Отопление кондиционером: основные виды, принцип их работы и особенности монтажа. Система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

Отопление кондиционером: основные виды, принцип их работы и особенности монтажа. Система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

Современное жилье (будь-то загородный дом или городская квартира) представляет собой комплекс из многочисленных устройств и агрегатов, основной задачей которых является создание наиболее оптимальных и комфортабельных условий для проживания.

Все такое оборудование для регулировки микроклимата – элементы единой системы вентиляции и кондиционирования и отопления, отличающейся производительностью, экономичностью в работе и надежностью.

Микроклимат: определения и особенности

Под понятием «микроклимат» подразумевают разнообразные параметры, за счет которых в доме всегда будет комфортно и уютно. Нормируются и устанавливаются подобные параметры всевозможными стандартами (например, ГОСТ), ну а поддержание возлагается на специальную технику
.

В состав микроклимата современного жилища входит несколько основных факторов, в частности, температура воздуха, влажность, состав, а также чистота. Разумеется, все эти параметры обязательно должны быть постоянными, ведь только так проживать в доме либо работать в офисе будет наиболее комфортно и приятно.

Характеристики микроклимата

Как уже было оговорено ранее, микроклимат включает в себя несколько норм:

  • Температура в диапазоне 20-22 С
    . Установленный параметр ДБН, считается, что это оптимальная температура воздуха для нормальной жизнедеятельности человека, эффективной работы и здорового отдыха.
    Поддержку такой нормы обеспечивают современные системы отопления вентиляции и кондиционирования, снабженные автоматическими датчиками и регуляторами температур.

Если СОК работает эффективно и комплексно, то отопление гарантирует качественный нагрев воздуха, тогда как вентиляция и кондиционирование, в большинстве случаев, охлаждает помещение, если это необходимо;

  • Влажность – 40-60%
    . Поддержание данного диапазона гарантируют системы принудительной вентиляции и увлажнители, соединенные воедино за счет с о к.
    Регулировка и «подстройка» под требования производится специальной автоматикой, датчиками и прочими подобными устройствами;

  • Химический состав воздуха
    . Организм человека чрезвычайно чувствителен к самым мелким изменениям состава воздуха, а потому очень хорошо, если в доме будет установлена система отопления и кондиционирования со встроенными очистителями;

Важно. Подобные устройства в автоматическом режиме очистят воздух, поступающий в помещение, от пыли, органических примесей и вредных веществ.
Производится очистка на основе данных, получаемых аппаратами со специальных датчиков, являющихся единым целым с системой.

  • Распределение тепла по помещениям дома
    . Важный фактор, который обязательно должны обеспечивать вентиляция отопление и кондиционирование.
    Грамотный монтаж и настройка системы помогут сбалансировать соотношение между теплым и холодным воздушными потоками, эффективно распределить их по всей площади.

Огромное влияние на то, насколько качественно и эффективно функционирует система кондиционирования и отопления оказывает согласованность и слаженность работы всех инженерных систем, которые входят в ее состав. Все составляющие системы должны работать на основе показаний датчиков, включаться последовательно либо же одновременно.

Таким образом, можно не только поддерживать оптимальный микроклимат в помещениях, но еще и существенно экономить на электроэнергии. Особенно актуально для больших жилых домов, офисов и промышленных объектов.

Отопление помещений: основные элементы системы

Инструкция к современным системам СОК требует использования специальной техники, обеспечивающей приток теплого воздуха в помещение.

На сегодняшний день используются самые различные системы способные компенсировать как трансмиссионные (потери через стены, окна, двери, потолок), так и вентиляционные потери тепла:

  • Агрегаты, излучающие тепловую энергию
    . К подобным устройствам относятся ИК-обогреватели (лампы, камины, печи, электропанели, радиаторы, системы );

  • Конвекционные обогреватели – радиаторы с универсальными решетками и функцией конвекции, ;
  • Вырабатывающие теплый воздух. Тепловые завесы, калориферы, тепловентиляторы и системы воздушного обогрева.

Вне зависимости от типа, все обогреватели, которые включает в себя кондиционирование воздуха вентиляция и отопление, должны отличаться своей эффективностью и экономичностью. Как правило, работает техника в автоматическом режиме – все данные о температуре подаются с датчиков, установленных в помещениях дома или офиса.

Вентиляция помещения: что входит в систему

Вентиляция кондиционирование воздуха и отопление включает в себя массу агрегатов, призванных обеспечить эффективную циркуляцию воздуха в здании.

Проектирование схемы работы, а также размещения устройств выполняется согласно существующим нормам и правилами (СНиП, ТКП), может быть классифицирована по нескольким критериям:

  • Способу создания давления, движущего воздушные массы
    . Может быть естественным и искусственным;
  • Цель системы вентиляции
    – приточная, вытяжная, комплексная;

«Умный дом» — один из вариантов организации грамотной схемы и эффективной автоматической работы кондиционирования, вентиляции и отопления

  • Область применения
    . Местные (применяются для установки в частных домах или квартирах) либо общественные (торговые залы, офисы, промышленные объекты) установки;
  • Конструкция вентиляционной системы
    . Могут быть снабжены вентиляционными каналами либо же не иметь оных – все зависит лишь от особенностей помещения.

Важно. Вентиляция – весьма серьезный и значимый элемент СОК, а потому важно грамотно подходить как к проектированию, так и к подбору оборудования.
Следует отметить, что для организации регулируемого воздухообмена используются самые разнообразные и универсальные агрегаты.

