У сучасній кліматичній техніці велика увага приділяється енергоефективності обладнання. Цим пояснюється зростання в Останнім часомінтерес до водовипарних систем охолодження на основі непрямо-випарних теплообмінних апаратів (непрямо-випарних систем охолодження). Водовипарювальні системи охолодження можуть виявитися ефективним рішеннямдля багатьох регіонів нашої країни, клімат яких відрізняється 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), як у потік повітря впорскується вода, як знижує температуру повітря, а й збільшує його вологовміст. При цьому лінія процесу на I d-діаграмі вологого повітря йде адіабатом, 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 випадкуйде 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 виконаннята відносно низька вартість, пов'язані з відсутністю жорстких вимог до герметичності системи та її окремих вузлів, відсутністю складних і дорогих машин (холодильних компресорів), малими надмірними тискамиу циклі, низькою металоємністю та можливістю широкого використання пластмас.
Системи охолодження, що використовують ефект поглинання теплоти під час випаровування води, відомі дуже давно. Однак на даний моментводовипарні системи охолодження поширені досить 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. негативних температурахта їх непридатністю до експлуатації за високої відносної вологості зовнішнього повітря. Далося взнаки і те, що основні апарати подібних систем (градирні, теплообмінники), що використовувалися раніше, мали великі габарити, масу та інші недоліки, пов'язані з роботою в умовах високої вологості. Крім того, їм потрібна система водопідготовки.
Однак сьогодні завдяки технічному прогресу набули поширення високоефективні та компактні градирні, здатні охолодити воду до температур, всього на 0,8...1,0° С, що відрізняються від температури повітряного потоку, що входить у градирню, по мокрому термометру.
Тут особливо слід відзначити градирні компаній Muntes та SRH-Lauer. Такий малий температурний тиск вдалося забезпечити головним чином за рахунок оригінальної конструкції насадки градирні, що володіє унікальними властивостями- гарною змочуваністю, технологічністю, компактністю.
Опис системи непрямо-випарного охолодження
У системі непрямо-випарного охолодження атмосферне повітряз 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 в «уповільненні» зростання температури повітря за рахунок паралельного його зволоження: як відомо, однієї й тієї ж зміни теплової енергії можна досягти як зміною тільки 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 вологістьповітря довкілля, %;
- 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 - необхідна 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 теплоприпливи,
- Тиск повітря в системі дорівнює атмосферному (локальні зміни тиску повітря внаслідок його нагнітання вентилятором або проходження через аеродинамічні опори незначно малі, що дозволяє використовувати I d діаграму вологого повітря для атмосферного тиску на всьому протязі розрахунку системи).
Порядок інженерного розрахунку аналізованої системи полягає в наступному (рисунок 4):
1. По 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. Приріст 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 вологості (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, виходячи з конкретних умов роботи в діапазоні ~ (0,5…5,0), °С. При цьому слід мати на увазі, що малі значення ∆t х спричинять великі розміри теплообмінного апарату. Для забезпечення малих значень ∆t х необхідно використовувати високоефективні теплопередаючі поверхні;
∆t wгр вибирається в діапазоні (0,8…3,0), °З; менші значення ∆t wгр слід набувати в 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 та кривої 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 i d діаграми (c великою зручністю може бути використана сукупність Q t і i t-діаграм, проте вони менш поширені, тому в даному розрахунку використана i d 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 φ пр =1 і отримуємо точку торкання «k».
- Від точки дотику «k» по ізоентальпі (адіабат, 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 із 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 = G o (i 1 - i 2); (9)
Теплове навантаження теплообмінника по водяному потоку, Вт:
Q wmo = G ow C pw (t 2w - t 1w); (10)
Матеріальний баланс повітряних потоків:
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 за допоміжним потоком, 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, необхідна 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 для конструктивних розрахунків елементів 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 зазначити, 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 непрямо-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, тоді 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 застосування системи непрямо-випарного охолодження на даний момент мало. Однак з'явилися апарати подібного, але дещо іншого принципу дії: повітро-повітряних теплообмінних апаратів з адіабатним зволоженням зовнішнього повітря (системи «псевдонепрямого» випаровування, де другим потоком у теплообміннику служить 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 кондиціонування повітря поїздів, залів для глядачів різного призначення, центрах обробки даних і на інших об'єктах.
