CAPITOLUL 9TRATAREA COMPLEXĂ A AERULUI ÎN CENTRALA DE CLIMATIZARE

Pentru ca aerul introdus în încăperi, având un anumit debit, să poată asigura condiţiile de temperatură şi umiditate cerute, este necesar ca el să fie supus în prealabil unei tratări complexe.

Prin tratare complexă se înţelege o succesiune de procese simple la care este supus aerul exterior sau amestecat (aer exterior şi aer recirculat), procese care se realizează în totalitate în centrale de climatizare la sistemele centralizate, sau parţial în centrale de climatizare şi în continuare zonal sau local la celelalte sisteme.

Tratarea complexă presupune deci realizarea unui astfel de agregat care să asigure o succesiune de procese simple de tratare, uşor controlabile şi de realizat, până ce aerul ajunge la starea necesară pentru a fi refulat în încăperi.

Tratarea complexă presupune deci realizarea unui astfel de agregat care să asigure o succesiune de procese simple de tratare, uşor controlabile şi de realizat, până ce aerul ajunge la starea necesară pentru a fi refulat în încăperi.

Pentru trecerea de la starea iniţială a aerului ce intră în agregatul de climatizare la starea finală cu care iese, există posibilităţi multiple de tratare., folosind după caz, un număr mai mare sau mai mic de procese simple succesive. Criteriile de alegere a schemei de tratare sunt de natură tehnico- economică, urmărindu-se reducerea cheltuielilor de investiţii şi a celor de exploatare prin realizarea unor consumuri minime de căldură şi mai ales de frig.

La alegerea schemei de tratare a aerului trebuie să se ţină seama că acelaşi agregat este folosit atât în regim de iarnă, cât şi de vară, precum şi de schema de automatizare ce poate fi adoptată.

În cele ce urmează se dau unele scheme uzuale de tratare complexă a aerului pentru iarnă şi vară. În afara acestora există sau se pot concepe şi alte agregate de climatizare cu scheme de tratare diferite.

9.1 TRATAREA COMPLEXĂ A AERULUI ÎN PERIOADA DE IARNĂ

9.1.1 Tratarea cu preîncălzirea aerului amestecat.

Modul de tratare complexă a aerului cel mai folosit pentru perioada rece a anului se poate urmări în figura 9.1, unde în afara reprezentării în diagrama h-x a proceselor succesive de tratare este dat schematic agregatul de climatizare, cu amplasarea elementelor componente şi stările intermediare ale aerului în concordanţă cu cele din diagramă.

Aerul preluat din interiorul încăperii climatizate I este amestecat în camera de amestec CA cu cel preluat din exterior E, rezultând aerul de stare M care după filtrare este încălzit cu ajutorul unei bateri de preîncălzire BPI până la starea P. În continuare aerul este umidificat adiabatic, cu apă rece recirculată, în camera de pulverizare CP modificându-şi parametrii de la P la U şi apoi este încălzit în bateria de reîncălzire BRI până la starea C cu care poate fi introdus în încăpere cu ajutorul pulverizatorului.

Dacă agregatul funcţionează numai cu aer exterior, fără amestec, atunci aerul de stare E este preîncălzit până la starea P’, urmărindu-se apoi ciclul normal . Se observă că la orice raport de amestec, aer proaspăt- aer recirculat, starea finală a aerului după preîncălzire are entalpia hPhP’…hu întrucât procesul de umidificare adiabatică are direcţia, după cum se ştie, după 0, adică se desfăşoară după h=const.

Fig. 9.1. Tratarea aerului iarna, cu preîncălzirea aerului amestecat

(sistem ”sus- jos”).

Din diferenţa de entalpii (hP’-hE) şi (hP-hM) se observă consumul de căldură pentru preîncălzirea aerului, mai mare cu cât proporţia de aer proaspăt este mai mare, rezultând Q BPI max

pentru funcţionarea numai cu aer exterior.Aerul refulat în încăpere având parametrii punctului C din diagrama h-x se amestecă cu

aerul interior, preluând umiditatea în exces şi servind după caz la acoperirea pierderilor de căldură (Qdeg<Qpierd) - evoluţia , după direcţia , sau la preluarea surplusului de căldură (Qdeg>Qpierd) – evoluţia , după direcţia .