Самыми простыми и доступными являются вентиляторы – они бывают диаметральными, осевыми и радиальными. Кроме того, своими руками в помещении могут быть установлены агрегатные установки, которые монтируются на крыше зданий либо же в специальных каналах – воздуховодах.

Также, применяются воздушные клапаны, заслонки, распределительные элементы и решетки, позволяющие сделать движение воздуха в помещении эффективным.

Кондиционирование

Цена системы вентиляции, кондиционирования и отопления во многом зависит еще и от того, какие именно применяются устройства для охлаждения воздуха. Следует отметить, что кондиционеры системы в автоматическом режиме поддерживают основные параметры воздуха (скорость потока, температура, влажность, чистота), тем самым, обеспечивая комфортабельность проживания для человека.

В настоящее время используется несколько типов систем кондиционирования помещений:

  • Комфортные, технологические и производственные
    . Если с комфортными все более-менее понятно (используются в жилых домах или офисах), то вот технологические и производственного типа системы кондиционирования предназначены лишь для торговых залов или производственных цехов. Особенность заключается в высокой мощности и производительности, большом наборе функций;
  • Местные и централизованные
    . В первом случае призваны охлаждать воздух в определенной зоне или помещении. Централизованные же применяются для кондиционирования воздушных потоков во всем здании;
  • Стационарные и мобильные
    . Монтируются на одном месте либо же могут быть транспортированы из помещения в помещение в зависимости от потребности;
  • Рециркуляционные и прямоточные
    (принцип работы оборудования);

  • Низкого, среднего и высокого давления
    ;
  • Системы с обеспечением кондиционирования одной либо нескольких зон
    . Оптимальный выбор для офиса или торгового центра, где для каждого определенного помещения существуют свои требования по температуре, влажности и прочим характеристикам воздуха.

Нельзя не отметить, что кондиционеры и всевозможная дополнительная сантехника к ним могут быть самыми разнообразными. Выбор тех или иных видов техники в первую очередь обосновывается индивидуально, в зависимости от особенностей объекта недвижимости и рабочих параметров.

Среди самых популярных приборов для охлаждения и кондиционирования воздуха, используемых в СОК, можно выделить:

  • Сплит-системы
    . Представлены в широчайшем ассортименте, без проблем можно выбрать оптимальный вариант как для частного дома (маломощные), так и для промышленных объектов;
  • Напольные или оконные кондиционеры
    . На фото и видео на нашем сайте можно видеть, чем отличаются друг от друга подобные типы техники.
    Как можно судить из названия, компактные оконные кондиционеры устанавливаются в оконные проемы, тогда как напольные можно ставить в любом уголке комнаты;
  • Устройства, устанавливаемые на крышу или в специальные вентиляционные каналы здания
    (если таковые предусмотрены схемой);
  • Системы с фанкойлами и центральные кондиционеры
    . Зачастую (за счет того, что цена на подобные аппараты довольно высока) используются лишь в общественных местах, где требуется организовать движение больших объемов воздушных масс.

Заключение

Системы отопления, вентиляции и кондиционирования – просто-таки неотъемлемая часть современного дома, офиса или другого объекта недвижимости. Нельзя не отметить, что состоят подобные системы из самых современных и инновационных агрегатов, проектируются индивидуально в зависимости от особенностей строения, позволяя существенно .

Важно. Грамотно спроектированная и установленная система отопления, вентиляции и кондиционирования (противопожарные требования должны быть обязательно соблюдены) – залог создания в доме оптимального микроклимата в помещении.
Только в том здании, где подобные системы работают слаженно и точно настроены, можно добиться наиболее комфортабельных условий проживания или работы, исключить лишние финансовые затраты.

При этом практически все элементы функционируют в автоматическом режиме и компьютеризированы, не требуют какого-то особого обслуживания и дополнительной наладки – достаточно всего лишь раз произвести настройку оборудования (лучше всего доверять операцию специалистам).

Кондиционер многие считают только лишь оборудованием для охлаждения, хотя приборы могут обеспечивать и прогрев дома.

Кроме того, существуют и кондиционеры иного типа, предназначенные специально для отопления.

Принцип работы кондиционера

Кондиционер — сложная система, которая состоит из двух частей: внутренней, которая осуществляет подачу воздуха в дом, и наружной, в которой нагревается реагент.
Принцип работы заключается в охлаждении реагента при высокой температуре в наружном блоке. Реагент поступает во внутренний блок. Работающий внутри него вентилятор распространяет холодный воздух в комнату. При включении оборудования на обогрев, происходит обратный процесс. Во внешнем блоке реагент нагревается и при помощи вентилятора тепло нагнетается в комнату.

Интересно, что по схожему принципу работают и устройства для обогрева автомобилей, например, . Функционирует он от топлива, а вентилятор — от электрической системы автомобиля.

Полноценно заменить систему отопления кондиционер не сможет. При низких температурах он работает не полноценно, повышается степень износа, а также возможна поломка оборудования. Существуют модели, которые могут работать только при -5°С. Усовершенствованные кондиционеры способны обеспечит обогрев при параметрах наружной температуры -15°С.. -25°С.

Отопление кондиционером оправдано в многоквартирном доме. Он будет охлаждать квартиру летом и отапливать не в зимнее время. Пока не включено центральное отопление, многие используют обогреватели.

Данный вариант будет более экономичен, чем использование других электрических приборов (тепловентиляторов, инфракрасных, масляных, кварцевых обогревателей). В частном доме использование кондиционера поможет сэкономить, когда запускать систему на полноценную работу еще не требуется – в межсезонье. Если же есть желание производить отопление кондиционером, нужно рассмотреть иные виды оборудования.

