CAP. 4. INSTALAŢII DE VENTILAŢIE MECANICĂ... 61 4.1. Ventilaţia simplu flux... 61 4.1.1. Ventilaţia simplu flux prin insuflarea aerului... 61 4.1.2. Ventilaţia simplu flux prin extracţia aerului... 62 4.2. Ventilaţia dublu flux... 62 4.2.1. Ventilaţia dublu flux cu încălzire... 62 4.2.2. Ventilaţia dublu flux cu răcire... 63 4.2.3. Ventilaţia dublu flux cu umidificare... 64 4.2.4. Ventilaţia dublu flux cu dezumidificare... 65 4.3. Scheme de principiu de realizare a instalaţiilor de ventilaţie mecanică... 66 4.3.1. Schemă ce tratează numai aerul exterior... 66 4.3.2. Schemă cu recirculare parţială şi tratarea aerului recirculat... 67 4.3.3. Schemă cu recircularea şi tratarea parţială a aerului recirculat... 68 59
60
CAP. 4. INSTALAŢII DE VENTILAŢIE MECANICĂ Prin ventilaţie mecanică se înţeleg toate instalaţiile de ventilaţie unde mişcarea aerului este produsă de unul sau mai multe ventilatoare aspirând sau refulând aerul. În cazul cel mai general se foloseşte un ventilator aspirant, care asigură ventilaţia prin realizarea unei depresiuni în incintă, ceea ce stimulează intrarea aerului nou din exterior. În anumite situaţii se poate prevede şi un ventilator de insuflare, ceea ce va permite o tratare complexă a aerului prin procese de încălzire-răcire sau umidificare dezumidificare. 4.1. Ventilaţia simplu flux Instalaţiile simplu flux asigură ventilarea zonei propuse (incintei) prin folosirea unui singur ventilator; se pot distinge două cazuri: cu insuflare a aerului, caz în care ventilatorul introduce aerul proaspăt în incintă; cu extragerea aerului, caz în care ventilatorul extrage aerul viciat din incintă. 4.1.1. Ventilaţia simplu flux prin insuflarea aerului O astfel de instalaţie aspiră aerul din exterior cu ajutorul unui ventilator, trimiţându-l apoi în incintă. Evacuarea aerului viciat din incintă se va face în acest caz prin suprapresiune, fie către incintele alăturate, fie către exterior prin uşi, ferestre, sau alte deschideri special create pentru acest scop. Acest tip de instalaţie este de preferat atunci când se doreşte evitarea oricăror intrări nedorite de aer; în regim de iarnă, ele vor trebui completate obligatoriu cu elemente de încălzire a aerului, deoarece între aerul exterior şi cel interior va exista o diferenţă de temperatură inacceptabilă pentru ocupanţii incintei. Instalaţiile simplu flux cu insuflarea aerului se vor folosi pentru acele incinte la care poluarea ambiantă este mai puţin pronunţată şi unde aerul va putea ieşi uşor către exterior (ex: birouri, ateliere, magazine etc.). 61
4.1.2. Ventilaţia simplu flux prin extracţia aerului În cazul acestor instalaţii, aerul este extras din incintă cu ajutorul unui ventilator mecanic după care este trimis către exterior. Intrarea aerului nou se va face fie prin neetanşeităţi, fie prin dispozitive şi orificii special create pentru acest scop, din exterior sau din incintele alăturate. Acest tip de ventilaţie va fi deci util pentru ventilarea incintelor poluate, bucătăriilor, vestiarelor, incintelor cu puternice degajări de căldură, etc. Metoda este utilă şi din punct de vedere al reînnoirii aerului în incinte, fiind cea mai simplă. Acest sistem este cel mai simplu şi eficient pentru ventilarea spaţiilor de locuit (vezi cap. 8). 4.2. Ventilaţia dublu flux Acest tip de ventilaţie se mai numeşte şi ventilaţie prin insuflare şi extracţie. Este principiul cel mai des utilizat la realizarea instalaţiilor de ventilaţie mecanică şi care permite, utilizând diverse adaptări specifice, să poată fi satisfăcute toate nivelurile de confort (încălzire, răcire, climatizare, condiţionare a aerului). Partea de insuflare a aerului serveşte introducerii aerului nou, iar cea de extracţie pentru refularea aerului viciat din incinta. Pe de altă parte, o amplasare corespunzătoare o chesoanelor de insuflare şi a celor de extracţie a aerului permite, în regim de iarnă, recuperarea unei părţi din căldura conţinută în aerul interior refulat, fie direct prin amestec cu aerul nou, fie prin intermediul unui schimbător de căldură de tip recuperator aer aer. Aceste instalaţii pot realiza un control precis al debitelor de aer în mişcare, permiţând menţinerea, după dorinţă, în incintele ventilate a unor depresiuni sau suprapresiuni ale aerului. 4.2.1. Ventilaţia dublu flux cu încălzire Insuflarea aerului asigură în acest caz, simultan, atât ventilaţia (cu un anumit procent de aer nou admis) cât şi încălzirea zonelor tratate. Aerul se introduce cu ajutorul unor ventilatoare de insuflare şi, înainte de a fi introdus este încălzit la o temperatură peste valoarea temperaturii ambiante (între 20 şi 40 0 C). Surplusul de căldură astfel introdus este folosit la acoperirea 62