Tratarea complexă prezentată (v. fig. 9.1) este valabilă în cazul schemei de ventilare “sus- jos” când aerul este evacuat din zona de lucru. Dacă încăperea este ventilată după schema “jos- sus”, evoluţia aerului în încăpere decurge ca în figura 9.2, după cum degajările sunt mai mari sau mai mici decât pierderile de căldură.

a bFig. 9.2. Tratarea aerului iarna în cazul ventilării “jos- sus”:

a –cazul Qdeg>Qpierd; b –cazul Qdeg<Qpierd.

9.1.2 Tratare fără preîncălzirea aerului.

În unele cazuri. debitul de aer recirculat este mai mare în raport cu debitul de aer proaspăt (de exemplu când numărul de persoane aflate într-o încăpere este mai mic), astfel încât starea aerului amestecat, reprezentată în diagrama h-x (fig. 9.3), se află în punctul M’ cu (xm’>xc). Deplasarea acestui punct de amestec în M cu (xm<xc) şi (hm=hu) permite folosirea directă, fără preîncălzire, a unei camere de pulverizare, ce realizează procesul de umidificare adiabatică şi apoi urmează reîncălzirea aerului fiind deci mai ridicat. Acest mod de tratare a aerului prezintă însă unele avantaje din punctul de vedere al reglării automate a instalaţiei de climatizare.

9.1.3 Tratare cu preîncălzirea suplimentară a aerului proaspăt.

Fig. 9.3. Tratarea aerului iarna, fără preîncălzire

Sunt cazuri în care punctul de amestec M se află sub curba de saturaţie. Starea din zona de

ceaţă tinde să se stabilizeze, deplasându-se pe o dreaptă aproximativ paralelă cu h=const. (izotermele de ceaţă) până la intersecţia acestei drepte cu =100% în punctul M’’. Din punct de vedere fizic, deplasarea acestui punct înseamnă condensarea de regulă neacceptată a unei cantităţi de vapori de apă în camera de amestec. Preîntâmpinarea acestui neajuns se poate face prin încălzirea prealabilă a aerului exterior, astfel încât punctul M de amestec să iasă din zona de ceaţă.

În figura 9.4, a, aerul proaspăt este încălzit până la o temperatură oarecare tp1, peste punctul de îngheţ (de ex. tp1+10 0C), folosind o baterie de încălzire montată pe canalul de aer proaspăt. În continuare, tratarea complexă este similară cazurilor anterioare.

În figura 9.4,b este arătată o altă posibilitate de tratare complexă a aerului, ce se poate folosi când punctul de amestec, aer proaspăt cu aer recirculat, se află în zona de ceaţă. După cum se observă la acest sistem se preîncălzeşte numai aerul proaspăt, de la starea E la starea P (cu tp=5…10 0C) după care urmează amestecul cu aerul recirculat, de stare I, punctul M cu M<100% să se găsească pe adiabata punctului U.

9.1.4 Tratarea cu preîncălzire şi umidificare izotermică.

În figura 9.15 se arată modul de tratare complexă a aerului iarna, folosind după preîncălzirea aerului amestecat umidificarea izotermică cu abur saturat uscat (procesul , pentru cazul Qdeg>Qpierd, sau procesul pentru cazul Qdeg<Qpierd). Injectarea aburului furnizat de la un generator special se poate face atât în agregatul de climatizare, cum este arătat în figură, cât şi pe canalul de refulare. Procedeul este folosit din ce în ce mai mult în unele ţări, mai ales în cazul în care pentru tratarea aerului vara nu se prevăd camere de pulverizare a apei, pentru răcirea şi uscarea acesteia, ci de baterii de răcire.

9.2 TRATAREA COMPLEXĂ A AERULUI ÎN PERIOADA DE VARĂ

Pentru perioada caldă a anului este necesar ca aerul (proaspăt sau amestecat) să fie răcit şi uscat astfel încât conţinutul său de umiditate să ajungă egal cu cel al aerului condiţionat, pentru ca apoi încălzindu-l, să fie adus la starea necesară obţinerii condiţiilor de climă interioară.

Răcirea şi uscarea aerului se pot reaşeza în camerele de pulverizare funcţionând cu apă rece din surse naturale având temperatura cât mai scăzută (de exemplu apă de puţ de adâncime mare), sau cu apă răcită cu ajutorul unei instalaţii frigorifice. Temperatura apei răcite trebuie să fie mai mare decât cea de îngheţ (4…5 0C). O altă metodă de răcire şi uscare a aerului, din ce în ce mai utilizată, este cea cu schimbătoare de căldură de suprafaţă – baterii de răcire – alimentate cu apă răcită sau uneori direct cu agent frigorific. Se menţionează că folosirea directă a gheţii în

instalaţiile de climatizare nu este convenabilă, sistemul fiind incomod din multe puncte de vedere.