Мета їхнього впровадження — максимально можливе зниження тривалості роботи енергоємного компресорного холодильного обладнання. Натомість при зовнішніх температурах аж до 25°С (а іноді й вище), використовується повітряно-повітряний теплообмінник, у якому рециркуляційне повітря приміщення охолоджується зовнішнім повітрям.
Для більшої ефективності роботи апарата зовнішнє повітря попередньо зволожується. У складніших системах зволоження виробляється у процесі теплообміну (упорскування води в канали теплообмінника), що 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.
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 поділу повітряних потоків з перепускним каналом 6 і розміщеним у ньому per TiHpyeMbiM клапаном 7. Нагнітач 8 з приводом 9 повідомлений входом 10 з атмосферою, а виходом 11 - з каналами 3обп(його потоку повітря Клапан 7 управління 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 управління.При необхідності зменшення холодопродуктивності пристрою по сигналу датчика т-ри повітря в приміщенні через блок управління частково прикривається клапан 7, і з використанням1 регулятора 14 пон гжaeтcя число оборотів нагнітувача 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 оборотів 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 двоступінчастого 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 в ньому регульованим кллгином 7. Нлгнетлтель 8 с. приводом
9 повідомлений входом 10 з атмосферою, л виходом 11 вЂ" з 3 каналами загального потоку ltna;ty;:;3. регульований клапан 7 через блок управління підклкгчен до длтчик температури повітря в приміщенні (HP показаний) . Канали 4 допоміжного потоку повітря повідомлені виходом
12 з атмосферою, а теплообмінник 2 прямого іспитового охолодження повітря виходом 13 основного потоку повітря вЂ" з пог1ещенггем. Перепускний канал 6 підкл. охллждени» l303духл; ботає наступним чином.
Зовнішнє повітря через вхід 10 і 3- 45 ступає в рллгнетлтель 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 у вгде допоміжного потоку повітря через перепускний канал 6 надходить у зрошувані зверху канали 4 допоміжного потоку воедуха, розташовані в теплообміннику 1 перпендикулярно напру ленню загального потоку повітря, У каналах 4 відбувається випаровування вниз по стінках 4 каналів плівки води і разом з тим охолодження проходить по каналах 3 загального потоку повітря.
Уплжненггий і підвищив свою ентальITHIt3 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 унллжняется при постійній ентальпі і одночасно забезпечується, після чого оброблення. і основний потік повітря через 13 вихід подається в псмещение. При необхідності уменьtttc!tttIt Ttoëoltoïðоиеводительності влашт tet ITT по відповідному сигналу дат ікл температури повітря в приміщенні через блок управління (не показаний) члст гчно прикривається рег улиру- ° клплн 7, що призводить до уменьttteI«t охолодження» загального потоку повітря в теплообміннику 1 непрямо-випарного охолодження. Одночасно з прикриттям
Р. гys!
tot:;ãêëåться число оборотів нлгнетлтеля 8 із забезпеченням пропорційного.
»еп..tc1t ttãp!I I ного піт кл повітря.
1 срмуллиэобретения у.тройствс; для двохс гуггенчлтого ісплительного охолодження повітря, що містить і ос.гегго»л г егьпо p,lñ!TOITоженні по ходу повітря зрошувані! допоміжного потоків повітря, розташовану між теплообмінниками камеру розділення повітряних потоків з перепускним каналом і розміщепним в ньому регульованим клапаном, наг віту тіл з приводом.