pierderilor de căldură ale incintei, chiar dacă aerul se răceşte - puţin câte puţin - până la temperatura ambiantă. Încălzirea se asigură cu una sau mai multe baterii de încălzire cu ajutorul apei calde, electric sau chiar cu vapori de abur. Pentru a păstra un anumit confort, este necesar să nu se mărească în mod excesiv diferenţa de temperatură dintre aerul tratat introdus şi aerul din incintă. Valoarea normală a ecartului dintre cele două temperaturi ΔT este de 20 0 C dar în cazuri speciale ea poate ajunge şi la 80 0 C sau chiar 150 0 C. În aceste situaţii se ajunge la un debit de insuflare superior (cam cu 30 40 %) debitului necesar pentru reînnoirea aerului. Diferenţa dintre debitul de insuflare necesar şi debitul minim de reînnoire a aerului reprezintă debitul de aer recirculat. Funcţie de raportul existent între debitul de aer nou şi debitul de aer recirculat, există următoarele trei categorii de instalaţii: instalaţii de tipul tot aerul nou, caz în care aerul provine exclusiv din exterior. Acest tip de instalaţii au consumuri energetice ceva mai mari şi sunt deci mai puţin rentabile din punct de vedere economic; instalaţii de tipul tot aerul recirculat, caz în care aerul ambiant este reutilizat în totalitate, fără a se apela la reînnoirea aerului. instalaţii de tipul amestec de aer nou cu aer recirculat. Metoda permite asigurarea simultană, cu un consum minim de energie atât a necesităţilor de reînnoire a aerului cât şi pe cele de încălzire. 4.2.2. Ventilaţia dublu flux cu răcire Principiul de funcţionare al acestor instalaţii este similar cu al instalaţiilor descrise anterior, cu deosebirea că se introduce o baterie de răcire care asigură răcirea aerului în zonele ventilate. Scăderea temperaturii aerului sub nivelul temperaturii ambiante se face cu 5 până la 10 0 C. Diferenţa de temperatură este folosită pentru preluarea aporturilor suplimentare de căldură din incintă, chiar dacă aerul se încălzeşte puţin câte puţin până la temperatura ambiantă. Ca şi în cazul anterior (al instalaţiei dublu flux cu încălzire), se pot distinge aceleaşi trei tipuri de instalaţii, respectiv cu tot aerul nou, cu tot aerul recirculat sau cu amestec de aer nou şi aer recirculat. 63
În ultimul caz, în regim de iarnă se poate realiza răcirea doar pe baza temperaturii scăzute a aerului exterior, ne mai fiind necesară utilizarea unei baterii de răcire şi realizându-se astfel importante economii de energie. Pentru menţinerea confortului termic al personalului din incintă trebuie şi în acest caz să se păstreze un anumit ecart ΔT între aerul rece introdus şi aerul din incintă; valoarea acestui ecart este în mod normal de 8 0 C, iar în situaţii speciale se poate ajunge chiar la 12 până la 15 0 C. Aceasta conduce în marea majoritate a cazurilor la un debit de insuflare mai mare decât debitului necesar pentru împrospătarea aerului. Debitul de aer insuflat poate conţine în acest caz până la 90 % aer recirculat. Răcirea aerului se poate realiza practic cu ajutorul bateriilor de răcire, cu apă îngheţată, sau prin injecţie de apă rece. 4.2.3. Ventilaţia dublu flux cu umidificare Instalaţiile cu umidificarea aerului, ca şi cele cu dezumidificarea aerului sunt folosite în cazul proceselor industriale sensibile la valorile conţinutului de umiditate ambiantă; este cazul industriei textile, a tutunului, la tipografii, în industria electronică, etc. De asemenea, există multe întreprinderi cu destinaţie specială (muzee, biblioteci, incinte cu destinaţie informatică, etc.) a căror bună funcţionare depinde de umiditatea aerului din incinte. Nu în ultimul rând, instrumentele de măsură, ca şi multe instrumente muzicale