Особенности канального кондиционера

Можно обеспечить канальным кондиционером. Он также имеет наружный блок, но на этом все сходство с обычным кондиционером заканчивается.

Канальное оборудование представляет полноценную систему, которая состоит из нескольких элементов:

  1. Внутренний блок массивен и требует монтажа в отдельной комнате, если требуется отапливать помещения большой площади. В доме можно выполнить установку на чердаке или за фальшстеной.
  2. Вентиляционные каналы. Располагаются внутри стен или перекрытий. По ним осуществляется циркуляция горячего воздуха по дому.
  3. Распределительные диффузоры. По ним из каналов в комнату проходит воздух.
  4. Дополнительные устройства. Монтаж в систему дополнительного вентилятора ускоряет движение воздуха.

Потребуется это для каналов значительной длины. Установка рекуператора позволяет смешивать массы воздуха из системы и нагнетаемого с улицы. Служит прибор для контроля уровня нагрева, что дает возможность экономить на отоплении. Также с помощью рекуператора можно обеспечить хорошую вентиляцию: отводить на улицу воздух из каналов и запускать свежий в систему.

Канальное отопление может работать автономно, если вместо кондиционера использовать иное оборудование для нагрева воздуха, которое не требует электропитания. Циркуляция воздуха в автономной системе происходит по физическим законам: теплый воздух самостоятельно поднимается вверх и заходит в каналы, а при охлаждении поступает обратно к оборудованию. отличаются набором дополнительных устройств и схемой монтажа вент-каналов.

Применение канального кондиционера оправдано только для больших площадей, в противном случае затраты на оборудование и его монтаж будут окупаться длительное время. Отличается оборудование высокой степенью шума при работе. Поэтому для них потребуется отвести отдельную звукоизолированную комнату. Кроме этого, внутренний блок имеет толщину до 40 см и разместить его за фальшстеной не всегда получится. Высота потолка помещений должна быть значительной, так как каналы имеют размер до 20 см. Их потребуется скрывать за обшивкой, что «украдет» большое пространство.

Преимущества же системы неоспоримы:

  1. 1. Отопление нескольких больших помещений одновременно при помощи одного блока и разветвленной системы вент-каналов. Если навешивать в каждое помещение обычные сплит-системы, это обойдется дороже.
  2. 2. Равномерный обогрев всех помещений. Система контролирует уровень обогрева и направляет горячие массы только в комнаты с недостаточным уровнем тепла.
  3. 3. Непрезентабельного вида вентиляционные каналы скрыты за отделкой или в перекрытиях. На стенах располагаются только решетки или диффузоры, которые имеют современный вид и подойдут к любому интерьеру.
  4. 4. Возможность сконструировать полноценную систему климат-контроля, выполненную согласно индивидуальных предпочтений. Одна система выполняет три функции: отопление, охлаждение, вентиляция.

Тепловой насос позволяет кроме всего прочего обеспечить нагрев воды для контура ГВС, причем даже во время работы на охлаждение. Для данной функции система дополняется бойлером, который работает от теплового насоса.

Сам же насос работает по принципу кондиционера. Он также имеет внешний блок, который отличается большими размерами. В нем содержится хладагент с низкой температурой кипения. От наружного воздуха хладагент нагревается и поступает во внутренний блок теплового насоса. Здесь он отдает тепло воздуху, который вентилятором нагнетается в трубопровод. Воздух подпитывается с улицы, проходя через фильтр и выпускается наружу, обеспечивая вентиляцию. Тепловой насос способен обеспечить нагрев радиаторной водяной системы отопления или теплого пола.

ВАЖНО: Тепловой насос может эффективно функционировать при -25°С и ниже, в отличие от сплит-систем.

Тепловые насосы отличаются весьма высокой ценой. Практика показывает, что окупаются затраты через 5-6 лет. Система также может обеспечить и функцию охлаждения, что повышает ее эффективность. Относится тепловой насос к одному из видов независимых систем отопления, для его работы не нужен газ, топливо или иные ресурсы.

Повсеместного применения, не смотря на массу достоинств, оборудование еще не получило. Объясняется это, кроме стоимости, нехваткой специалистов, которые смогут произвести грамотное проектирование и монтаж.


Правильное кондиционирование воздуха в салоне уменьшает усталость водителя и поэтому является важным элементом безопасности. Воздухообмен, подогрев и охлаждение воздуха являются непременными условиями создания комфорта в салоне. Кроме того, система отопления и вентиляции должна устранять запотевание окон при сильных колебаниях температуры и влажности воздуха. Выполнить перечисленные задачи в постоянно изменяющихся условиях движения автомобиля при очень различных требованиях и чувствительности пассажиров к комфорту очень трудно. В связи с этим ниже рассмотрены важнейшие принципы конструирования системы отопления и вентиляции, так как они оказывают существенное влияние на конструкцию кузова.

(вентиляция, отопление, охлаждение, контроль влажности) различаются между собой.

Требования, предъявляемые к системе вентиляции и отопления

Микроклимат салона определяют следующие факторы:

  • поступление свежего воздуха, в основном для поддержания в салоне требуемого количества кислорода;
  • скорость перемещения воздуха в салоне и его распределение;
  • температура воздуха в салоне;
  • относительная влажность воздуха;
  • загрязненность воздуха (пыль, запахи, отработавшие газы);
  • температура стенок, ограничивающих салон.

