Система, що розглядається, складається з двох кондиціонерів"

основного, в якому проводиться обробка повітря для приміщення, що обслуговується, і допоміжного - градирні. Основне призначення градирні - повітряно-випарне охолодження води, що живить перший ступінь основного кондиціонера в теплу пору року (поверхневий теплообмінник ПТ). Другий ступінь основного кондиціонера – зрошувальна камера ОК, що працює в режимі адіабатичного зволоження, має обвідний канал – байпас Б для регулювання вологості повітря в приміщенні.

Крім кондиціонерів - градирень для охолодження води можуть бути використані промислові градирні, фонтани, бризкальні басейни тощо.

системи багатоступеневоговипарного охолодження. Теоретичною межею охолодження повітря із використанням таких систем є температура точки роси.

Системи кондиціонування повітря із застосуванням прямого та непрямого випарного охолодження мають ширшу область застосування) порівняно з системами, в яких використовується тільки пряме (адіабатичне) випарне охолодження повітря.

Двоступінчасте випарне охолодження, як відомо, найбільш прийнятно в

районах із сухим та жарким кліматом. При двоступінчастому охолодженні можна досягти більше низьких температур, менших повітрообмінів та меншої відносної вологості повітря в приміщеннях, ніж при одноступінчастому охолодженні. Ця властивість двоступінчастого охолодженнявикликала пропозицію про перехід цілком на опосередковане охолодження та низку інших пропозицій. Однак за всіх інших рівних умов ефект дії можливих системвипарного охолодження прямо залежить від змін стану зовнішнього повітря. Тому такі системи не завжди протягом сезону і навіть однієї доби забезпечують підтримку необхідних параметрів повітря в приміщеннях, що кондиціонуються. Уявлення про умови та межі доцільного застосування двоступінчастого випарного охолодження можна отримати при зіставленні нормованих параметрів внутрішнього повітря з можливими змінами параметрів зовнішнього повітря в районах із сухим та жарким кліматом.

розрахунок таких систем слід виконувати з використанням J-dдіаграми у наступній послідовності.

На J-d діаграмі наносять точки з розрахунковими параметрами зовнішнього (Н) та внутрішнього (В) повітря. У прикладі, що розглядається, за завданням на проектування прийняті значення: tн = 30 °С; tв = 24 ° С; fв = 50%.

Для точок Н та В визначаємо значення температури мокрого термометра:

tмн = 19,72 ° С; tмв = 17,0 °С.

Як видно, значення tмн майже на 3 °С вище, ніж tмв, отже, для більшого охолодження води, а потім зовнішнього припливного повітря, доцільно подавати в градирню повітря, що видаляється витяжними системамиіз офісних приміщень.

Зауважимо, що при розрахунку градирні необхідна витрата повітря може виявитися більше приміщень, що видаляється з кондиціонованих. У цьому випадку в градирню треба подавати суміш зовнішнього і повітря, що видаляється, і в якості розрахункової приймати температуру мокрого термометра суміші.

З розрахункових комп'ютерних програмпровідних фірм – виробників градирень знаходимо, що мінімальний перепад між кінцевою температурою води на виході з градирні tw1 і температурою мокрого термометра tвм повітря, що подається в градирню, слід приймати не менше 2 °С, тобто:

tw2 = tw1 + (2,5...3) °С. (1)

Для досягнення глибшого охолодження повітря в центральному кондиціонері приймають кінцеву температуру води на виході з охолоджувача повітря і на вході в градирню tw2 не більше ніж на 2,5 вище, ніж на виході з градирні, тобто:

tвк ≥ tw2 +(1...2) °С. (2)

Звернемо увагу, що від температури tw2 залежить кінцева температура повітря, що охолоджується, і поверхня охолоджувача повітря, так як при поперечному перебігу повітря і води кінцева температура повітря, що охолоджується, не може бути нижче tw2.

Зазвичай кінцеву температуру повітря, що охолоджується, рекомендується приймати на 1–2 °С вище кінцевої температури води на виході з повітроохолоджувача:

tвк ≥ tw2 +(1...2) °С. (3)

Таким чином, при виконанні вимог (1, 2, 3) можна отримати залежність, що зв'язує температуру мокрого термометра повітря, що подається в градирню, та кінцеву температуру повітря на виході з охолоджувача:

tвк = tвм +6 °С. (4)

Зауважимо, що у прикладі на рис. 7.14 прийнято значення tвм = 19 °С та tw2 – tw1 = 4 °С. Але за таких вихідних даних, замість зазначеного в прикладі значення tвк = 23 °С, можна отримати кінцеву температуру повітря на виході з охолоджувача повітря не нижче 26–27 °С, що робить всю схему безглуздою при tн = 28,5 °С.

Екологія споживання. Історія створення кондиціонера прямого випарного охолодження. Відмінності прямого та непрямого охолодження. Варіанти застосування кондиціонерів випарного типу

Охолодження та зволоження повітря за допомогою випарного охолодження - це абсолютно природний процес, в якому вода використовується як охолодне середовище, а тепло ефективно розсіюється в атмосфері. Використовуються прості закономірності – при випаровуванні рідини відбувається поглинання тепла чи виділення холоду. Ефективність випаровування - збільшується зі збільшенням швидкості повітря, що забезпечує примусова циркуляція вентилятора.

Температура сухого повітря може бути істотно знижена за допомогою фазового переходу рідкої води в пару, і цей процес вимагає значно менше енергії, ніж охолодження компресійного. У дуже сухому кліматі випарне охолодження має також ту перевагу, що при кондиціонуванні повітря збільшує його вологість, і це створює більше комфорту для людей, які перебувають у приміщенні. Однак, на відміну від парокомпресійного охолодження, воно вимагає постійного джерела води, і в процесі експлуатації її постійно споживає.

Історія розвитку

Протягом століть цивілізації знаходили оригінальні методиборотьби зі спекою на своїх територіях. Рання форма системи охолодження, «ловець вітру», була винайдена багато тисяч років тому в Персії (Іран). Це була система вітряних валів на даху, які вловлювали вітер, пропускали його через воду, і задували охолоджене повітря. внутрішні приміщення. Примітно, що багато цих будинків також мали двори з великими запасами води, тому, якщо не було вітру, то в результаті природного процесу випаровування води гаряче повітря, піднімаючись вгору, випаровувало воду у дворі, після чого вже охолоджене повітря проходило через будівлю. У наші дні Іран замінив ловців вітру на випарні охолоджувачі і широко їх використовує, а ринок за рахунок сухого клімату досягає обороту за рік у 150 000 випарників.