Упорядник М. Ращепкін
Техред М.Ходанич Коректор С. Шекмар
Редактор М. Циткіна
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 є тим, що, з метою підвищення глибини охолодження основного потоку повітря і зниження енергетичних витрат, перепускний канал підключений до каналів допоміжного потоку повітря, а привід нагнітатепу забезпечений регулятором частоти обертання, підключеним до блоку управління.
Схожі патенти:
Для приміщень з великими надлишками явного тепла, де потрібна підтримка високої вологості внутрішнього повітря, застосовуються системи кондиціонування повітря, що використовують принцип непрямого випарного охолодження.
Схема складається із системи обробки основного потоку повітря та системи випарного охолодження (рис 3.3. рис. 3.4). Для охолодження води можуть використовуватись зрошувальні камери кондиціонерів або інші контактні апарати, бризкальні басейни, градирні та інші.
Вода, охолоджена випаровуванням в потоці повітря, з температурою, надходить у поверхневий теплообмінник – повітроохолоджувач кондиціонера основного протоки повітря, де повітря змінює свій стан від значень до значень (т.), температура води при цьому підвищується. Вода, що нагрілася, надходить у контактний апарат, де охолоджується шляхом випаровування до температури і цикл повторюється знову. Повітря, що проходить через контактний апарат, змінює стан від параметрів до параметрів (т.). Припливне повітря, асимілюючи тепло та вологу, змінює свої параметри до стану т., а потім до стану.
Рис.3.3. Схема непрямого випарного охолодження
1-теплообмінник-повітроохолоджувач; 2-контактний апарат
3.4. діаграма непрямого випарного охолодження
Лінія – пряме випарне охолодження.
Якщо в приміщенні надлишки тепла складають, то при непрямому випарному охолодженні витрата припливного повітря становитиме
при прямому випарному охолодженні
Оскільки >, то<.
<), что позволяет расширить область возможного использования принципа испарительного охлаждения воздуха.
Зіставлення процесів показує, що з непрямому випарному охолодженні продуктивність ВКВ виявляється нижче, ніж за прямому. Крім того, при непрямому охолодженні вологовміст припливного повітря нижчий (<), что позволяет расширить область возможного использования принципа испарительного охлаждения воздуха.
На відміну від роздільної схеми непрямого випарного охолодження, розроблені апарати суміщеного типу (рис 3.5). Апарат включає дві групи каналів, що чергуються, розділених стінками. Через групу 1 каналів проходить допоміжний потік повітря. По поверхні стін каналу стікає вода, що подається через водорозподільний пристрій. Деяка кількість води подається до водорозподільного пристрою. При випаровуванні води знижується температура допоміжного потоку повітря (при збільшенні його вмісту вологи), а також охолоджується стінка каналу.
Для підвищення глибини охолодження основного потоку повітря розроблено багатоступінчасту схему обробки основного потоку, застосовуючи які теоретично можна досягти температури точки роси (рис. 3.7).
Установка складається з кондиціонера та градирні. У кондиціонері проводиться непряме і пряме ізоентальпійне охолодження повітря приміщень, що обслуговуються.
У градирні відбувається випарне охолодження води, що живить поверхневий охолоджувач повітря кондиціонера.
Рис. 3.5. Схема пристрою суміщеного апарату непрямого випарного охолодження: 1,2 група каналів; 3- водорозподільний пристрій; 4-піддон
Рис. 3.6. Схема ВКВ двоступінчастого випарного охолодження. 1-поверхневий повітроохолоджувач; 2-зрошувальна камера; 3- градирня; 4-насос; 5-байпас із повітряним клапаном; 6-вентилятор
З метою уніфікації обладнання випарного охолодження замість градирні можна використовувати зрошувальні камери типових центральних кондиціонерів.