Согласно общим требованиям к системам вентиляции минимальное количество поступающего воздуха на одного человека должно составлять 0,5 м3/мин, т. е. 2-2,5 м3/мин, для четырех-, пятиместного автомобиля, в котором заняты все места, независимо от того, стоит автомобиль на месте или движется. Обеспечить прохождение достаточного количества воздуха через салон за счет динамического напора можно только при движении автомобиля с большой скоростью, поэтому необходимым элементом системы является вентилятор. В действительности, чтобы обеспечить удовлетворительную вентиляцию в солнечный летний день, поступление воздуха должно быть существенно большим, чем указано выше, а именно: 4-6 м3/мин для небольших, и 8-10 м3/мин для больших автомобилей. Во избежание неприятного ощущения сквозняка средняя скорость поступления воздуха не должна превышать 0,5 м/с. Кроме того, расположение отверстий, предназначенных для поступления воздуха, должно быть согласовано с положением отверстий выхода воздуха таким образом, чтобы в салоне автомобиля при любой скорости существовало небольшое избыточное давление, предотвращающее проникновение в салон отработавших газов, пыли и т. д. При закрытых окнах через вытяжные отверстия удаляется только 50-70% воздуха, поступающего в салон, а остальное количество его просачивается через неподдающиеся контролю дефекты уплотнений окон, дверей и других элементов. Требуемая малая «средняя скорость поступления воздуха» (в некоторых зонах она может быть больше среднего значения) должна достигаться путем соответствующего распределения общего потока воздуха.

Напомним, что забор воздуха должен осуществляться в зоне избыточного давления, а выброс воздуха — в зоне разрежения. Хорошего распределения воздуха можно добиться только путем правильного размещения многочисленных регулируемых отверстий для поступления воздуха в салон. Эти отверстия, расположенные вдоль панели приборов, предназначены для регулирования количества и направления потока воздуха, поступающего в салон, в зависимости от условий эксплуатации автомобиля. В любом случае необходимо наличие следующих потоков:

  • потока воздуха вдоль боковин, который может направляться через дверные каналы назад (боковые дефлекторы);
  • прямого потока свежего воздуха по центру салона автомобиля, с поступлением воздуха примерно на уровне пруди (центральные дефлекторы);
  • потока воздуха в зону ног и к ветровому стеклу (по обеим сторонам автомобиля), при низкой температуре окружающей среды этот поток должен хорошо прогреваться;
  • в боковые и центральные дефлекторы также должен подаваться теплый воздух.

Упоминавшаяся ранее скорость воздушного потока, поступающего в салон, оказывает влияние не только на ощущение сквозняка, но и на восприятие температуры. Вследствие охлаждения поверхности тела в результате повышенной теплоотдачи при перемещении воздуха человек способен выдерживать более высокие температуры, при этом температура окружающей среды кажется человеку более низкой. Первое используют летом для «охлаждения ветерком», последнее следует принимать во внимание при проектировании системы отопления автомобиля. Хорошее самочувствие при температуре 20°С и неподвижном воздухе соответствует примерно 26°С при скорости воздуха 1 м/с.

Работа системы вентиляции и охлаждения

Проблема температуры в салоне — отопление и вентиляция. Для обеспечения необходимого температурного комфорта температура воздуха в салоне должна находиться в интервале 18-22°С. Проведенные измерения и эксперименты показывают, что перепад температур благоприятен для человека: на уровне головы температура должна быть на 5-8° ниже, чем в области ног как летом, так и зимой. Чтобы обеспечить такой тепловой режим, необходимо произвести расчет системы вентиляции и отопления. Добиться требуемого перепада температур можно путем продуманного распределения воздушных потоков и подогрева воздуха зимой. Установившийся температурный режим в салоне в стационарном состоянии определяется балансом между количеством теплоты, поступающим извне (солнечное излучение) и изнутри (двигатель, отопление, тепловыделение от сидящих в автомобиле людей) и теплообменом через поверхность кузова и за счет уноса теплоты вентиляционным воздухом.

Работа системы вентиляции и охлаждения особенно затруднена летом в условиях прямого действия солнечных лучей. Плотность поступающего теплового потока составляет в этих условиях примерно 990 ккал/(м2ч) и зависит от качества теплоизоляции кузова. При площади облучаемой поверхности салона автомобиля среднего размера 2,5 м2 тепловой поток составляет приблизительно 2300 ккал/ч, большая часть которого проникает через окна. Путем применения эффективной термоизоляции (прежде всего крыши), окраски кузова и салона в светлые (отражающие) цвета, а также использования тонированных стекол можно уменьшить этот тепловой поток.

Цвет обусловливает изменение температуры в салоне (если сравнивать кузова белого и черного цвета) по сравнению с температурой внешней среды в зависимости от размеров автомобиля на 8-15%. Обычные (нетонированные) стекла пропускают световое и тепловое излучение почти беспрепятственно, поэтому общепринятые в настоящее время большие окна в этом отношении не являются удачным решением. При движении автомобиля воздух, обтекающий кузов, оказывает некоторое охлаждающее действие, но если не применяются дополнительные охлаждающие устройства, температура в салоне постоянно выше температуры внешней среды на 3-4°С в основном по следующим причинам.

В результате выделения теплоты двигателем, трансмиссией и системой выпуска отработавших газов,
несмотря на хорошую изоляцию, происходит подогрев воздуха салона. К этому можно добавить теплоту, выделяемую людьми, находящимися в автомобиле, которая в состоянии покоя составляет примерно 100 ккал/ч. Летом выделение указанной теплоты должно компенсироваться проветриванием таким образом, чтобы в салоне поддерживалась температура, приемлемая для людей. Столь желанная летом отдача теплоты поверхностью кузова вследствие слишком малого перепада температур в салоне и снаружи очень невелика. Поэтому, если невозможно получить приемлемую температуру в салоне посредством естественной вентиляции, то необходимо предусмотреть дополнительное охлаждение воздуха, поступающего в салон с помощью охлаждающей системы. Она может устанавливаться в автомобиль независимо от существующей системы отопления и вентиляции, однако лучше их объединять, тогда получается система кондиционирования. С помощью такой системы можно регулировать не только температурный режим в салоне, но и влажность воздуха.