У США випарний охолоджувач у ХХ столітті був об'єктом численних патентів. Багато з яких, починаючи з 1906 р., пропонували використовувати дерев'яну стружку, як прокладку, що переносить велика кількістьводи при контакті з повітрям, що рухається, і підтримує інтенсивне випаровування. Стандартна конструкція, як показано в патенті 1945р., включає водяний резервуар (зазвичай оснащений поплавковим клапаном для регулювання рівня), насос для циркуляції води через прокладки з деревних стружок, та вентилятор для подачі повітря через прокладки в житлові приміщення. Ця конструкція та матеріали залишаються основними, у технології випарних охолоджувачів, на південному заході США. У цьому регіоні вони додатково використовуються збільшення вологості.

Випарне охолодження було поширене в авіаційних двигунах 1930-х років, наприклад у двигуні для дирижабля Beardmore Tornado. Ця система була використана для зменшення або повного виключення радіатора, який в іншому випадку міг би створити суттєве аеродинамічний опір. У цих системах вода у двигуні підтримувалася під тиском за допомогою насосів, що дозволяли їй нагріватися до температури понад 100°C, оскільки фактична точка кипіння залежить від тиску. Перегріта водарозпорошувалася через сопло на відкриту трубу, де миттєво випаровувалась, приймаючи її тепло. Ці труби були розташовані під поверхнею літака до створення нульового опору.

Зовнішні прилади випарного охолодження встановлювалися деякі автомобілі для охолодження салону. Найчастіше вони продавалися як додаткові аксесуари. Використання приладів випарного охолодження в автомобілях тривало доти, доки не набуло широкого поширення парокомпресійного кондиціювання повітря.

Принцип випарного охолодження відрізняється від того, на якому працюють апарати парокомпресійного охолодження, хоча вони також вимагають випаровування (випаровування є частиною системи). У парокомпресійному циклі, після випаровування холодоагенту всередині випарного змійовика, охолодний газ стискається і охолоджується, під тиском конденсуючись в рідкий стан. На відміну від цього циклу, у випарному охолоджувачі вода випаровується лише один раз. Випарена вода в охолодному приладі виводиться в простір з охолодженим повітрям. У градирні вода, що випарувалася, відноситься потоком повітря.

Варіанти застосування випарного охолодження

Розрізняють випарне охолодження повітря пряме, косо, і двоступінчасте (пряме та непряме). Пряме випарне охолодження повітря засноване на ізоентальпійному процесі і використовується в кондиціонерах в холодну пору року; в теплий час воно можливе лише за відсутності або незначних вологовиділень у приміщенні і низькому вмісті вологи зовнішнього повітря. Дещо розширює межі його застосування байпасування камери зрошення.

Пряме випарне охолодження повітря є доцільним в умовах сухого та жаркого клімату в припливній системі вентиляції.

Непряме випарне охолодження повітря здійснюється в поверхневих охолоджувачах повітря. Для охолодження води, що циркулює у поверхневому теплообміннику, використовують допоміжний контактний апарат (градирню). Для непрямого випарного охолодження повітря можна використовувати апарати суміщеного типу, в яких теплообмінник виконує одночасно обидві функції - нагрівання та охолодження. Такі апарати аналогічні повітряним теплообмінникам рекуперативним.

По одній групі каналів проходить повітря, що охолоджується, внутрішня поверхнядругий групи зрошується водою, що стікає в піддон, а потім знову розбризкується. При контакті з викидним повітрям, що проходить у другій групі каналів відбувається випарне охолодження води, в результаті чого повітря в першій групі каналів охолоджується. Непряме випарне охолодження повітря дозволяє знизити продуктивність системи кондиціонування воєдуха порівняно з її продуктивністю при прямому випарному охолодженні повітря та розширює можливості використання цього принципу, т.к. вміст вологи припливного повітря в другому випадку менше.

При двоступінчастому випарному охолодженніповітря використовують послідовне непряме та пряме випарне охолодження повітря в кондиціонері. При цьому установку для непрямого випарного охолодження повітря доповнюють зрошувальної камери форсунки, що працює в режимі прямого випарного охолодження. Типові зрошувальні форсуночні камери використовують у системах випарного охолодження повітря як градирні. Крім одноступінчастого непрямого випарного охолодження повітря можливе багатоступінчасте, в якому здійснюється глибше охолодження повітря, - це так звана безкомпресорна система кондиціонування воєдуха.

Пряме випарне охолодження (Відкритий цикл) використовується для зниження температури повітря за допомогою питомої теплоти випаровування, змінюючи рідкий стан води на газоподібний. У цьому процесі енергія у повітрі не змінюється. Сухий, тепле повітрязамінюється на прохолодний та вологий. Тепло зовнішнього повітря використовується для випаровування води.

Непряме випарне охолодження (закритий цикл) процес схожий на пряме випарне охолодження, але використовує певний тип теплообмінника. У цьому випадку вологе, охолоджене повітря не контактує з середовищем, що кондиціонується.

Двостадійне випарне охолодження, або непряме/пряме.

Традиційні випарні охолоджувачі використовують лише частину енергії необхідної апаратів парокомпресійного охолодження або систем адсорбційного кондиціювання. На жаль, вони підвищують вологість повітря до дискомфортного рівня (за винятком дуже сухих) кліматичних зон). Двостадійні випарні охолоджувачі не підвищують рівень вологості настільки, наскільки це роблять стандартні одноступеневі випарні охолоджувачі.

На першій стадії двостадійного охолоджувача, тепле повітря охолоджується непрямим шляхом без збільшення вологості (за допомогою проходження через теплообмінник, що охолоджується випаровуванням зовні). У прямій стадії попередньо охолоджене повітря проходить через просочену водою прокладку, додатково охолоджується і стає більш вологим. Оскільки в процес включена перша стадія, що охолоджує, на стадії прямого випаровування необхідно менше вологості для досягнення необхідних температур. В результаті, за словами виробників, процес охолоджує повітря із відносною вологістю в межах 50 – 70 %, залежно від клімату. Для порівняння традиційні системиохолодження підвищують вологість повітря до 70 – 80 %.