Зовнішнє повітря надходить у кондиціонер і першому ступені охолодження (повітряохолоджувачі) охолоджується при постійному вологовмісті. Другим ступенем охолодження є зрошувальна камера, що працює в режимі ізоентальпійного охолодження. Охолодження води, що живить поверхні водоохолоджувача, проводиться в градирні. Вода у цьому контурі циркулює за допомогою насоса. Градирня – пристрій для охолодження атмосферним повітрям. Охолодження відбувається з допомогою випаровування частини води, стекающей по зрошувачу під впливом сили тяжкості (випаровування 1% води знижує її температуру приблизно 6).
Рис. 3.7. діаграма з режимом двоступінчастого випарного
охолодження
Камера зрошення кондиціонера оснащується байпасним каналом з повітряним клапаном або має регульований процес, що забезпечує регулювання повітря, що спрямовується в приміщення вентилятором.
Союз Радянських
Соціалістичних
Республік
Державний комітет
СРСР у справах винаходів та відкриттів (53) УДК 629. 113. .06.628.83 (088.8) (72) Автори винаходу
В. С. Майсоцінко, А. Б. Цимерман, М. Г. та І. N. Печерська
Одеський інженерно-будівельний інститут (71) Заявник (54)
ОХЛЮ (ДІЇ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО ЗАСОБИ
Винахід відноситься до галузі транспортного машинобудування і може бути використане для кондиціювання повітря у транспортних засобах.
Відомі кондиціонери для транспортних засобів, що містять повітряну щілинну випарну насадку з повітряними та водяними каналами, відокремленими один від одного стінками з мікропористих пластин, при цьому нижня частина насадки занурена в піддон з рідиною (1)
Недоліком цього кондиціонера є невисока ефективність охолодження повітря.
Найбільш близьким технічним рішенням до винаходу є кондиціонер двоступінчастого випарного охолодження для транспортного засобу, що містить теплообмінник, піддон з рідиною, в який занурена насадка, камеру для охолодження рідини, що надходить в теплообмінник, з елементами для додаткового охолодження рідини і канал для подачі в камеру повітря і , виконаний звуженням у напрямку до вхідного отвору камери (2
У цьому компресорі елементи для додаткового охолодження повітря виконані у вигляді форсунок.
Однак ефективність охолодження в цьому компресорі також недостатня, оскільки межею охолодження повітря в цьому випадку температура мокрого термометра допоміжного потоку повітря в піддоні.
10 крім того, відомий кондиціонер конструктивно складний і містить вузли, що дублюються (два насоси, дві ємності).
Мета винаходу вЂ" підвищення сте15 пені ефективності охолодження та компактності пристрою.
Мета досягається тим, що в запропонованому кондиціонері елементи для додаткового охолодження виконані у вигляді теплообмінної перегородки, розташованої вертикально і закріпленої на одній зі стінок камери з утворенням зазору між нею і стінкою камери, що протилежить їй, а
25 з боку однієї іе поверхонь перегородки встановлений резервуар з рідиною, що стікає по згаданій поверхні перегородки при цьому камера і піддон виконані за одне ціле.
Насадка виконана у вигляді блоку з капілярно-пористого матеріалу.
На фіг. 1 зображено принципову схему кондиціонера, на фіг. 2 раєреє A-A на фіг. 1.
Кондиціонер складається з двох ступенів охолодження повітря: перший ступінь - охолодження повітря в теплообміннику 1, другий ступінь - охолодження його в насадці 2, яка виконана у вигляді блоку иэ капілярно-пористого матеріалу.
Перед теплообмінником встановлений вентилятор 3, що приводиться so обертання електродвигуном 4 ° Для циркуляції води в теплообміннику співвісно з електродвигуном встановлений водяний насос 5, що подає воду трубопроводами 6 і 7 з камери 8 н резервуар 9 з рідиною. Теплообмінник 1 встановлений н піддоні 10, який виконаний за одне ціле з камерою
8. До теплообмінника примикає канал
11 для подачі повітря иэ зовнішнього середовища, при цьому канал виконаний звужується планно в напрямку до вхідного отвору 12 повітряної порожнини
13 камери 8. Усередині камери розміщено елементи для додаткового охолодження повітря. Вони виконані у вигляді теплообмінної перегородки 14, розташованої вертикально і закріпленої на стінці 15 камери, що протилежить стінці 16, щодо якої перегородка розташована із зазором, Перегородка розділяє камеру на дві сполучені порожнини 17 і 18.