Ниже приведены некоторые общие данные из области теплотехники.

Дополнительное охлаждение воздуха салона необходимо при температуре внешней среды выше 35°С и интенсивном солнечном излучении. В этом случае температура воздуха в салоне во избежание опасности переохлаждения не должна быть ниже температуры внешней среды более чем на 10°, причем температура холодного воздуха, поступающего из теплообменника, не должна быть ниже 5°С. Целесообразно охлаждать только часть свежего воздуха (примерно 30%), остальное количество поступающего воздуха следует использовать для освежения воздуха в салоне, тогда возрастает эффективность использования воздуха и уменьшаются конструктивные затраты на кондиционер. Конечно, окна автомобиля (с тонированными стеклами) должны оставаться закрытыми. Тем не менее для охлаждения воздуха потребляется большая мощность, поскольку нужно не только охладить воздух, но и компенсировать нагрев его от солнечного излучения и внутренний «подогрев» салона. По данным Фиала для среднего легкового автомобиля этот нагрев составляет примерно 4500 ккал/ч. Большое преимущество дополнительного охлаждения заключается в том, что с ним уменьшается относительная влажность воздуха в салоне. Она уменьшается примерно на 35% вследствие охлаждения конденсационной влаги в теплообменнике, что при высокой температуре внешней среды и высокой влажности воспринимается особенно приятно.

По-другому выглядят требования, предъявляемые к кондиционеру, когда необходимо повысить температуру воздуха в салоне в условиях зимней эксплуатации. Необходимую для этого тепловую энергию лучше всего получать от системы охлаждения двигателя. Система отопления от отработавших газов, применяемая на автомобилях с двигателями с воздушным охлаждением, вследствие присущих ей недостатков (сильной зависимости от реализуемой мощности двигателя, малой теплоемкости, повышенного шума по сравнению с жидкостной системой отопления) не рассматривается. При проектировании системы отопления следует учитывать, что во время проветривания, т. е. выброса нагретого воздуха через предусмотренные для этого отверстия и имеющиеся в уплотнениях щели, происходит потеря теплоты вентиляционным воздухом. Это существенно уменьшает КПД системы отопления. КПД зависит от многих параметров, часть из которых определена ниже.

В этом примере не учтена потеря теплоты через поверхность кузова (излучение, конвекция, теплопередача), а также нагрев воздуха в салоне от двигателя, системы выпуска отработавших газов и находящихся в салоне людей. Потеря теплоты зависит от разности температур воздуха в салоне и снаружи автомобиля, которая в свою очередь зависит от количества воздуха, поступающего в салон, следовательно, от скорости движения, а также от качества термоизоляции салона (крыша, двери, боковины). Поэтому обобщенные формулы привести невозможно. В приведенном выше примере потеря теплоты составила примерно 1800 ккал/ч, что можно использовать в качестве ориентировочных данных. При расчете системы отопления следует учитывать только 60% максимального притока воздуха в условиях летней эксплуатации (все отверстия для поступления воздуха открыты), поэтому в рассмотренном примере взято 3,5 м3/ч вместо 6,0 м3/ч (при полностью открытых отверстиях для поступления воздуха).

Эффективность системы отопления можно резко увеличить путем повышения температуры воздуха, поступающего из отопителя, а также температуры охлаждающей жидкости двигателя с помощью термостатов, отрегулированных на более высокую температуру воды («зимний» термостат), кроме того, посредством предусматривания нелинейной регулировки количества поступающего воздуха, позволяющей компенсировать увеличение скоростного напора воздуха с ростом скорости автомобиля.

Скорость прогрева воздуха в салоне

Особенно важным с точки зрения потребительной ценности системы отопления является время прогрева холодного салона
, причем прогреваться должен не только воздух в салоне, но и кузов вместе с остеклением (соответственно, должно устраняться обледенение стекол), для чего необходимо большое количество теплоты. В процессе размораживания окон стекла должны стать прозрачными, причем сначала должно оттаивать ветровое стекло, а затем боковые. Ввиду того, что скорость оттаивания окон важна для безопасности движения, в США введено испытание автомобилей на соответствие федеральному стандарту 103, согласно которой на размораживаемом ветровом стекле в течение заданного времени должны быть получены определенные прозрачные зоны: это касается и боковых стекол. Для размораживания заднего стекла не используется поток теплого воздуха системы отопления автомобиля, поэтому в настоящее время совершенно оправдано использование электрообогреваемого заднего стекла в качестве стандартного оснащения.

Скорость прогрева воздуха в салоне зависит от того, как быстро прогревается контур системы отопления (охлаждающая жидкость двигателя) до рабочей температуры (80-85°С), а это в свою очередь зависит от мощности двигателя. Путем регулировки термостата и дополнительного подогрева воды в системе отопления с помощью отработавших газов период прогрева может существенно уменьшиться. Автомобиль среднего класса обычно прогревается за 12-15 мин при включенной третьей или четвертой передаче (скорость автомобиля 40-60 км/ч).

Значительно уменьшить время прогрева салона
можно с помощью дополнительного бензинового подогревателя, включаемого вручную или автоматически с помощью реле времени. Такой подогреватель можно использовать только для подогрева воздуха в салоне автомобиля. Если подогреватель включить в контур системы охлаждения двигателя, то его можно применять и для предпускового прогрева.

Проблема влажности воздуха

Из многолетней практики и результатов исследований известно, что наиболее приятно воспринимается воздух, влажность которого в зависимости от температуры находится в интервале 30-70%. Относительно высокое (но в пересчете на обсолютные значения довольно низкое) содержание влаги в воздухе при низкой температуре приводит к тому, что по мере прогревания холодного воздуха относительная влажность уменьшается примерно до 20-25%. Это явление носит положительный характер, поскольку предотвращается запотевание окон. Конечно, человек, находящийся в автомобиле, выделяет в воздух в течение 1 ч 40-100 г влаги в результате испарения, дыхания, высыхания влажной одежды и т. д., поэтому при отоплении салона воздух не становится слишком сухим. Кроме того, приемлемую влажность воздуха можно получить, смешивая прогретый воздух из отопителя с холодным свежим воздухом. Удачным распределением потоков воздуха вдоль окон можно предотвратить запотевание стекол и высушить их. И напротив, при дополнительном охлаждении воздуха кондиционером из-за конденсации влаги и дополнительного подогрева автомобиля относительная влажность сильно уменьшается.

Типы конструкций систем отопления и вентиляции, кондиционеров, управление ими

Ниже рассмотрены типичные системы отопления и вентиляции, кондиционеры, их общие свойства и схемы управления ими.

Каждая система отопления и вентиляции состоит из:

  • корпуса с воздуховодами и воздухораспределительными каналами;
  • теплообменника с вентилятором;
  • органов управления температурой, поступлением и распределением воздуха.

В кондиционер кроме перечисленных выше узлов входит установка, охлаждающая воздух, состоящая из компрессора, конденсатора и испарителя. Основной проблемой для всех систем является управление поступлением воздуха и температурой, а также распределением воздушного потока.

В результате прироста скоростного напора и работы вентилятора поступление воздуха увеличивается в большей мере, чем скорость движения. Поступление воздуха можно относительно просто регулировать с помощью заслонки воздухопритока, которая всегда имеется (она также требуется для того, чтобы предотвратить проникновение токсичных отработавших газов при транспортном заторе). Это возможно только в том случае, если управление заслонкой воздухопритока не зависит от других регулировок, кроме включения вентилятора. Для того чтобы летом можно было обеспечить поступление большого количества воздуха в салон, дополнительно предусматривают крышку воздухопритока, управляемую вручную. Путем соответствующего проектирования системы воздухопритока можно получить подачу воздуха, нарастающую медленнее, чем скорость. В целях отделения крупных частиц пыли и влаги во впускном канале следует предусматривать резкий разворот потока воздуха.

Регулировка температуры воздуха в салоне может осуществляться тремя способами:

  • регулировкой количества горячей воды, поступающей в радиатор отопителя (водяная регулировка);
  • смешиванием свежего воздуха с горячим, прошедшим через теплообменник (воздушная регулировка);
  • комбинированием обоих способов (смешанная регулировка). Вентилятор имеет два-три режима работы;
  • возможно объединение работы вентилятора с регулировкой количества поступающего воздуха.

В случае движения автомобиля с малой скоростью (городское движение) это особенно необходимо. При очень жаркой погоде такой вентилятор обеспечивает эффективную работу системы вентиляции па всем скоростном диапазоне автомобиля. В системах отопления и вентиляции могут использоваться осевые вентиляторы, которые имеют небольшие габаритные размеры и относительно дешевы, а также радиальные вентиляторы, которые имеют более высокие показатели по расходу, т. е. количество воздуха, поступающего в салон, меньше зависит от скоростного напора. Радиальные вентиляторы работают с меньшим шумом, однако имеют большие размеры. Вентилятор устанавливают преимущественно в воздушном потоке перед теплообменником таким образом, что летом свежий воздух, прошедший через теплообменник, непосредственно подается в салон. Все типы регулировки имеют свои особенности, преимущества и недостатки.

При регулировке количеством горячей воды, поступающей в теплообменник (водяная регулировка), температура регулируется с помощью специального крана, изменяющего количество воды, поступающей в теплообменник. Очень трудно получить линейную зависимость между регулировочным ходом органов управления и температурой выходящего горячего воздуха, так как для получения небольшой производительности отопителя через радиатор должно пройти предельно малое количество воды. Производительности системы отопления, равной 50% соответствуют 2-3% максимально возможного потока воды. Кроме того, запорный клапан должен иметь герметичное уплотнение и легко открываться после длительного перерыва.

Разработано два типа кранов:
мембранный и поршневой. Недостатком водяной регулировки является то, что необходимая температура воздуха устанавливается с большим опозданием после поворота крана, так как сначала должна прогреться (или охладиться) вода, находящаяся в системе отопления. Производительность системы отопления в большой степени зависит от количества поступающего воздуха и циркулирующей воды, даже при открытом кране. Несмотря па это, регулировку такого типа вследствие ее простоты часто применяют на дешевых автомобилях.

Путем разделения теплообменника на несколько отдельных блоков, регулируемых краном по отдельности, можно устранить основной недостаток водяной регулировки — сложность регулировки.

При регулировке путем смешивания холодного и горячего воздуха (воздушная регулировка) требуются большие конструктивные затраты и большее пространство для размещения дополнительных заслонок и каналов. Равномерное смешивание холодного и горячего воздуха осуществить сложно, поэтому можно примириться с некоторым расслоением потоков, т. е. с тем, что холодный воздух пойдет вверх, как это происходит в некоторых системах. Так как поток воды в таких системах не регулируется, то в жаркую погоду он сильно зависит от герметичности управляющей заслонки, поэтому хотя бы для летней эксплуатации автомобиля следует предусматривать возможность отключения горячей воды, чтобы предотвратить подогрев свежего воздуха.