Призначення

При проектуванні центральної припливної системивентиляції можна оснастити повітрозабір випарною секцією і так значно знизити витрати на охолодження повітря в теплий період року.

У холодний та перехідний періоди року, при нагріванні повітря припливними калориферамисистем вентиляції або повітря всередині приміщення системами опалення - повітря нагрівається і зростає його фізична можливість асимілювати (увібрати) в себе, зі збільшенням температури - вологу. Або чим вище температура повітря - тим більше вологи він може в себе асимілювати. Наприклад, при нагріванні зовнішнього повітря калорифером системою вентиляції з температури -22 0 С та вологості 86% (параметр зовнішнього повітря для ХП м.Києва), до +20 0 С - вологість падає нижче граничних меж біологічних організмівдо неприпустимих 5-8% вологості повітря. Низька вологість повітря - негативно впливає на шкіру та слизові оболонки людини, особливо хворих на астму або легеневі захворювання. Нормована для житлових та адміністративних приміщень вологість повітря: від 30 до 60%.

Випарне охолодження повітря супроводжується виділенням вологи або збільшення вологості повітря до високого насичення вологості повітря 60-70%.

Переваги

Об'єм випаровування – і, відповідно, теплоперенесення – залежить від температури зовнішнього повітря по мокрому термометру, яка особливо влітку набагато нижче, ніж еквівалентна температура по сухому термометру. Наприклад, у жаркі літні дні, коли температура сухого термометра перевищує 40°C, випарне охолодження може охолодити воду до 25°C або охолоджувати повітря.
Оскільки випаровування видаляє набагато більше тепла, ніж стандартне фізичне теплоперенесення, для теплоперенесення використовується вчетверо менша витрата повітря в порівнянні зі звичайними методами охолодження повітря, що зберігає значну кількість енергії.

Випарне охолодження в порівнянні з традиційними способамикондиціювання повітря На відміну від інших видів кондиціонування повітря охолодження повітря випарного типу (біо-охолодження) не використовує як холодоагенти шкідливі гази (фреон та інші), які завдають шкоди навколишньому середовищу. Воно також споживає менше електрики, заощаджуючи таким чином електроенергію, природні ресурсиі до 80% експлуатаційних витрат у порівнянні з кондиціюванням повітря іншими системами.

Недоліки

Низька ефективність роботи у вологому кліматі.
Підвищення вологості повітря, що у деяких випадках небажано - вихід двостадійне випаровування, де повітря не контактує і насичується вологою.

Принцип роботи (варіант 1)

Процес охолодження здійснюється за рахунок тісного контакту вода та повітря, та перенесення тепла в повітря шляхом випаровування невеликої кількості води. Далі тепло розсіюється через повітря, що виходить з установки тепле і насичене вологою.

Принцип роботи (варіант 2) - установка на повітрозаборі

Установки випарного охолодження

Існують різні типиустановок для випарного охолодження, але вони мають:
- секцію теплообміну або теплоперенесення, що постійно змочується водою методом зрошення,
- систему вентиляторів для примусової циркуляціїзовнішнього повітря через секцію теплообміну,

У сучасній кліматичній техніці велика увага приділяється енергоефективності обладнання. Цим пояснюється інтерес до водовипарних систем охолодження на основі непрямо-випарних, що зріс останнім часом. теплообмінних апаратів(Непрямо-випарювальні системи охолодження). Водовипарювальні системи охолодження можуть виявитися ефективним рішенням для багатьох регіонів нашої країни, клімат яких відрізняється відносно низькою вологістю повітря. Вода як холодоагент унікальна - вона має велику теплоємність і приховану теплоту пароутворення, нешкідлива і доступна. Крім того, вода добре вивчена, що дозволяє досить точно пророкувати її поведінку у різних технічних системах.

Особливості систем охолодження з непрямо-випарними теплообмінниками

Головною особливістюі перевагою непрямо-випарних систем є можливість охолодження повітря до температури нижче температури мокрого термометра. Так, технологія звичайного випарного охолодження (у зволожувачах адіабатного типу), коли в потік повітря впорскується вода, не тільки знижує температуру повітря, а й збільшує його вміст вологи. При цьому лінія процесу на I d-діаграмі вологого повітряйде по адіабату, а мінімально можлива температура відповідає точці «2» (рис. 1).

У непрямо-випарних системах повітря може бути охолоджений до точки «3» (рис. 1). Процес на діаграмі в даному випадку йде вертикально вниз по лінії постійного вмісту вологи. В результаті одержувана температура виявляється нижче, а вміст вологи не зростає (залишається постійним).

Крім того, водовипарні системи мають наступні позитивними якостями:

• Можливість спільного отримання охолодженого повітря та холодної води.
• Мале енергоспоживання. Основними споживачами електроенергії є вентилятори та водяні насоси.
• Висока надійність, зумовлена ​​відсутністю складних машин та використанням неагресивного робочого тіла – води.
• Екологічна чистота: низький рівень шуму та вібрацій, неагресивне робоче тіло, мала екологічна шкідливість промислового виробництвасистеми через малу трудомісткість виготовлення.
• Простота конструктивного виконанняі щодо низька вартість, пов'язані з відсутністю жорстких вимог до герметичності системи та її окремих вузлів, відсутністю складних і дорогих машин (холодильних компресорів), малими надлишковими тисками в циклі, низькою металоємністю та можливістю широкого використання пластмас.

Системи охолодження, що використовують ефект поглинання теплоти під час випаровування води, відомі дуже давно. Однак зараз водовипарні системи охолодження поширені недостатньо широко. Практично вся ніша промислових та побутових системохолодження в області помірних температур заповнена хладоновими парокомпресійними системами.

Така ситуація, очевидно, пов'язана з проблемами експлуатації водовипарних систем при негативних температурахта їх непридатністю до експлуатації за високої відносної вологості зовнішнього повітря. Далося взнаки і те, що основні апарати подібних систем (градирні, теплообмінники), які використовувалися раніше, мали великі габарити, масу та інші недоліки, пов'язані з роботою в умовах високої вологості. Крім того, їм була потрібна система водопідготовки.

Однак сьогодні завдяки технічному прогресу набули поширення високоефективні і компактні градирні, здатні охолодити воду до температур, всього на 0,8 ... 1,0 ° С, що відрізняються від температури повітряного потоку, що входить в градирню, по мокрому термометру.