У камері передбачено вікно 19, в.якому встановлено каплеуловлювач 20, а н піддоні виконаний проріз 21. потік L
У зв'язку з виконанням каналу 11 звужується до вхідного отвору 12 ! порожнини 13 швидкість потоку збільшується, і зазор, утворений між згаданими каналом і вхідним отвором, підсмоктується зовнішнє повітря, збільшуючи тим самим масу допоміжного потоку. Цей потік надходить у порожнину 17. Потім цей потік повітря, обігнувши перегородку 14, надходить у порожнину 18 камери, де він рухається в протилежному своєму руху в порожнині 17 напрямку. У порожнині 17 назустріч руху повітряного потоку перегородкою стікає плівка 22 рідини - води з резервуару 9.
При контакті потоку повітря і води в результаті випарного ефекту тепло з порожнини 17 передається через перегородку 14 плівці 22 води, сприяючи додатковому її випаровування. Після цього порожнину 18 надходить потік повітря з нижчою температурою. Це, у свою чергу, тягне до ще більшого зниження температури перегородки 14, що викликає додаткове охолодження потоку повітря в порожнині 17. Отже, температура потоку повітря знову знижуватиметься після огинання перегородки і попадання н порожнину
18. Теоретично процес охолодження продовжуватиметься доти, доки його рушійна сила не стане рівною нулю. В даному випадку рушійною силою процесу випарного охолодження є психометрична різниця -температур потоку повітря після повороту його щодо перегородки і вступає н контакт з плівкою води в порожнині 18. Так як потік повітря попередньо охолоджується в порожнині 17 при незмінному податку, то психрометрична різниця температур в порожнині 18 прагне нулю при наближенні до точки роси. Отже, межею охолодження води є температура точки роси зовнішнього повітря. Тепло від води надходить у потік повітря н порожнини 18, при цьому повітря нагрівається, улагоджується і через вікно 19 і краплеулонитель 20 викидається на атмосферу.
Таким чином, в камері 8 організовано протиноточний рух середовищ, що обмінюються теплом, а розділяюча теплообмінна перегородка дозволяє непрямим шляхом попередньо охолодити подається для охолодження води потік повітря за рахунок процесу випаровування води, Охолоджена вода по перегородці стекат в низ камери, а так як остання виконана за одне ціле з піддоном, звідти насосом подається в теплообмінник 1, а також витрачається на змочування насадки за рахунок внутрішньокапілярних сил.
Таким чином, основний потік воз.ду.L .„, попередньо охладнившись бее зміни вологовмісту в теплообміннику 1, надходить на подальше охолодження в насадку 2. , не змінюючи свого теплозмісту. Далі основний потік повітря через отвір у піддоні
59 і охолоджується, охолоджуючи при цьому і перегородку. Вступає в порожнину
17 камери потік повітря, обтікаючи перегородку, також охолоджується, але без зміни вмісту. формула винаходу
1. Кондиціонер двоступінчастого випарного охолодження для транспортного засобу, що містить теплообмінник, підцон з рідиною, в який занурена насадка, камеру для охолодження рідини, що надходить в теплообмінник, з елементами для додаткового охолодження рідини і канал для подачі в камеру повітря з зовнішнього середовища, виконаний сужа до вхідного отвору камери, о т л і ч а ю щ і с я. тим, що, з метою підвищення ступеня ефективності охолодження і компактності компресора, елементи для додаткового охолодження повітря виконані у вигляді теплообмінної перегородки, розташованої вертикально і закріпленої на одній зі стінок камери з утворенням зазору між нею і стінкою камери, що протилежить їй, а з боку однієї з поверхонь перегородки встановлений резервуар з рідиною, що стікає по згаданій поверхні перегородки, при цьому камера і піддон виконані одне ціле.
