера.
В теплый период года в теплообменник фанкойла 4 по двухтрубной схеме подается холодная вода. Снабжение теплообменников фанкойлов 4 осуществляется по четырехтрубной схеме. В переходный период года номера на облученном солнцем фасаде гостиницы нуждаются в охлаждении. В теплообменники фанкойлов 4 этих номеров поступает холодная вода и охлаждается рециркуляционный воздух. В номерах, со стороны фасадов находящихся в тени, требуется отопление, что достигается поступлением в теплообменник фанкойлов 4 горячей воды.
В таблице 4 стр. 20 приведены удельные показатели расхода тепла и холода в СКВ гостиницы. В каждый номер, общей площадью 40 м2, подается 100 м3/час приточного наружного воздуха. На расчетный нагрев этого воздуха до tв = 20о, в климате Москвы, при tнх = — 28о, требуется тепла:
Qт.пн. = 100 (20+28)/3,6 = 1733 Вт
На СКВ по данным табл. 4 расходуется тепла 84 Вт/м2, что на номер площадью 40 м2 составит:
Qт.СКВ = 40 = 3360 Вт
Эти расчеты показывают, что в проекте СКВ нет энергосберегающих мероприятий.
В предлагаемом нами варианте, с применением в номерах ДЭ-2-6-100 и использованием в СКВ схемы «Элита», с двухступенчатой рекуперацией тепла вытяжного воздуха, в номера к ДЭ будет поступать приточный наружный воздух нагретый с tнх = — 28о до tпн = 8о. Расход тепла в ДЭ на догрев воздуха до tв = 20о составит:
QТ.Элита = 100 (20 — 8)/3,6 = 407 Вт
По сравнению с традиционной схемой СКВ для гостиниц, описанной в статье , расход тепла на нагрев саннормы приточного наружного воздуха в СКВ с ДЭ по схеме «Элита» понизился:
1733/407 = 4,3 раза
Дополнительным преимуществом СКВ по схеме «Элита» является поступление приточного воздуха в зону обитания людей в номере и исключение возможности смешения приточного воздуха с загазованным и влажным воздухом из санузла, как это имеет место в схеме СКВ по рис.4. Кроме этого, в теплый период года температура и энтальпия вытяжного воздуха, удаляемого вытяжной вентиляцией, будет значительно выше чем tв = 25о. Это обеспечивает до 40% снижение расхода холода на отведение расчетных теплопритоков в номерах гостиниц.
Литература, используемая при подготовке материала:
- Fläkt. Catalogue 84. Air conditioning systems for Hotels.
- ЗАО «Обитель» Проспект энергосберегающей системы «Элита»
- Садовская Т.И. «Высотная гостиница на Краснохолмской стрелке» — журнал «АВОК», № 4, 2004, с. 16 — 22
Рис.1 Фотография гостиницы высшего класса «Дунай Интерконтиненталь» (г. Будапешт).
Рис.2 Принципиальная схема работы доводчиков эжекционных, смонтированных под окнами в гостинице «Дунай Интерконтиненталь» (Fläkt. Catalogue 84. Air conditioning systems for Hotels.).
- поступление санитарной нормы наружного воздуха от центрального приточного агрегата;
- выход из сопел наружного воздуха, количество которого отвечает саннорме;
- теплообменник, который снабжается горячей или холодной водой из центральных источников;
- эжектируемый из помещения внутренний воздух.
Рис.3 Предлагаемая энергосберегающая СКВ по системе «Элита» с монтажом доводчика эжекционного под окном гостиничного номера.
- Условные обозначения с 1 по 4 одинаковы с рис. 2;
- 5 — приточная решетка эжекционного доводчика;
- 6 — фильтр;
- 7 — теплоотдающий теплообменник первой ступени утилизации теплоты вытяжного воздуха;
- 8 — теплоизвлекающий теплообменник в вытяжном воздухе;
- 9 — теплообменник конденсации рабочего агента зимой «+» и испарения летом «-«;
- 10 — теплообменник испарения рабочего агента зимой «-» и конденсации летом «+»;
- 11 — приточный вентилятор;
- 12 — вытяжной вентилятор.
Рис.4 Принципиальная схема СКВ в гостинице с применением местных вентиляторных доводчиков — фанкойлов (Садовская Т.И. «Высотная гостиница на Краснохолмской стрелке» — журнал «АВОК», № 4, 2004, с. 16 — 22).
- приточный воздуховод от центрального кондиционера;
- отвод саннормы наружного воздуха с глушителем для подачи в верхнюю зону номера;
- регулятор расхода саннормы наружного воздуха;
- доводчик вентиляторный (фанкойл);
- забор рециркуляционного воздуха в подвесном потолке тамбура;
- приточная камера с приточной решеткой под потолком номера;
- санузел и ванная комната;
- электрообогрев пола в санузле;
- вытяжной отвод из санузла;
- вытяжной воздуховод;
- конвектор электрический.