Тут особливим чином слід зазначити градирні компаній Muntes та SRH-Lauer. Такий малий температурний напірвдалося забезпечити головним чином за рахунок оригінальної конструкціїнасадки градирні, що володіє унікальними властивостями- Гарною змочуваністю, технологічністю, компактністю.

Опис системи непрямо-випарного охолодження

У системі непрямо-випарного охолодження атмосферне повітря з довкілляз параметрами, що відповідають точці «0» (рис. 4), нагнітається вентилятором в систему і охолоджується при постійному вмісті вологи в непрямо-випарному теплообміннику.

Після теплообмінника основний потік повітря поділяється на два: допоміжний та робочий, що спрямовується до споживача.

Допоміжний потік одночасно грає роль і охолоджувача, і потоку, що охолоджується - після теплообмінника він прямує назад, назустріч основному потоку (рис. 2).

При цьому канали допоміжного потоку подається вода. Сенс подачі води полягає у «уповільненні» зростання температури повітря за рахунок паралельного його зволоження: як відомо, одного й того ж зміни теплової енергії можна досягти як зміною лише температури, так і зміною температури та вологості одночасно. Тому при зволоженні допоміжного потоку той самий обмін теплом досягається меншою зміною температури.

У непрямо-випарних теплообмінниках іншого виду (рис. 3) допоміжний потік направляється не в теплообмінник, а в градирню, де охолоджує воду, що циркулює через непрямо-випарний теплообмінник: вода нагрівається в ньому за рахунок основного потоку і остигає в градирні за рахунок допоміжника. Переміщення води за контуром здійснюється за допомогою циркуляційного насоса.

Розрахунок непрямо-випарного теплообмінника

Для того щоб розрахувати цикл непрямо-випарної системи охолодження з водою, що циркулює, необхідні наступні вихідні дані:

• φ ос - відносна вологість повітря навколишнього середовища, %;
• t ос - температура повітря навколишнього середовища, ° С;
• ∆t х - різниця температур на холодному кінці теплообмінника, ° С;
• ∆t m - Різниця температур на теплому кінці теплообмінника, ° С;
• ∆t wгр — різниця між температурою води, що виходить з градирні, і температурою повітря, що подається в неї по мокрому термометру, ° С;
• ∆t min – мінімальна різниця температур (температурний напір) між потоками в градирні (∆t min<∆t wгр), ° С;
• G р - необхідний споживачем масова витрата повітря, кг/с;
• η в - ККД вентилятора;
• ∆P — втрата тиску в апаратах і магістралях системи (необхідний напір вентилятора), Па.

Методика розрахунку заснована на таких припущеннях:

• Процеси тепло-масообміну прийняті рівноважними,
• На всіх ділянках системи відсутні зовнішні теплопритоки,
• Тиск повітря в системі дорівнює атмосферному (локальні зміни тиску повітря внаслідок його нагнітання вентилятором або проходження через аеродинамічні опори дуже малі, що дозволяє використовувати I d діаграму вологого повітря для атмосферного тиску на всьому протязі розрахунку системи).

Порядок інженерного розрахунку системи, що розглядається, полягає в наступному (рисунок 4):

1. За I d діаграмі або за допомогою програми розрахунку вологого повітря визначаються додаткові параметри навколишнього повітря (точка «0» на рис. 4): питома ентальпія повітря i 0 Дж / кг і вологовміст d 0 кг / кг.
2. Збільшення питомої ентальпії повітря у вентиляторі (Дж/кг) залежить від типу вентилятора. Якщо електродвигун вентилятора не обдувається (не охолоджується) основним потоком повітря, тоді:

Якщо у схемі використовується вентилятор канального типу (коли електродвигун охолоджується основним потоком повітря), то:

де:
η дв - ККД електродвигуна;
ρ 0 — густина повітря на вході у вентилятор, кг/м 3

де:
B 0 - Барометричний тиск навколишнього середовища, Па;
R в - Постійна газова повітря, що дорівнює 287 Дж / (кг.К).

3. Питома ентальпія повітря після вентилятора (точка «1»), Дж/кг.

i 1 = i 0 +∆i; (3)

Оскільки процес «0-1» відбувається при постійному вмісті вологи (d 1 =d 0 =const), то за відомими φ 0 , t 0 , i 0 , i 1 визначаємо температуру повітря t1 після вентилятора (точка «1»).

4. Точка роси навколишнього повітря t ріс, ° С визначається за відомими φ 0 , t 0 .

5. Психометрична різниця температур повітря основного потоку на виході з теплообмінника (точка «2») ∆t 2-4 , °С

∆t 2-4 = ∆t x +∆t wгр; (4)

де:
∆t х призначається, з конкретних умов роботи у діапазоні ~ (0,5…5,0), °С. При цьому слід мати на увазі, що малі значення ∆t х спричинять відносно великі розміри теплообмінного апарату. Для забезпечення малих значень ∆t х необхідно використовувати високоефективні теплопередаючі поверхні;

∆t wгр вибирається у діапазоні (0,8…3,0), °З; менші значення ∆t wгр слід набувати у разі потреби отримання мінімально можливої ​​температури холодної води в градирні.

6. Приймаємо, що процес зволоження допоміжного повітряного потоку в градирні стану «2-4», з достатньою точністю для інженерних розрахунків, йде лінії i 2 =i 4 =const.

У цьому випадку, знаючи величину ∆t 2-4 , визначаємо температури t 2 і t 4 точок «2» і «4» відповідно, °С. Для цього знайдемо таку лінію i = const, щоб між точкою «2» і точкою «4» різниця температур становила знайдену ∆t 2-4 . Точка «2» при цьому знаходиться на перетині ліній i 2 = i 4 = const і постійного вмісту вологи d 2 = d 1 = d ОС. Точка «4» знаходиться на перетині лінії i 2 = i 4 = const і кривою φ 4 = 100% відносної вологості.

Таким чином, використовуючи наведені діаграми, визначаємо параметри, що залишилися, в точках «2» і «4».