У системах опалення, вентиляції та кондиціонування адіабатичне випаровування зазвичай асоціюється зі зволоженням повітря, проте останнім часом цей процес набуває зростаючої популярності в різних країнах світу і все частіше застосовується для «природного» охолодження повітря.
ЩО ТАКЕ ІСПАРУВАЛЬНЕ ОХОЛОДЖЕННЯ?
Випарне охолодження лежить в основі однієї з перших придуманих людиною систем охолодження простору, де охолодження повітря відбувається за рахунок природного випаровування води. Дане явище дуже поширене і зустрічається повсюдно: одним із прикладів може бути відчуття холоду, яке ви відчуваєте, коли вода випаровується з поверхні вашого тіла під впливом вітру. Те саме відбувається і з повітрям, в якому розпорошується вода: оскільки цей процес відбувається без зовнішнього джерела енергії (саме це і означає слово «адіабатичний»), тепло, необхідне для випаровування води, береться з повітря, яке, відповідно, стає холоднішим.
Використання такого способу охолодження в сучасних системах кондиціонування забезпечує високу холодопродуктивність при низькому споживанні електроенергії, оскільки в цьому випадку електрика витрачається тільки для підтримки процесу випаровування води. У той же час як охолоджувач замість хімічних складів використовується звичайна вода, що робить випарне охолодження вигіднішим економічно і не завдає шкоди екології.
ВИДИ ІСПАРНОГО ОХОЛОДЖЕННЯ
Існує два основних способи випарного охолодження - пряме та непряме.
Пряме випарне охолодження
Пряме випарне охолодження - це процес зниження температури повітря в приміщенні за допомогою безпосереднього зволоження. Іншими словами, за рахунок випаровування розпорошеної води відбувається охолодження навколишнього повітря. При цьому роздача вологи здійснюється або безпосередньо в приміщенні за допомогою промислових зволожувачів і форсунок, або за рахунок насичення вологою припливного повітря і його охолодження в секції вентиляційної установки.
Слід зазначити, що в умовах прямого випарного охолодження неминуче значне підвищення вологості припливного повітря всередині приміщення, тому для оцінки застосування даного способу рекомендується брати за основу формулу, відому як показник температури і дискомфорту. За формулою обчислюється комфортна температура в градусах Цельсія з урахуванням вологості та показань температури сухого термометра (таблиця 1). Забігаючи вперед, відзначимо, що система прямого випарного охолодження застосовується тільки в тих випадках, коли вуличне повітря в літній період має високі значення температури сухого термометра і низький абсолютний рівень вологості.
Непряме випарне охолодження
Для підвищення ефективності випарного охолодження за високої вологості вуличного повітря рекомендується поєднувати випарне охолодження з рекуперацією тепла. Ця технологія відома як "непряме випарне охолодження" і підходить практично для будь-якої країни світу, включаючи країни з дуже вологим кліматом.
Загальна схема роботи припливно-вентиляційної системи з рекуперацією полягає в тому, що гаряче повітря, проходячи через спеціальну теплообмінну касету, охолоджується за рахунок прохолодного повітря, що видаляється з приміщення. Принцип роботи непрямого випарного охолодження полягає в установці системи адіабатичного зволоження у витяжному каналі припливно-витяжних центральних кондиціонерів з подальшою передачею холоду через рекуператор припливного повітря.
Як показано на прикладі, за рахунок використання пластинчастого рекуператора, вуличне повітря в системі вентиляції охолоджується на 6 °С. Застосування випарного охолодження витяжного повітря збільшить різницю температур з 6°C до 10°C без збільшення споживання електроенергії та рівня вологості у приміщенні. Застосування непрямого випарного охолодження ефективно при високих теплопритоках, наприклад, в офісних та торгових центрах, ЦОДах, виробничих приміщеннях тощо.
