Отопление, вентиляция, кондиционирование

Люди всегда стремились строить свои жилища так, чтобы уберечь себя от резких колебаний температуры и обеспечить приток в жилище свежего воздуха. Но эти требования противоречивы. С одной стороны, чтобы сохранить температуру внутри здания, нужно строить толстостенные герметичные помещения, где не потребуется никакого отопления, ведь организм человека сам выделяет тепло. С другой, чтобы можно было нормально дышать, нужно в стенах помещения обязательно оставлять какие-то щели. Ведь и яранги чукчей и хижины африканцев всегда имели отверстия в верхней части постройки. Такие же вытяжные отверстия под крышей были и у русских курных изб. Дым от очага собирался наверху и выходил через отверстие наружу. Взамен него через щели в стенах, дверях и окнах поступал наружный воздух. Вентиляция и отопление взаимосвязаны.

В современных зданиях обязательно устанавливаются радиаторы центрального отопления, в которые подается горячая вода с ТЭЦ или из котельной. Иногда вместо радиаторов делаются отопительные панели - стены, внутри которых замуровывают горячие трубопроводы. Последняя новинка в этой области - тепловые обои и ковры. Электрические нагревательные элементы, скрытые внутри них, на ощупь чуть теплые, но, поскольку вся комната имеет внутреннее теплоизлучающее покрытие, холод не чувствуется. Регулируют температуру в таком доме поворотом ручки реостата. Кроме этого, во всех новых домах предусмотрены вентиляционные каналы. Они пронизывают весь дом сверху донизу. Теплый воздух, как более легкий, поступает в отверстия, предусмотренные в стенках каналов, и удаляется наружу, а свежий наружный воздух через поры и мельчайшие трещинки в стенах, неплотности окон и дверей проникает в комнаты. В больших помещениях, чтобы избежать сквозняков, свежий воздух подается через приточные каналы.

Необходимость вентиляции жилищ врачи обосновали теоретически и практически еще в конце прошлого века. Доктор Гаммонд проделал опыт над мышью, поместив ее в большую бутыль с абсолютно чистым воздухом. Углекислота и водяные пары, которые выделяются при жизнедеятельности любого организма, поглощались специальными реагентами, а кислород, по мере его потребления мышью, добавлялся. И что же? Мышь вскоре погибла. Ее отравили органические соединения, которые после опыта обнаружили в бутыли. Крупнейший русский врач-гигиенист Ф. Ф. Эрисман установил, что если весь выдыхаемый человеком воздух пропускать через водо-охлаждаемый змеевик, то вскоре в нем соберется очень вредный конденсат. Два кубических сантиметра этой жидкости, введенной в кровь собаки, убивают ее.

Человек не может долго находиться в невентилируемом помещении. Даже при достаточном содержании кислорода у него появятся признаки утомления, головные боли, тошнота, обмороки.

После Великой Октябрьской революции большое внимание стало уделяться проблеме чистого воздуха. Были созданы специальные институты, лаборатории, разработан целый комплекс мероприятий, чтобы обеспечить нормальные санитарно-гигиенические условия труда и быта.

На рисунке изображен разрез жилой башни древних инков. В стене канал для вентиляции, соединяющий помещение с улицей. Сзади башни в беспорядке свалены камни, в зазоры между которыми мог проходить воздух. Днем камни нагревались солнцем, и в холодные свежие ночи в помещение от них приходил теплый воздух. За ночь камни охлаждались и охлаждали теплый воздух, который днем проходил через них в помещение. Поэтому даже в жаркий полдень в жилище инков было свежо.

Схема кондиционера для больших помещений.

Центробежный вентилятор из кислотоупорной пластмассы.

Схема центробежного вентилятора: 1 -улитка; 2 - лопасть; 3 -ротор.

Советские ученые создали стройную теорию вентиляции помещений. Удаление загрязненного и подача чистого воздуха стали основными требованиями охраны труда и техники безопасности. Над станками и аппаратами, выделяющими вредные газы, как правило, устанавливаются зонты, присоединенные трубопроводами к вентиляторам. Различают центробежные и осевые вентиляторы.

Вентилятор состоит из корпуса, имеющего форму улитки, и рабочего колеса с радиально расположенными лопастями. Если это колесо вращать, воздух, находящийся между лопастями, под действием центробежной силы устремится к стенкам корпуса и выйдет из расположенного сбоку нагнетательного патрубка. Между лопастями образуется разрежение, и сюда через отверстия в центре корпуса устремится свежий поток воздуха.

В осевых вентиляторах при вращении пропеллера воздух перемещается в осевом направлении. По этому принципу работает обыкновенный настольный вентилятор. При вращении осевого вентилятора в одну сторону он нагнетает воздух, а в другую -засасывает.

Центробежный вентилятор может успешно работать только при вращении рабочего колеса по ходу спирали улитки.

При подаче в помещение свежего воздуха разветвленные приточные воздуховоды направляют его во все уголки цехов. Пять и даже десять раз в час вентиляторы полностью заменяют воздух в производственных помещениях. Улитки вентиляторов, подающих воздух в шахты и большие цехи, имеют большие размеры. Их производительность - тысячи кубометров воздуха в минуту.

Все чаще и чаще можно слышать термин "создание комфортных условий на рабочих местах". Цехи озеленяются, на полу и стенах ни пылинки, скрытые под потолком короба подают в помещение прохладный кондиционированный воздух.

Что такое кондиционирование? Это - поддержание чистоты, температуры и влажности воздуха, а если надо - и давления.

В природе нет абсолютно сухого воздуха - он всегда влажен. Даже в 1 м³ воздуха пустыни Сахары несколько граммов водяного пара.

Если требуется понизить температуру воздуха, то этого можно достигнуть, введя в него дополнительное количество воды или пропустив воздух через холодильник. Если надо повысить температуру воздуха, то его подогревают. Если воздух нужно осушить, то его пропускают через холодильную камеру, температура его понижается, и он становится суше: из воздуха выпадает влага в виде росы. Можно осушить воздух и холодной водой, если впрыснуть ее в камеру через форсунку. После камеры орошения, где выпадает роса, воздух иногда подогревают, чтобы повысить его температуру.

Современный кондиционер - это целый ряд последовательно установленных аппаратов. В каждом из них воздух претерпевает очередное превращение. Известный нам вентилятор, без которого не может обойтись ни один кондиционер, засасывает наружный воздух, перемещает его через камеры кондиционера и подает в помещение.

Следующим элементом является фильтр для фильтрации воздуха. Известны электрофильтры, в которых осаждаются частицы пыли под действием потока ионов, образующихся между двумя разноименными электродами. Часто применяются кассетные фильтры, состоящие из пористого вещества, натянутого на рамки. По мере загрязнения их заменяют. Наиболее распространен масляный фильтр непрерывного действия. Этот аппарат чем-то напоминает гусеницу танка. "Гусеница" стоит вертикально, подставляя потоку запыленного воздуха плоскости сеток, смоченных маслом. Пылинки оседают на масляной пленке, и по мере загрязнения сеток "гусеница" подставляет потоку воздуха новые рамки. Загрязненные же опускаются в ванну с маслом на отмывку.

После фильтра очищенный от пыли воздух попадает в камеру орошения. Здесь его встречают десятки фонтанчиков, образующих сплошную водяную завесу. Такой душ осушает и охлаждает воздух даже в самую сильную жару. Иногда вместо водяного охлаждения применяется фреоновое. Большие оребренные змеевики, омываемые изнутри фреоном, охлаждают воздух значительно эффективнее, чем орошение.

В зимнее время воздух подогревают. Для этого применяют калориферные установки. Они похожи на радиаторы водяного отопления. Проходя между рядами горячих труб, для увеличения площади поверхности теплопередачи сплошь покрытых ребрами из тонкой оцинкованной стали, воздух отнимает у них тепло. Иногда вместо горячей воды внутрь труб подается пар. Конденсируясь в калорифере, он отдает скрытую теплоту парообразования нагреваемому воздуху. Современные калориферные установки занимают много места.

Небольшие комнатные кондиционеры обычно делаются без калориферов. Как правило, их применяют только летом - для охлаждения наружного воздуха, поступающего в помещение.

Основа любой системы кондиционирования воздуха - автоматика. Автоматически регулируют температуру воздуха биметаллические датчики. Они состоят из латунных трубок, внутри которых помещены стержни из железоникелевого сплава - инвара. Температурный коэффициент линейного расширения латуни в 13 раз больше, чем инвара. Один конец стержня жестко соединен с трубкой, а другой свободно выходит из нее. При повышении температуры трубка удлиняется, и стержень утопает в ней. При этом он приводит в действие систему рычагов, и в результате прекращается поступление пара в калорифер или выключается холодильная установка.

Влажность в помещении регулируют психометрические датчики. Большое распространение получил датчик, чувствительным органом которого является человеческий волос. При повышении влажности пучки волос, натянутые между плечами рычагов, ослабевают. Рычаг поворачивается и замыкает электрический контакт в цепи автоматики, ведающей подачей воды в систему увлажнения.

Изобретены и автоматы, датчиком которых является чувствительный кристалл. При изменении влажности у кристалла меняется и электрическая проводимость. Полупроводниковый усилитель эти изменения превращает в электрический импульс, включающий исполнительный механизм кондиционера.

Созданы сложнейшие системы автоматики, десятки различных конструкций кондиционеров. Кондиционирование воздуха крайне необходимо на целом ряде производств. Много предстоит сделать для внедрения кондиционеров в санаториях, больницах, торговых центрах, поездах.

Современные установки кондиционирования воздуха установлены в музеях и больших библиотеках, где необходим всегда ровный климат, без каких-либо колебаний температуры и влажности. Книги, древние рукописи и старинные вещи не терпят ни влажности, ни чрезмерно сухого воздуха. В зале, где работают счетно-решающие машины, всегда должна быть постоянная температура. Полупроводниковый "мозг" машин не любит высоких температур.

Есть люди, которым врачи прописали горный климат. Поворот ручки регулятора - и кондиционер создаст нужные температуры, влажность и давление воздуха. В лабораториях, где проводятся опыты с микроскопическими дозами веществ, не должно быть ни пылинки. И в этом случае приходит на помощь кондиционирование воздуха.

Овладеть этой интересной специальностью можно в строительных техникумах и строительных вузах, на факультетах отопления и вентиляции.

перейти к началу страницы