7. Визначаємо t 1w – температуру води на виході з градирні, у точці «1w», °С. У розрахунках можна знехтувати нагріванням води в насосі, отже, на вході в теплообмінник (точка «1w») вода матиме ту ж температуру t 1w

t 1w = t 4 +. ∆t wгр; (5)

8. t 2w — температура води після теплообмінника на вході до градирні (точка «2w»), °С

t 2w = t 1 -. ∆t m; (6)

9. Температура повітря, що викидається з градирні в навколишнє середовище (точка «5») t 5 визначається графоаналітичним методом з використанням id діаграми (з більшою зручністю може бути використана сукупність Q t і i t-діаграм, проте вони менш поширені, тому в даному розрахунку використана ID діаграма). Зазначений метод полягає в наступному (рис. 5):

• точка «1w», що характеризує стан води на вході в непрямо-випарний теплообмінник, зі значенням питомої ентальпії точки «4» міститься на ізотерму t 1w відстань від ізотерми t 4 на відстані ∆t wгр.
• Від точки «1w» вздовж ізоентальпи відкладаємо відрізок «1w - p» так, щоб t p = t 1w - ∆t min.
• Знаючи, що процес нагрівання повітря в градирні відбувається за φ=const=100 %, будуємо з точки «p», що стосується до φ пр =1 і отримуємо точку торкання «k».
• Від точки дотику «k» по ізоентальпі (адіабаті, i = const) відкладаємо відрізок «k - n» так, щоб t n = t k + ∆t min . Таким чином, забезпечується (призначається) мінімальна різниця температур між водою, що охолоджується, і повітрям допоміжного потоку в градирні. Ця різниця температур гарантує працездатність градирні у розрахунковому режимі.
• Проводимо з точки 1w через точку n пряму до перетину з прямою t = const = t 2w . Отримуємо точку "2w".
• З точки «2w» проводимо пряму i = const до перетину з пр = const = 100%. Отримуємо точку "5", що характеризує стан повітря на виході з градирні.
• По діаграмі визначаємо потрібну температуру t5 та інші параметри точки «5».

10. Складаємо систему рівнянь для знаходження невідомих масових витрат повітря та води. Теплове навантаження градирні по допоміжному повітряному потоку, Вт:

Q гр = G в (i 5 - i 2); (7)

Q wгр = G ow C pw (t 2w - t 1w); (8)

де:
З pw - Питома теплоємність води, Дж / (кг.К).

Теплове навантаження теплообмінника по основному повітряному потоку, Вт:

Q mo = Go (i 1 - i 2); (9)

Теплове навантаження теплообмінника водяним потоком, Вт:

Q wmo = G ow C pw (t 2w - t 1w); (10)

Матеріальний баланс за повітряними потоками:

G o = G +G p ; (11)

Тепловий баланс по градирні:

Q гр = Q wгр; (12)

Тепловий баланс теплообмінника в цілому (кількість переданої теплоти кожним із потоків однакова):

Q wmo = Q mo; (13)

Спільний тепловий баланс градирні та теплообмінника по воді:

Q wгр = Q wmo; (14)

11. Вирішуючи спільно рівняння з (7) по (14), отримаємо наступні залежності:
масова витрата повітря по допоміжному потоку, кг/с:

масова витрата повітря за основним повітряним потоком, кг/с:

G o = G p; (16)

Масова витрата води через градирню по основному потоку, кг/с:

12. Кількість води, необхідне для підживлення водяного контуру градирні, кг/с:

G wn = (d 5 -d 2) G; (18)

13. Потужність в циклі визначається потужністю, що витрачається на привід вентилятора, Вт:

N = G o ∆i в; (19)

Таким чином, знайдено всі параметри, необхідні конструктивних розрахунків елементів системи непрямо-випарного охолодження повітря.

Зазначимо, що робочий потік охолодженого повітря (точка «2»), що подається споживачеві, може бути додатково охолоджений, наприклад, адіабатним зволоженням або будь-яким іншим способом. Як приклад на рис. 4 позначено точку «3*», що відповідає адіабатному зволоженню. І тут точки «3*» і «4» збігаються (рис. 4).

Практичні аспекти непрямо-випарних систем охолодження

Виходячи з практики розрахунків непрямо-випарних систем охолодження, слід зауважити, що, як правило, витрата допоміжного потоку становить 30-70% від основного і залежить від потенційної здатності до охолодження повітря, що подається в систему.

Якщо порівняти охолодження адіабатним і опосередковано-випарним методами, то з I d-діаграми видно, що в першому випадку повітря з температурою 28 ° С і відносною вологістю 45% може бути охолоджений до 19,5 ° С, у той час як у другому випадку - До 15 ° С (рис. 6).

«Псевдонепряме» випаровування

Як уже говорилося вище, непрямо-випарна система охолодження дозволяє досягти нижчої температури, ніж традиційна система адіабатного зволоження повітря. Важливо також підкреслити, що вміст вмісту шуканого повітря не змінюється. Подібних переваг, порівняно з адіабатним зволоженням, вдається досягти за рахунок впровадження допоміжного потоку повітря.

Практичних застосувань системи непрямо-випарного охолодження зараз мало. Однак з'явилися апарати подібного, але дещо іншого принципу дії: повітряно-повітряних теплообмінних апаратів з адіабатним зволоженням зовнішнього повітря (системи «псевдонепрямого» випаровування, де другим потоком у теплообміннику служить не деяка зволожена частина основного потоку, а інший абсолютно незалежний контур).

Подібні пристрої знаходять застосування в системах з великим обсягом рециркуляційного повітря, що потребує охолодження: в системах кондиціювання повітря поїздів, залів для глядачів різного призначення, центрах обробки даних і на інших об'єктах.

Ціль їх впровадження — максимально можливе зниження тривалості роботи енергоємного компресорного холодильного обладнання. Натомість при зовнішніх температурах аж до 25°С (а іноді і вище), використовується повітряно-повітряний теплообмінник, в якому рециркуляційне повітря приміщення охолоджується зовнішнім повітрям.

Для більшої ефективності роботи апарату зовнішнє повітря попередньо зволожується. У складніших системах зволоження виробляється у процесі теплообміну (уприскування води в канали теплообмінника), ніж досягається додаткове підвищення ефективності.

Завдяки використанню таких рішень, поточне енергоспоживання системи кондиціювання знижується на величину до 80%. Загальнове енергоспоживання залежить від кліматичного району експлуатації системи, в середньому воно знижується на 30-60%.

Юрій Хомутський, технічний редактор журналу "Світ клімату"

У статті використано методику МДТУ ім. Н. Е. Баумана для розрахунку непрямо-випарної системи охолодження.