9.2.1 Tratare cu apă rece pulverizată.

Fig. 9.6 Tratarea aerului varafolosind apă rece pulverizată

Fig. 9.5. Tratarea aerului iarna cu preîncălzire şi umidificare izotermică.

În figura 9.6 se arată, pentru sistemul “sus- jos”, modul de tratare complexă în perioada caldă a anului., în care răcirea şi uscarea amestecului de aer proaspăt şi recirculat M se face în camera de pulverizare funcţionând cu apa rece (răcită). Acest proces se poate obţine dacă temperatura apei pulverizată este mai mică decât temperatura punctului de rouă al aerului

condiţionat (ta<tc), astfel încât să se obţină (xr=xc). În continuare aerul este încălzit (procesul ) folosind bateria de reîncărcare BRI care poate funcţiona ca agent termic (apă caldă, apă fierbinte sau abur) sau folosind o baterie electrică de încălzire, numai pentru perioada de vară.

9.2.2 Tratare cu apă rece pulverizată şi baterie de răcire.

Dacă se dispune de apă rece din surse naturale, trebuie să se verifice dacă aceasta are o temperatură suficient de mică pentru a se putea realiza în camera de pulverizare o răcire şi uscare a aerului suficientă (xr=xc). Dacă această condiţie nu este îndeplinită se poate prevedea, după camera de pulverizare, o baterie de răcire R alimentată cu apă răcită (agent frigorific), care să fie capabilă ca, în anumite perioade, să usuce în continuare aerul, după ieşirea acestuia din camera de pulverizare.

Acest mod de tratare complexă a aerului este arătat în figura 9.7 în care: este procesul de răcire şi uscare în camera de pulverizare în circuit deschis a apei de temperatură ta (se observă că este procesul de răcire şi uscare a aerului obţinut cu bateria de răcire

suplimentară (tBR fiind temperatura medie a suprafeţei de schimb de căldură a acesteia); este procesul de încălzire cu bateria de reîncălzire.

9.2.3 Tratare cu cameră de pulverizare în două trepte.

În situaţia existenţei unor surse naturale de apă, se folosesc camere de pulverizare simple, într-o treaptă. Această soluţie poate înlocui modul de tratare prezentat în figura 9.7, adică nu mai necesită o baterie de răcire suplimentară, cu agregatul frigorific pentru obţinerea apei răcite.

Aşa cum se poate urmări în figura 9.8, unde se prezintă schematic agregatul, aerul amestecat şi filtrat trece prin două camere înseriate (pe circuitul aerului) şi apoi este reîncălzit până la starea C. Apa rece, provenind direct de la sursă, este pulverizată mai întâi în treapta a doua, din care apa din bazin este preluată de o pompă şi pulverizată în prima treaptă. Procesul de tratare complexă aerului este similar celui din figura 9.7.

Fig. 9.8 Agregat de climatizare cu cameră de pulverizare în două trepte.

9.2.4 Tratare cu bateri de răcire şi umidificare adiabatică.

În figura 9.9 se arată schema agregatului şi procesele de tratare în diagrama h-x. După amestecul şi filtrarea aerului, bateria de răcire realizează procesul de răcire şi uscarea a aerului

, după care urmează umidificarea adiabatică în camera de pulverizare funcţionând cu apă recirculată. După cum se vede, bateria preia întreaga sarcină de răcire. Acest sistem prezintă unele avantaje din punctul de vedere al reglajului automat.

9.2.5 Tratare cu baterii de răcire şi încălzire (fără cameră de pulverizare). În cazul în care, pentru perioada de iarnă, se prevede umidificarea aerului cu abur saturat, se poate renunţa la cameră de pulverizare pentru perioada da vară. În acest sens, după amestec şi filtrare, aerul este răcit şi uscat cu o baterie de răcire şi apoi reîncălzit. Reprezentarea în diagrama h-x a acestei tratări complexe este similară cu cea din figura 9.6, în care însă, procesul este realizat de către bateria de răcire, iar procesul de către bateria de reîncălzire.

Fig. 9.7 Tratarea aerului vara cu cameră de pulverizare şi baterie de răcire suplimentară.

Fig. 9.9 Tratarea aerului vara cu baterie de răcire şi umidificare adiabatică.