solicită o funcţionare şi o păstrare întro atmosferă controlată din punct de vedere al umidităţii. Ţinând cont de valorile recomandate pentru umiditatea relativă a aerului din incintă (cuprinse în general între 40 şi 55%), ca şi de condiţiile climatice specifice zonei respective de amplasare a incintei (vezi Cap. 2), instalaţiile respective vor introduce surplusul de umiditate necesar. În practică se folosesc atât instalaţii centralizate cât şi instalaţii descentralizate de umidificare, iar principalele metode de umidificare folosite sunt: injecţia directă de vapori în incintă sau în conducta de intrare a aerului; Vaporii respectivi pot fi produşi cu ajutorul unui aparat electric sau cu un mic cazan de abur; soluţia respectivă este scumpă, dar perfectă din punct de 64
vedere al condiţiilor sanitare şi este frecvent utilizată. Problemele ce apar sunt legate de formarea depunerilor (tartrul) şi în general problemele legate de utilizarea aburului. pulverizarea apei; Aceasta se face cu un jiglor (datorită presiunii apei), cu ajutorul aerului comprimat sau cu dispozitive rotative de stropire utilizarea unor dispozitive de spălare a aerului, în cazul instalaţiilor de mai mari dimensiuni. În acest caz cantitatea de apă distribuită este mai mare decât cea care poate fi preluată de aer, motiv pentru care surplusul este recuperat într-un rezervor care primeşte şi apa de adaos. Apa este preluată cu o pompă şi este trecută prin şiroire pe o suprafaţă special creată pentru acest scop. Utilizarea de umidificatoare mobile Acestea se folosesc în special pentru incintele mici, ele lucrând pe principiul atomizorului Teoretic se poate utiliza si un vas cu apă (rezervor); apa va fi încălzită uşor pentru a favoriza fenomenul de vaporizare. Aceasta soluţie nu este insă igienică şi din acest motiv este puţin utilizată. 4.2.4. Ventilaţia dublu flux cu dezumidificare Rolul acestor instalaţii este opus celor prezentate mai sus; ele vor reduce conţinutul de umiditate din aerul incintei ce urmează a fi tratate. În industrie există multe procese industriale care necesită extragerea apei, prin procese de uscare, cum ar fi tratarea şi prelucrarea lemnului, a produselor din piele, uscarea legumelor etc. În aceeaşi măsură, dezumidificarea aerului este o măsură folosită în diverse industrii cum ar fi: industria chimică, farmaceutică, electronică etc. În domeniul habitatului urban confortul persoanelor poate cere dezumidificarea aerului, în principal vara, când aerul exterior poate fi foarte umed. Principalele metode folosite pentru dezumidificare sunt: aportul de aer cald, soluţie particulară, utilizată punctual în anumite industrii; răcirea aerului prin trecerea sa peste o baterie rece Fluidul de răcire trebuie să fie însă la o temperatură situată sub cea a 65
punctului de rouă a aerului de răcit, pentru a asigura eliminarea apei prin condensare. Pentru ca această eliminare să fie însemnată cantitativ se utilizează frecvent o maşină frigorifică; preluarea vaporilor de apă din aer cu ajutorul unor substanţe solide higroscopice, (cum ar fi gelurile de silicaţi) sau cu ajutorul unor soluţii higroscopice (cum ar fi clorura de litiu). Aceste soluţii sunt utilizate pentru temperaturi uscate joase şi pentru umidităţi absolute reduse. Pentru incintele de mai mici dimensiuni există şi în acest caz dezumidificatoare de mici dimensiuni, care utilizează tot mici maşini frigorifice sau substanţe absorbante solide sau lichide 4.3. Scheme de principiu de realizare a instalaţiilor de ventilaţie mecanică În capitolul 2 a fost prezentată schema de principiu a unei instalaţii de tratare a aerului şi s-au precizat elementele ei componente. Pornind de la această schemă de principiu, schemele clasice pot fi grupate în trei categorii şi anume : a. schemă ce tratează numai aerul exterior; b. schemă cu recircularea parţială şi tratarea aerului recirculat; c. schemă cu recircularea şi tratarea parţială a aerului recirculat. 