2018-08-15

Використання систем кондиціювання повітря (ВКВ) з випарним охолодженням як одне з енергоефективних рішень при проектуванні сучасних будівель та споруд.

На сьогоднішній день найбільш поширеними споживачами теплової та електричної енергії в сучасних адміністративних та громадських будівлях є системи вентиляції та кондиціювання повітря. При проектуванні сучасних будівель громадського та адміністративного призначення для зниження енергоспоживання в системах вентиляції та кондиціювання повітря має сенс особлива перевага приділяти зниженню потужності на стадії отримання технічних умов та зменшенню експлуатаційних витрат. Скорочення експлуатаційних витрат найважливіше для власників об'єктів чи орендарів. Відомо багато готових способів та різних заходів — щодо зниження енерговитрат у системах кондиціювання повітря, але на практиці вибір енергоефективних рішень є дуже складним.

Одні з багатьох систем вентиляції та кондиціонування повітря, які можна віднести до енергоефективних систем, - це розглянуті у цій статті системи кондиціювання повітря з випарним охолодженням.

Вони застосовуються у житлових, громадських, виробничих приміщеннях. Процес випарного охолодження в системах кондиціювання забезпечують форсуночні камери, плівкові, насадкові та пінні апарати. Розглянуті системи можуть мати пряме, непряме, і навіть двоступінчасте випарне охолодження.

З наведених варіантів найбільш економічним обладнанням для охолодження повітря є системи прямого охолодження. Для них передбачається використання стандартної техніки без застосування додаткових джерел штучного холоду та холодильного обладнання.

Принципова схема системи кондиціювання повітря із прямим випарним охолодженням представлена ​​на рис. 1.

До переваг таких систем можна віднести мінімальні витрати на обслуговування систем під час експлуатації, а також надійність та конструктивну простоту. Їх основні недоліки - неможливість підтримки параметрів припливного повітря, виключення рециркуляції в приміщенні, що обслуговується, і залежність від зовнішніх кліматичних умов.

Енерговитрати в таких системах зводяться до переміщення повітря та рециркуляційної води в адіабатичних зволожувачах, встановлених у центральному кондиціонері. При використанні адіабатичного зволоження (охолодження) у центральних кондиціонерах потрібно використовувати воду питної якості. Застосування таких систем може обмежуватись у кліматичних зонах із переважним сухим кліматом.

Областями застосування систем кондиціонування повітря з випарним охолодженням є об'єкти, які не потребують точної підтримки вологого режиму. Зазвичай вони знаходяться у віданні підприємств різних галузей промисловості, де необхідний дешевий спосіб охолодження внутрішнього повітря за високої теплонапруженості приміщень.

Наступний варіант економічного охолодження повітря в системах кондиціювання - використання непрямого випарного охолодження.

Система з таким охолодженням найчастіше застосовується у тих випадках, коли параметри внутрішнього повітря неможливо отримати використовуючи пряме випарне охолодження, що збільшує вміст вологи припливного повітря. У «непрямій» схемі припливне повітря охолоджується в теплообмінному апараті рекуперативного або регенеративного типу, що контактує з допоміжним потоком повітря, випарним охолодженням, що охолоджується.

Варіант схеми системи кондиціювання повітря з непрямим випарним охолодженням та використанням роторного теплообмінника представлений на рис. 2. Схема ВКВ з непрямим випарним охолодженням та застосуванням теплообмінників рекуперативного типу показана на рис. 3.

Системи кондиціювання повітря з непрямим випарним охолодженням застосовуються, коли потрібно подавати повітря припливу без осушення. Потрібні параметри повітряного середовища підтримують місцеві доводчики, встановлені у приміщенні. Визначення витрати припливного повітря здійснюється у санітарними нормами, або за повітряним балансом у приміщенні.

У системах кондиціонування повітря з непрямим випарним охолодженням як допоміжне використовується або зовнішнє, або витяжне повітря. За наявності місцевих доводчиків останньому надається перевага, оскільки він підвищує енергетичну ефективність процесу. Необхідно відзначити, що використання витяжного повітря як допоміжне не допускається за наявності отруйних, вибухонебезпечних домішок, а також високого вмісту завислих частинок, що забруднюють поверхню теплообміну.

Зовнішнє повітря як допоміжний поток використовується в тому випадку, коли неприпустиме перетікання витяжного повітря в приплив через нещільності теплообмінника (тобто теплоутилізатора).

Допоміжний потік повітря перед подачею на зволоження очищають у повітряних фільтрах. Схема системи кондиціювання повітря з регенеративними теплообмінниками має більшу енергетичну ефективність та меншу вартість обладнання.

При проектуванні та виборі схем систем кондиціювання повітря з непрямим випарним охолодженням потрібно враховувати заходи щодо регулювання процесів утилізації теплоти в холодну пору року з метою виключення обмерзання теплообмінників. Слід передбачати догрівання витяжного повітря перед утилізатором, обведення частини припливного повітря в пластинчастому теплообміннику та регулювання частоти обертання у роторному утилізаторі.

Використання цих заходів дозволить виключити обмерзання теплообмінників. Також у розрахунках при використанні витяжного повітря як допоміжний поток необхідно перевіряти систему на працездатність у холодний період року.

Ще одна з енергоефективних систем кондиціювання повітря - система з двоступеневим випарним охолодженням. Охолодження повітря в даній схемі передбачається у два етапи: прямим випарним та непрямо-випарним методами.

"Двоступінчасті" системи передбачають більш точне регулювання параметрів повітря при виході з центрального кондиціонера. Такі системи кондиціювання повітря застосовуються у випадках, коли потрібне глибше охолодження припливного повітря порівняно з охолодженням у прямому або опосередкованому випарному охолодженні.

Охолодження повітря у двоступінчастих системах передбачають у регенеративних, пластинчастих утилізаторах або ж у поверхневих теплообмінниках проміжним теплоносієм за допомогою допоміжного потоку повітря – у першому ступені. Охолодження повітря в адіабатичних зволожувачах – у другому ступені. Основні вимоги до допоміжного потоку повітря, а також перевірки роботи ВКВ в холодний період року аналогічні застосовуваним до схем ВКВ з непрямим випарним охолодженням.

Застосування систем кондиціонування повітря з випарним охолодженням дозволяє досягти кращих результатів, які неможливо отримати під час використання холодильних машин.