Система непрямого охолодження із застосуванням адіабатичного зволожувача CAREL серії humiFog:
Кейс: Оцінка витрат непрямої системи адіабатичного охолодження проти охолодженням з використанням чиллерів.
На прикладі офісного центру із постійним перебуванням 2000 осіб.
| Умови розрахунку | |
| Вулична температура та вологовміст: | +32ºС, 10,12 г/кг (показники взяті для Москви) |
| Температура повітря у приміщенні: | +20 ºС |
| Вентиляційна система: | 4 припливно-витяжні установки продуктивністю 30 000 м3/год (подача повітря за санітарними нормами) |
| Потужність системи охолодження з урахуванням вентиляції: | 2500 кВт |
| Температура повітря: | +20 ºС |
| Температура витяжного повітря: | +23 ºС |
| Ефективність рекуперації за явним теплом: | 65% |
| Централізована система охолодження: | Система чиллер-фанкойл із температурою води 7/12ºС |
Розрахунок
- Для розрахунку обчислюємо відносну вологість повітря на витяжці.
- За температури в системі охолодження 7/12 °С точка роси витяжного повітря з урахуванням внутрішніх вологовиділень становитиме +8 °С.
- Відносна вологість повітря на витяжці становитиме 38%.
*Необхідно враховувати, що вартість монтажу системи холодопостачання з урахуванням усіх витрат суттєво вища порівняно із системами непрямого охолодження.
Капітальні витрати
Для аналізу беремо вартість обладнання – чилерів для системи холодопостачання та системи зволоження для непрямого випарного охолодження.
- Капітальні витрати на охолодження повітря для системи з непрямим охолодженням.
Вартість однієї стійки зволоження Optimist виробництва Carel (Італія) у припливно-витяжній установці складає 7570€.
- Капітальні витрати на охолодження повітря без системи непрямого охолодження.
Вартість чиллера потужністю охолодження 62,3 кВт становить приблизно 12460 €, виходячи з вартості 200 € за 1 кВт холодильної потужності. Необхідно враховувати, що вартість монтажу системи холодопостачання з урахуванням усіх витрат значно вища порівняно з системами непрямого охолодження.
Експлуатаційні витрати
Для аналізу приймаємо вартість водопровідної води 0,4 € за 1 м3 та вартість електроенергії 0,09 € за 1 кВт/год.
- Експлуатаційні витрати на охолодження припливного повітря для системи з непрямим охолодженням.
Витрата води на непряме охолодження становить 117 кг/год на одну припливно-витяжну установку, з урахуванням втрат 10% приймемо її як 130 кг/год.
Потужність потужності системи зволоження становить 0,375 кВт для однієї припливно-витяжної установки.
Підсумкові витрати на годину становлять 0,343€ за 1 годину експлуатації системи.
- Експлуатаційні витрати на охолодження повітря без системи непрямого охолодження.
Холодильний коефіцієнт беремо рівним 3 (співвідношення потужності охолодження до споживаної потужності).
Підсумкові витрати на годину становлять 7,48 € за 1 годину експлуатації.
Висновок
Використання непрямого випарного охолодження дозволяє:
Зменшити капітальні витрати на охолодження припливного повітря на 39%.
Зменшити енергоспоживання на системи кондиціонування будівлі з 729 кВт до 647 кВт, або на 11,3%.
Знизити експлуатаційні витрати на системи кондиціонування будівлі з 65,61 €/годину до 58,47 €/годину, або на 10,9%.
Таким чином, незважаючи на те, що охолодження свіжого повітря становить приблизно 10–20% загальної потреби в охолодженні офісних та торгових центрів, саме тут є найбільші резерви у підвищенні енергоефективності будівлі без істотного зростання капітальних витрат.
Статтю підготовлено фахівцями компанії ТЕРМОКОМ для публікації в журналі ON №6-7 (5) червень-липень 2014 (стор.30-35)
Завантаження...