Двоступінчасте випарне охолодження кондиціювання. Принципова схема обробки повітря у місцевому кондиціонері двоступеневого випарного охолодження. Опис системи непрямо-випарного охолодження

Для обслуговування окремих невеликих приміщень або їх груп зручні місцеві кондиціонери випарного охолодження, що здійснюються на базі теплообмінника непрямого випарного охолодження з алюмінієвих накатних трубок (рис. 139). Повітря очищається у фільтрі 1 і надходить до вентилятора 2, після нагнітального отвору якого ділиться на два потоки - основний 3 і допоміжний 6. Допоміжний потік повітря проходить усередині трубок теплообмінника 14 непрямого випарного охолодження і забезпечує випарне охолодження охолодження води. Основний потік повітря проходить з боку ребра трубок теплообмінника і віддає через їх стінки тепло воді, що охолоджується випаром. Рециркуляція води в теплообміннику здійснюється за допомогою насоса 4, який забирає воду з піддону 5 і подає її на зрошення через перфоровані трубки 15. Теплообмінник непрямого випарного охолодження виконує в поєднаних кондиціонерах двоступеневого випарного охолодження роль першого ступеня.

При побудові процесів на i - d діаграмі та виборі технологічної схемиобробки повітря необхідно прагнути до раціонального використанняенергії, забезпечуючи економне витрачання холоду, теплоти, електроенергії, води, а також економію будівельної площізаймається обладнанням. З цією метою слід проаналізувати можливість економії штучного холоду шляхом застосування прямого та непрямого випарного охолодження повітря, застосування схеми з регенерацією теплоти повітря, що видаляється, та утилізацією теплоти вторинних джерел, при необхідності - використання першої та другої рециркуляції повітря, схеми з байпасом, а також керованих процесів у теплообмінних апаратів.

Рециркуляція застосовується у приміщеннях із значними теплонадлишками, коли витрата припливного повітря, визначений видалення надлишкової теплоти, більше, ніж необхідний витрата зовнішнього повітря. У теплий період року рециркуляція дозволяє скоротити витрати холоду в порівнянні з прямоточною схемою тієї ж продуктивності, якщо ентальпія зовнішнього повітря вище, ніж ентальпія повітря, що видаляється, а також відмовитися від другого підігріву. У холодний період - значно скоротити витрати теплоти на нагрівання зовнішнього повітря. При використанні випарного охолодження, коли ентальпія зовнішнього повітря нижче, ніж внутрішнього та видаленого, рециркуляція не є доцільною. Переміщення рециркуляційного повітря по мережі повітроводів завжди пов'язане з додатковими витратамиелектроенергії, що вимагає будівельний обсяг для розміщення рециркуляційних повітроводів. Рециркуляція буде доцільною, якщо витрати на її пристрій та функціонування будуть меншими, ніж одержувана економія теплоти та холоду. Тому при визначенні витрати припливного повітря завжди слід прагнути наблизити його до мінімально необхідного значення зовнішнього повітря, приймаючи відповідну схему розподілення повітря в приміщенні і тип розподільника повітря і, відповідно, прямоточну схему. Рециркуляція також не сумісна з регенерацією теплоти повітря, що видаляється. З метою скорочення витрати теплоти на нагрівання зовнішнього повітря в холодний період року слід проаналізувати можливість використання вторинної теплоти від низькопотенційних джерел, а саме: теплоти віддаленого повітря, газів, що відходять, теплогенераторів і технологічного обладнання, теплоти конденсації холодильних машин, теплоти освітлювальної арматури, теплоти стічних воді т.д. Теплообмінники регенерації теплоти повітря, що видаляється, дозволяють також дещо знизити витрату холоду в теплу пору року в районах зі спекотним кліматом.

Щоб зробити правильний вибірнеобхідно знати можливі схеми обробки повітря та їх особливості. Розглянемо найбільш прості процесизміни стану повітря та їх послідовність у центральних кондиціонерах, які обслуговують одне приміщення великого обсягу.