Застосування схем ВКВ з випарним, непрямим та двоступінчастим випарним охолодженням дозволяє в деяких випадках відмовитися від використання холодильних машин та штучного холоду, а також значно знизити холодильне навантаження.

За рахунок використання цих трьох схем часто досягається енергоефективність обробки повітря, що дуже важливо при проектуванні сучасних будівель.

Історія систем випарного охолодження повітря

Протягом століть цивілізації знаходили оригінальні методи боротьби зі спекою на своїх теренах. Рання форма системи охолодження — «ловець вітру» — була винайдена багато тисяч років тому в Персії (Іран). Це була система вітряних валів на даху, які вловлювали вітер, пропускали його через воду та задували охолоджене повітря у внутрішні приміщення. Примітно, що багато цих будинків також мали двори з великими запасами води, тому, якщо не було вітру, то в результаті природного процесу випаровування води гаряче повітря, піднімаючись вгору, випаровував воду у дворі, після чого вже охолоджене повітря проходив через будівлю. У наші дні Іран замінив «ловців вітру» на охолоджувачі випарів і широко їх використовує, а іранський ринок за рахунок сухого клімату досягає обороту в 150 тис. випарників на рік.

У випарний охолоджувач у XX столітті був об'єктом численних патентів. Багато з них, починаючи ще з 1906 року, пропонували використовувати дерев'яну стружку як прокладку, що переносить велику кількість води при контакті з повітрям, що рухається і підтримує інтенсивне випаровування. Стандартна конструкція з патенту 1945 включає водяний резервуар (зазвичай оснащений поплавковим клапаном для регулювання рівня), насос для циркуляції води через прокладки з деревних стружок і вентилятор для подачі повітря через прокладки в житлові приміщення. Ця конструкція та матеріали залишаються основними у технології випарних охолоджувачів на південному заході США. У цьому регіоні вони додатково використовуються збільшення вологості.

Випарне охолодження було поширене в авіаційних двигунах 1930-х років, наприклад у двигуні для дирижабля Beardmore Tornado. Ця система була використана для зменшення або повного виключення радіатора, який в іншому випадку міг би створити суттєвий аеродинамічний опір. Зовнішні прилади випарного охолодження встановлювалися деякі автомобілі для охолодження салону. Найчастіше вони продавалися як додаткові аксесуари. Використання приладів випарного охолодження в автомобілях тривало доти, доки не набуло широкого поширення парокомпресійного кондиціювання повітря.

Принцип випарного охолодження відрізняється від того, на якому працюють апарати парокомпресійного охолодження, хоча вони також вимагають випаровування (випаровування є частиною системи). У парокомпресійному циклі після випаровування холодоагенту всередині випарного змійовика, що охолоджує газ, стискається та охолоджується, під тиском конденсуючись у рідкий стан. На відміну від цього циклу, у випарному охолоджувачі вода випаровується лише один раз. Випарена вода в охолодному приладі виводиться в простір з охолодженим повітрям. У градирні вода, що випарувалася, відноситься потоком повітря.

1. Богословський В.М., Кокорін О.Я., Петров Л.В. Кондиціювання повітря та холодопостачання. - М.: Будвидав, 1985. 367 с.
2. Баркалов Б.В., Карпіс Є.Є. Кондиціювання повітря у промислових, громадських та житлових будинках. - М.: Будвидав, 1982. 312 с.
3. Корольова Н.А., Тарабанов М.Г., Копишков А.В. Енергоефективні системи вентиляції та кондиціювання повітря великого торгового центру // АВОК, 2013. №1. С. 24-29.
4. Хомутський Ю.М. Застосування адіабатного зволоження для охолодження повітря // Світ клімату, 2012. №73. С. 104-112.
5. Участкін П.В. Вентиляція, кондиціювання повітря та опалення на підприємствах легкої промисловості: Навч. посіб. для вузів. - М: Легка індустрія, 1980. 343 с.
6. Хомутський Ю.М. Розрахунок непрямо-випарної системи охолодження // Світ клімату, 2012. №71. С. 174-182.
7. Тарабанов М.Г. Непряме випарне охолодження зовнішнього припливного повітря в ВКВ з доводчиками // АВОК, 2009. №3. С. 20-32.
8. Кокорін О.Я. Сучасні системи кондиціювання повітря. - М: Фізматліт, 2003. 272 ​​с.

Винахід відноситься до техніки вентиляції і кондиціонування повітря. Мета винаходу - підвищення глибини охолодження основного потоку повітря та зниження енергетичних витрат. Зрошувані водою теплообмінники (Т) 1 і 2 непрямо-випарного і прямого випарного охолодження повітря послідовно розташовані по ходу повітря. Т 1 має канали 3, 4 загального та допоміжного потоків повітря. Між Т 1 і 2 розташована камера 5 розділення повітряних потоків з перепускним каналом 6 і розміщеним в ньому per TiHpyeMbiM клапаном 7. Нагнітач 8 з приводом 9 повідомлений входом 10 з атмосферою, а виходом 11 - з 3обп каналами через його потоку повітря Клапан 7 керування підключений до датчика т-ри повітря в приміщенні Канали 4допоміжного потоку повітря повідомлені виходом 12 з атмосферою, а Т 2 виходом 13 основного потоку повітря - з приміщенням Канал 6 підключений до каналів 4, а привід 9 має регулятор 14 частоти обертання, підключений блоку керування При необхідності зменшення холодопродуктивності пристрою за сигналом датчика т-ри повітря в приміщенні через блок управління частково прикривається клапан 7, і з використанням регулятора 14 пон гжaeccя число оборотів нагнітача із забезпеченням пропорційного зниження витрати загального потоку повітря на величину зменшення витрати повітря 1 іл (Л to про 00 to

СПІЛКА РАДЯНСЬКИХ

СОЦІАЛІСТИЧНИХ

РЕСПУБЛІК (51)4 F 24 F 5 00

ОПИС ВИНАХОДУ

ДО А8ТОРСЬКОГО СВІДЧЕННЯ

ДЕРЖАВНИЙ КОМІТЕТ СРСР

ПО СПРАВАХ ВИНАХОДІВ І ВІДНРИТТІВ (2 1) 4 166558/29-06 (22) 25.12.86 (46) 30.08.88. Вю.t, !! 32 (71) Московський текстильний інститут (72) О.Я. Кокорін, М.l0, Каплунов та С.В. Нефелов (53) 697.94(088.8) (56) Авторське свідоцтво СРСР

263102, кл. F ?4 Г 5/00, 1970. (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ДВУХСТУПЕННОГО

ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХОЛОДЖЕННЯ ПОВІТРЯ (57) Винахід відноситься до техніки вентиляції та кондиціювання повітря. Мета винаходу вЂ" підвищення глибини охолодження основного потоку повітря та зниження енергетичних витрат.