Преимуществами описываемого типа регулировки являются:

  • быстрая реакция на регулировочные воздействия;
  • независимость от поступления воздуха (скорости движения);
  • возможность точной регулировки температуры;
  • при этом кран регулировки поступления воды может отсутствовать.

Управление различными воздушными заслонками, предназначенными для поступления, смешивания и распределения воздуха, сложно и сопряжено со значительными конструктивными затратами. Управление должно осуществляться посредством механических связей, чтобы были исключены ошибки в механизме управления. Это ведет к еще большему увеличению конструктивных затрат.

Смешанная регулировка
является видоизменением указанных выше способов регулировки. Она отличается тем, что управление температурой осуществляется как регулировкой количества горячей воды, поступающей в теплообменник, так и смешиванием холодного и горячего воздуха. В результате этого управление водяным краном становится менее важным, возможности регулировки и реакция системы улучшаются. Управление водяным краном и смесительной заслонкой могут быть механически связаны. Канал для поступления свежего воздуха в такой конструкции может быть небольшим, так как часть воздуха проходит через управляемый теплообменник. Поэтому для размещения такой системы требуется меньше места. Смешанное регулирование имеет много преимуществ, вследствие чего именно его в настоящее время чаще всего используют на автомобилях среднего класса.

Управление системой отопления и вентиляции (в целом довольно сложное) можно упростить, если органы управления оформить таким образом, чтобы при достижении максимальной функциональности исключались условия для совершения ошибки. Так как до настоящего времени еще не существует норм по расположению, конструктивному исполнению и обозначению таких органов, то ниже предложены с соответствующим обоснованием некоторые критерии по данному вопросу. Органы управления системой отопления и вентиляции необходимо располагать поблизости от продольной оси автомобиля, выполняя следующие требования:

  • максимально возможная простота, т. е. небольшое число органов управления;
  • логичные и четко различимые символы назначения сарганов управления;
  • легкость управления и хорошая видимость положения органов управления;
  • исключение возможности удара человека об органы управления (предписание по безопасности);
  • совершение однородных и одинаково направленных действий при пользовании органами управления.

Эти требования могут быть выполнены применением комбинации из трех рычажков:

  • первый рычаг должен служить для регулировки количества поступающего воздуха и включения вентилятора;
  • второй рычаг должен служить для регулировки температуры;
  • третий рычаг должен служить для распределения воздушного потока между зоной ног и ветровым стеклом.

Передвижные рычаги лучше всего подходят для органов управления системой отопления и вентиляции (большой ход, большие передаваемые усилия и хорошо заметное положение). Применяя пластически деформируемые ручки или закрепляя их таким образом, что они утапливаются под действием ударной нагрузки, можно в достаточной степени защитить человека и соблюсти требования безопасности.

Путем установки испарителя перед радиатором отопителя (теплообменником), компрессора на двигатель, можно преобразовать систему отопления и вентиляции в кондиционерную установку (предполагается, что место, необходимое для размещения испарителя, заранее предусмотрено). Такое исполнение рационально только в том случае, когда кондиционерную установку предусматривают для большей части автомобилей данного типа. Конструктивно проще и экономичнее (без удорожания серийного оснащения), если кондиционер, предлагаемый потребителю в качестве дополнительного оборудования, устанавливается в автомобиль в виде отдельного навесного агрегата. Обычно установка кондиционера целесообразна при удовлетворении повышенных требований, предъявляемых к комфорту, и при путешествиях в жаркие страны.

Неблагоприятное воздействие на организм человека оказывает не только высокая, но и низкая температура воздуха. Она может вызвать местное или общее охлаждение организма, стать причиной простудного заболевания или обморожения

Обморожение может наступить даже при положительной температуре 3 – 70С. Обморожению более всего подвержены пальцы, кисти, стопы, уши, нос.

Наибольший процент обморожений и даже смертей в результате переохлаждения тела человека наблюдается при сочетании низкой температуры воздуха, высокой влажности и большой его подвижности (ветре)

Субъективные ощущения человеком комфорта меняются в зависимости от соотношения метеорологических факторов (табл. 2.1.)

В производственных условиях выделение тепла в помещения возможно от стекловаренных, обжиговых и нагревательных печей, вагранок, сушильных установок и других тепловых агрегатов; остывания нагретых изделий и материалов или расплавленных масс; перехода электрической энергии в тепловую; отопительных устройств и т.п.

Инфракрасное излучение – это тепловое излучение, представляющее собой электромагнитные колебания, обладающие как волновыми, так и световыми свойствами.

Характер воздействия излучения зависит от многих факторов: интенсивности, длительности облучения, размеров излучающей поверхности и облучаемых участков тела человека

Максимальной проникающей способностью обладают красные лучи видимого спектра и короткие инфракрасные лучи с длиной волны до 1,5 мкм, глубоко проникающие в ткани и мало поглощаемые поверхностью кожи. При общем воздействии инфракрасного излучения в организме человека возникают биохимические сдвиги и изменения функционального состояния центральной нервной системы.

Передача тепла от более нагретых тел к менее нагретым осуществляется тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением (лучеиспусканием).

Теплопроводность – это перенос энергии (тепла) от одной частицы к другой вследствие их беспорядочного движения и непосредственного соприкосновения друг с другом (колебание атомов в кристаллической решетке твердых тел, диффузия свободных электронов в металлах).