4.3.1. Schemă ce tratează numai aerul exterior Aceasta este instalaţia cea mai simplă, care tratează numai aerul aspirat din exterior (fig. 4.1). Schema funcţionează doar cu aer nou, care este tratat prin metodele clasice (respectiv filtrare, preîncălzire, umidificare, reîncălzire, etc.) Aceste instalaţii conduc la cheltuieli de exploatare ridicate, deoarece ele implică evacuarea către exterior a unei cantităţi de aer egală cu cea absorbită. Aerul evacuat va purta cu el şi căldura (sau frigul) introdus în incintă prin intermediul instalaţiei de ventilaţie. Evacuarea acestei călduri va necesita echipamente anexe de producere a frigului sau căldurii, deci o creştere a costurilor. Utilizarea unei astfel de instalaţii este recomandată pentru incinte cu destinaţie specială (săli de operaţii din spitale, etc.), adică acolo unde există riscul introducerii unor noxe sau în general a aerului ce ar putea prezenta pericol pentru factorul uman. 66
Aer exterior 1 2 3 4 5 6 7 8 Incinta de ventilat Fig. 4.1. Schemă ce tratează numai aerul exterior 1 - racord intrare; 2 - filtru de aer; 3 - preîncălzitor; 4 - baterie de răcire; 5 - umidificator; 6 - separator de picături; 7- baterie de încălzire; 8 - ventilator 4.3.2. Schemă cu recirculare parţială şi tratarea aerului recirculat În acest caz, o parte din aerul din incintă este recirculat pentru a fi amestecat cu aer nou aspirat din exterior (fig. 4.2). Aer exterior 1 2 11 3 4 5 6 7 8 Incinta de ventilat 9 10 Fig. 4.2. Schemă cu recirculare parţială şi tratarea aerului recirculat 1 - racord intrare; 2 - filtru de aer; 3 - preîncălzitor; 4 - baterie de răcire; 5 - umidificator; 6 - separator de picături; 7- baterie de încălzire; 8 - ventilator; 9 - racord aer recirculat; 10 - clapetă reglaj debit recirculat; 11 - cameră de amestec 67
Componentele esenţiale ale instalaţiei rămân aceleaşi, dar apare în plus un racord pentru aer recirculat (9) şi o clapetă (10) de reglare a debitului de aer preluat din incintă pentru amestec. Amestecul aerului se face în camera de amestec (11), după care aerul este supus procesului de tratare ca şi la instalaţia anterior prezentată. Acest tip de schemă este cel mai utilizat pentru instalaţiile cu aplicaţii urbane, deci pentru instalaţii mici, de mai mică importanţă. 4.3.3. Schemă cu recircularea şi tratarea parţială a aerului recirculat Această instalaţie (fig.4.3) conţine în plus, faţă de celelalte scheme, un bypass (12) între racordul de aer recirculat (9) şi aspiraţia ventilatorului. În acest fel, o parte din aerul din incintă va fi reintrodus în aceasta, fără a mai trece prin instalaţia de tratare a aerului. Este cazul instalaţiei la care aerul interior nu se viciază puternic, acesta putând fi recirculat direct. Pentru incinte mai mici, se realizează în mod curent instalaţii de condiţionare individuală, grupând un singur bloc de echipamente de filtrare, încălzire, ventilaţie. Aer exterior 1 2 11 3 4 5 6 7 12 8 Incinta de ventilat 9 10 Fig. 4.3. Schemă cu recircularea şi tratarea parţială a aerului recirculat 1 - racord intrare; 2 - filtru de aer; 3 - preîncălzitor; 4 - baterie de răcire; 5 - umidificator; 6 - separator de picături; 7- baterie de încălzire; 8 - ventilator; 9 - racord aer recirculat; 10 - clapete reglaj debit recirculat; 11 - cameră de amestec; 12 by-pass aer recirculat Filtrele se realizează în general din materiale textile; bateriile de încălzire 68
se realizează dintr-un încălzitor electric; răcirea se asigură cu un grup frigorific, cu freon, încorporat în aparat şi al cărui condensator este răcit forţat cu aer preluat din exterior de un ventilator auxiliar. Ventilarea se efectuează de regulă cu recirculare, un singur ventilator aspirând aerul exterior şi parţial pe cel din incintă şi refulând apoi debitul prelucrat prin bateriile de încălzire, răcire etc. înapoi în incinte. De regulă, aparatele mici nu sunt prevăzute cu umidificator. Aceste aparate se mărginesc la a realiza o răcire a aerului din incintă, dar ele nu pot realiza condiţiile stricte de temperatură şi umiditate create de instalaţiile perfecţionate. Puterea lor este cuprinsă între 0,5 şi 2 KW, ele fiind capabile să producă 1300 3500 frigorii/h, funcţionarea lor putând fi complet automatizată. De asemenea, trebuie remarcat că toate elementele de instalaţie prezentate ar avea nevoie şi de aparate corespunzătoare pentru a măsura mărimile ce trebuie urmărite în incintă. 69
70