Теплообмінники (Т) 1 і 2 непрямо-випарного і прямого випарного охолодження повітря послідовно розташовані по ходу повітря. Т 1 має канали 3, 4 загального та допоміжного потоків повітря, Між Т 1 і 2 розташована камера 5 поділу повітряних потоків з пере„„SU„„1420312 д1. пускним каналом 6 та розміщеним у ньому регульованим клапаном 7. Нагнітач

8 з приводом 9 повідомлений входом 10 з атмосферою, а виходом 11 вЂ" з каналами

3 загального потоку повітря. Клапан 7 через блок управління підключений до датчика повітря в приміщенні. Канали

4 допоміжного потоку повітря повідомлено виходом 12 з атмосферою, а Т 2 виходом 13 основного потоку повітря з приміщенням. Канал 6 підключений до каналів 4 а привід 9 має регулятор

14 частоти обертання, підключений до блоку керування. При необхідності зменшення холодопродуктивності пристрою сигналу датчика т-ри повітря в приміщенні через блок управління частково прикривається клапан 7, і з використанням регулятора 14 знижується число обертів нагнітача із забезпеченням пропорційного зниження витрати загального потоку повітря на величину зменшення витрати допоміжного потоку повітря. 1 іл.

Винахід відноситься до техніки вентиляції та кондиціювання повітря.

Метою винаходу є підвищення глибини охолодження основного потоку повітря і зниження енергетичних витрат.

На кресленні представлена ​​важлива схема пристрою для двоступеневого випарного охолодження повітря. пристрій для двоступінчастого випарного охолодження повітря містить послідовно розташовані 15 ні по ходу повітря зрошувані водою теплообмінники 1 і 2 непрямо-випарного охолодження повітря, перший через яких має канали 3 і 4 загального і допоміжного потоків повітря. 20

Між теплообмснгнгками 1 і 2 розташована камера 5 1 леделения повітряних потоків з перегускним каналом 6 і розміщеним у ньому регульованим кллгином 7. Нлгнетлтель 8 с. приводом

9 повідомлений входом 10 з атмосферою, л виходом 11 вЂ" з каналами 3 загального потоку ltna;ty;:;3. регульований клапан 7 через блок керування підклкгчен до длтчика температури повітря в приміщенні (HP показаний) . Канали 4 допоміжного потоку повітря повідомлені виходом

12 з атмосферою, а теплообмінник 2 прямого викривального охолодження повітря виходом 13 основного потоку повітря вЂ" з пог1ещенггем. Перепускний канал 6 підкл. охллждени» l303духл і;ботає наступним чином.

Зовнішнє повітря через вхід 10 і 3- 45 ступає в ррлгнетлтель 8 і через вихід 11 ttartteTлется в канали 3 загального потоку повітря теплообмінник непрямо-випарного охолодження. При проходженні повітря в каналах 3 ilpo виходить зниження його ентальпії ttpta постійному влгосодержанпи, після чого загальний потік повітря надходить в камеру 5 р л е поділу повітряних птоків.

З камери 5 частина попередньо охолодженого повітря в вгде допоміжного потоку повітря через перепускний канал 6 надходить у зрошувані зверху канали 4 допоміжного потоку воєдуха, розташовані в теплообмінник е 1 перпендикулярно напру ленню загального потоку повітря, У каналах 4 відбувається випарно вниз по стінках каналів 4 плівки води і разом з тим охолодження проходить каналами 3 загального потоку повітря.

Уплжненггий і який підвищив свою энтальITHIt3 допоміжний потік повітря видаляється через вихід 12 в атмосферу або може бути використаний, наприклад, для вентиляції допоміжних приміщень або охолодження будується огорожі будівель. Основний потік повітря надходить з камери 5 поділу повітряних потоків!3 теплообмінник 2 прямого випарного охолодження, де повітря додатково охолоджується і збільшується при постійній ентальппі і одночасно забезпечується, після чого оброблення. і основний потік повітря через вихід 13 подається в зміщення. При необхідності умень tttc!tttIt Ttoëoltoïðоиеводительности влашт tet ITT за відповідним сигналом дат ікл температури повітря в приміщенні через блок управління (не показаний) члст гчно прикривається рег улиру- ° кллплн 7, що призводить до уменьttteI«t охолодження» загального потоку повітря в теплообміннику 1 непрямо-випарного охолодження. Одночасно з прикриттям

Р. гys!

tot:;ãêëå число оборотів нлгнетлтеля 8 із забезпеченням пропорційного.

»еп..tc1t ttãp!I I ного пот кл повітря.

1 срмуллиэобретения у.тройствс; для двохс гуггенчлтого ісплювального охолодження повітря, що містить і ос.гегго»л г егьпо p,lñ!TOITоженние по ходу повітря зрошувані! допоміжного потоків повітря, розташовану між теплообмінниками камеру розділення повітряних потоків з перепускним каналом і розміщепним в ньому регульований клапаном, наг віте тіл з приводом, загальний

Упорядник М. Ращепкін

Техред М.Ходанич Коректор С. Шекмар

Редактор М. Ціткіна

Тираж 663 Передплатне

ВНДІПД Державного комітету СРСР у справах винаходів та відкриттів

113035, Москва, Ж-35, Рауська наб., д. 4/5

Замовлення 4313/40

Виробничо-поліграфічне підприємство, м. Ужгород, вул. Проектна, 4 рій, а виходом вЂ" з каналами загального потоку повітря, причому регульований клапан через блок управління підключений до датчика температури повітря в приміщенні і допоміжного канали повітря повідомлені з атмосферою, а теплообмінник прямого випарного охолодження вЂ" з приміщенням, від т л ч а ю щ е з тим, що, з метою підвищення глибини охолодження основного потоку повітря і зниження енергетичних витрат, перепускний канал підключений до каналів допоміжного потоку повітря, а привід нагнетатепя забезпечений регулятором частоти обертання, підключеним до блоку управління.

Схожі патенти: