Кондиционирование воздуха

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА (а. air соnditioning; н. Luftklimatisierung; ф. соnditionnement d'air, climatisation d'air; и. aсоndicionamiento de aire) — создание и поддержание параметров воздушной среды (температуры, относительной влажности, состава, скорости движения и давления воздуха), наиболее благоприятных для работы персонала, оборудования и приборов на горных предприятиях. Кондиционирование воздуха применяется на шахтах, карьерах, в надшахтных зданиях, помещениях обогатительных фабрик и др.

В подземных горных выработках кондиционирование воздуха впервые нашло применение в 1920-х гг. на глубоких шахтах Германии, Бразилии, Индии и других стран. В CCCP эта проблема решается с 30-х гг. в связи с увеличением глубины горных работ на угольных шахтах (см. Геотермический градиент). На современный шахтах кондиционирование воздуха выполняется, если температура воздуха в очистных забоях превышает 26°С, в забоях подготовительных выработок — 24-26°С (в зависимости от скорости движения воздуха). Практически кондиционирование воздуха сводится к снижению температуры воздуха. В шахте действуют общешахтные и местные системы кондиционирования воздуха, на рабочих местах используют также средства индивидуальной тепловой защиты в виде переносных воздухоохладителей. Общешахтные системы предназначены для охлаждения воздуха в выработках, проветриваемых с помощью вентиляторов главного проветривания в течение всего периода эксплуатации шахты (стационарные системы). Такие системы включают холодильные установки и устройства для снижения давления хладоносителя (теплообменники высокого давления, гидротурбины), воздухоохладители (трубчатые или оросительные теплообменники), устройства для отвода тепла за пределы шахты, циркуляционные трубопроводы, насосное оборудование, средства автоматики и др. Классифицируются системы по типу холодильных установок (парокомпрессионные, абсорбционные), виду рабочего тела холодильной установки (хладоны, аммиак и др.), расположению холодильной установки (на поверхности шахты или в одной из подземных выработок) и устройств для отвода теплоты конденсации (на поверхности шахты или в одной из подземных выработок), местоположению воздухоохладителя — у воздухоподающего ствола, вблизи околоствольного двора (центральные схемы), у участковых штреков (групповая схема), очистных забоев (местная схема).

Современные комбинированные системы кондиционирования воздуха включают в себя холодильные установки на дневной поверхности и под землёй и воздухоохладители, размещённые в нескольких пунктах по ходу движения вентиляционной струи (многоступенчатые системы). Системы кондиционирования воздуха с холодильной установкой на дневной поверхности или на рабочем горизонте, но с отводом тепла на поверхность выполняются двухконтурными. В первый контур (высокого давления) включается оборудование, расположенное на поверхности, и подземное устройство для снижения гидростатического давления (теплообменник высокого давления, гидротурбина). Они связаны между собой трубопроводами (рассчитаны на высокое давление), по которым циркулирует первичный хладоноситель или конденсаторная вода. Второй контур (низкого давления) предназначен для подачи вторичного хладоносителя от теплообменника (турбины) или от подземной холодильной установки к воздухоохладителю, а также (при подземной холодильной установке) для подачи конденсаторной воды второго контура от теплообменника (турбины) к конденсаторам холодильной установки. Отвод теплоты конденсации в подземных условиях осуществляется с помощью подземных градирен, размещаемых на исходящей вентиляционной струе. Иногда в шахтах применяют воздушные конденсаторы, расположенные на исходящей струе и охлаждаемые воздухом. Выбор схемы и оборудования общешахтного кондиционирования воздуха производится путём технико-экономического сопоставления различных вариантов. Основные характеристики стационарной системы кондиционирования воздуха — номинальная холодопроизводительность и эффективность (отношение теплоты, отнятой в единицу времени у воздуха во всех воздухоохладителях данной системы, к её холодопроизводительности при данных условиях). Повышение последнего параметра достигается теплоизоляцией трубопроводов, их уплотнением, снижением гидравлического сопротивления и др. На современных шахтах CCCP эксплуатируется около 30 стационарных систем кондиционирования воздуха с суммарной номинальной холодопроизводительностью около 150 МВт. За рубежом наиболее крупные стационарные системы кондиционирования воздуха действуют в шахтах ГДР, ЧССР, ЮАР, Индии, ФРГ и других стран.

Местное кондиционирование воздуха в шахтах производится в тупиковых подготовительных выработках и других проходческих забоях, камерах и т.п. Осуществляется с помощью автономных воздухоохладительных агрегатов на основе парокомпрессионных холодильных установок или воздушных трубодентандеров. Установки первого типа выпускаются в CCCP в виде передвижных шахтных конденсаторов. Охлаждённый в таких агрегатах воздух подаётся в забои по трубам с помощью вентиляторов местного проветривания. Теплота конденсации автономных кондиционеров отводится за пределы выработки с помощью шахтной или технической воды.

Средства индивидуальной тепловой защиты включают костюмы и жилеты с водяным охлаждением, ранцевые вихревые трубы, охлаждаемые головные уборы.

Перспективы развития систем кондиционирования воздуха связаны с постепенным переходом в очистных забоях на многоступенчатые схемы с подачей хладоносителя на большие расстояния, бурением скважин для подачи хладоносителя с поверхности, применением единых систем охлаждения воздуха в выработках сквозного проветривания и тупиковых выработках, конденсаторов с воздушным и воздушно-водоиспарительным охлаждением для отвода тепла на поверхность или в исходящую вентиляционную струю, использованием охлаждённой технической и питьевой воды.

В карьерах кондиционирование воздуха сводится к поддержанию соответствующих параметров воздуха в кабинах горных машин. Осуществляется системами, включающими технические средства для очистки воздуха от пыли и вредных газов, охлаждения его при высоких наружных температурах и подогрева при низких, увлажнения и осушения, перемещения, смешивания и распределения воздуха, а также для регулирования его параметров и их контроля. Системы кондиционирования воздуха — прямоточные и с частичной рециркуляцией. Прямоточные системы осуществляют обработку и перемещение наружного воздуха, частичной рециркуляции — смеси наружного и части извлекаемого из кабины воздуха. В системах кондиционирования воздуха очистка воздуха от пыли производится с помощью циклонов, тканевых, пенополиуретановых и бумажных фильтров, охлаждение — с помощью хладоновых парокомпрессорных установок или воздушных холодильных машин (с трубодентандером и вихревой трубкой), термоэлектрических батарей и испарительных холодильных установок. Для подогрева воздуха используют электрические (электрокалориферы) и автономные отопители, теплоту систем охлаждения или отработавших газов двигателей внутреннего сгорания и термоэлектрические подогреватели. Кондиционирование воздуха в надшахтных зданиях и помещениях обогатительных фабрик и др. выполняется с помощью обычных систем общепромышленного назначения.