Конвекция – перенос энергии (тепла) микрочастицами вследствие их движения в среде газа или жидкости. В результате смешивания веществ температура среды повышается.

Тепловое излучение (лучеиспускание) – процесс распространения электромагнитных колебаний, обусловленных тепловым движением атомов или молекул излучающего тела.

Исследования показывают, что не менее 60 % всего теряемого тепла распространяется в окружающей среде путем излучения.

Продолжительное воздействие лучистой энергии на открытые участки кожи человека может приводить к ожогам.

Система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

Предназначена для обеспечения нормируемых метеорологических условий и чистоты воздуха на рабочих местах.

Общие требования к системам производственных, складских, вспомогательных и общественных зданий и сооружений определены ГОСТ 12.4.021 Требования к проектированию систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях зданий и сооружений на территории Республики Беларусь установлены СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» с изменениями, утвержденными Министерством архитектуры и строительства Республики Беларусь.

Отопление. Отопление проектируется для обеспечения в помещениях расчетной температуры воздуха, которая принимается в зависимости от периода года. Для холодного периода года расчет отопления производится с учетом обеспечения минимальной из допустимых температур. В холодный период года в общественных, отапливаемых зданий, когда они не используются, и в нерабочее время следует принимать температуру воздуха ниже нормируемой, но не ниже 50С. На постоянных рабочих местах в помещениях пультов управления технологическими процессами необходимо 220С и относительную влажность не более 60% в течение всего года.

Система отопления – это комплекс конструктивных элементов, предназначенных для получения, переноса и подачи необходимого расчетного количества тепла в обогреваемые помещения.

К местным системам относят такие, в которых генератор тепла, нагревательные приборы и теплопроводы. К системам центрального отопления относятся такие, в которых генераторы тепла расположены вне отапливаемых помещений. Центральные системы отопления представлены прежде всего водяными, паровыми, воздушными и комбинированными.Водяное отопление обычно используют в жилых, общественных, административно-бытовых, производственных и других помещениях. Основным недостатком системы является возможность ее замерзания в зимнее время. В паровом отоплении теплоносителем является водяной пар (влажный, насыщенный). В зависимости от рабочего давления оно делится на системы низкого, высокого давления и вакуум-паровые. Воздушное отопление по способу подачи теплого воздуха подразделяется на центральное – с подачей нагретого воздуха от единого теплогенератора и местное – с подачей теплого воздуха местными отопительными агрегатами. Воздушное отопление проектируют преимущественно в производственных помещениях всех категорий с выделением и без выделения пыли. В производственных помещениях категорий температура воздуха на выходе из воздухораспределителей должна быть не менее чем на 200 ниже температуры самовоспламенения газов, паров и пыли, выделяющихся в этих помещениях

Вентиляция. По способу организации воздухообмена вентиляция может быть обще-обменной, местной и комбинированной.

Обще-обменную вентиляцию, при которой смена воздуха происходит во всем объеме помещения, наиболее часто применяют в тех случаях, когда вредные вещества выделяются в небольших количествах и равномерно по всему помещению. Местная вентиляция предназначена для отсоса вредных выделений (газы, пары, пыль, избыточное тепло) в местах их образования и удаления из помещения. Комбинированная система предусматривает одновременную работу местной и обще-обменной вентиляции. В зависимости от способа перемещения воздуха вентиляция бывает естественной и механической. При естественной вентиляции воздух перемещается под влиянием естественных факторов: теплового напора или действия ветра. При механической вентиляции воздух перемещается с помощью вентиляторов, эжекторов и др. Сочетание естественной и искусственной вентиляции образует смешанную систему вентиляции.

В зависимости от назначения вентиляции — подача (приток) воздуха в помещение или удаление (вытяжка) его из помещения, вентиляцию называют приточной и вытяжной. При одновременной подаче и удалении воздуха вентиляция называется приточно-вытяжной. В соответствии с ГОСТ 12.4.021 во всех помещениях должна быть предусмотрена естественная вентиляция, которая может иметь неорганизованный и организованный характер. При неорганизованной вентиляции воздух подается и удаляется из помещения через неплотности и поры наружных ограждений зданий (инфильтрация), а также через форточки, окна, открываемые без всякой системы. Естественная вентиляция считается организованной, если направления воздушных потоков и воздухообмен регулируются с помощью специальных устройств. Систему организованного естественного воздухообмена называют аэрацией. Аварийная вентиляция представляет собой самостоятельную установку и имеет большое значение для обеспечения безопасности эксплуатации взрыво- и пожароопасных производств и производств, связанных с использованием вредных веществ. Для автоматического включения аварийную вентиляцию блокируют с автоматическими газоанализаторами, установленными либо на величину ПДК (вредное вещество), либо на определенный процент от величины нижнего концентрационного предела взрываемости (взрывоопасные смеси). Кроме того, должен быть предусмотрен дистанционный пуск аварийной вентиляции пусковыми устройствами, расположенными у входных дверей снаружи помещения. Аварийную вентиляцию всегда устраивают только вытяжной, чтобы предотвратить перетек вредных веществ в соседние помещения. Кратность вытяжки определяется отраслевыми правилами охраны труда (правилами безопасности), она колеблется в широких пределах. Обычные системы вентиляции не способны поддерживать сразу все параметры воздуха в пределах, обеспечивающих комфортные условия в зонах пребывания людей. Эту задачу выполняет кондиционирование, которое является наиболее совершенным видом механической вентиляции и автоматически поддерживает микроклимат на рабочем месте независимо от наружных условий.