Зазвичай визначальним режимом для вибору технологічної схеми обробки та визначення продуктивності системи кондиціювання повітря є теплий період року. У холодний період року прагнуть зберегти витрату припливного повітря, визначену для теплого періоду року, та схему обробки повітря.

Двоступінчасте випарне охолодження

Температура мокрого термометра основного потоку повітря після охолодження в поверхневому теплообміннику непрямого випарного охолодження має більш низьке значення порівняно з температурою мокрого термометра зовнішнього повітря як природна межа випарного охолодження. Тому при подальшій обробці основного потоку в контактному апараті методом прямого охолодження випаровування можна отримати більш низькі параметри повітря в порівнянні з природною межею. Така схема послідовної обробки повітря основного потоку повітря методом непрямого та прямого випарного охолодження називається двоступеневим випарним охолодженням. Схема компонування устаткування центрального кондиціонера, що відповідає двоступінчастому випарному охолодженню повітря, представлена ​​малюнку 5.7 а. Для неї також характерна наявність двох потоків повітря: основного та допоміжного. Зовнішнє повітря, що має більше низьку температурупо мокрому термометру, ніж внутрішнє повітря в приміщенні, що обслуговується, надходить в основний кондиціонер. У першому охолоджувачі повітря він охолоджується за допомогою непрямого випарного охолодження. Далі він надходить у блок адіабатного зволоження, де охолоджується та зволожується. Випарне охолодження води, що циркулює через поверхневі охолоджувачі повітря основного кондиціонера, здійснюється при її розпиленні в блоці адіабатного зволоження у допоміжному потоці. Циркуляційний насосзабирає воду з піддону блоку адіабатного зволоження допоміжного потоку і подає її в охолоджувачі повітря основного потоку і далі - на розпилення у допоміжному потоці. Втрата води від випаровування в основному і допоміжному потоці заповнюється через поплавкові клапани. Після двох ступенів охолодження повітря подається до приміщення.

У системах опалення, вентиляції та кондиціонування адіабатичне випаровування зазвичай асоціюється із зволоженням повітря, проте в Останнім часомданий процес набуває зростаючої популярності в самих різних країнахсвіту і дедалі 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 системахкондиціювання 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 складіввикористовується 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 його 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 повітря припливу всередині приміщення, тому для оцінки застосовності даного способурекомендується брати за основу формулу, відому як показник температури і дискомфорту. За формулою обчислюється комфортна температурау градусах Цельсія з урахуванням вологості та показань температури по сухому термометру (таблиця 1). Забігаючи вперед, відзначимо, що система прямого випарного охолодження застосовується тільки в тих випадках, коли вуличне повітря в літній періодмає високі значення температури по сухому термометру та низький абсолютний рівень вологості.

Непряме випарне охолодження

Для підвищення ефективності випарного охолодження при високої вологостівуличного 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 схемароботи 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 у встановленні 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 рекуператоравуличне повітря у системі вентиляції охолоджується на 6 °С. Застосування випарного охолодження витяжного повітря збільшить різницю температур з 6°C до 10°C без зростання споживання електроенергії та рівня вологості у приміщенні. Застосування непрямого випарного охолодження ефективно при високих теплопритоках, наприклад в офісних та торгових центрах, ЦОДах, виробничих приміщенняхі т.д.

Система непрямого охолодження із застосуванням адіабатичного зволожувача CAREL серії humiFog:

Кейс: Оцінка витрат непрямої системи адіабатичного охолодження проти охолодженням з використанням чиллеров.

На прикладі офісного центру із постійним перебуванням 2000 осіб.

Умови розрахунку
Вулична температура та вміст вологи:	+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 значно вища порівняно з 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 євро.

• Капітальні витрати на охолодження повітря без системи непрямого охолодження.

Вартість чиллера потужністю охолодження 62,3 кВт становить приблизно 12 460 €, виходячи із вартості 200 € за 1 кВт холодильної потужності. Необхідно враховувати, що вартість монтажу системи холодопостачання з урахуванням усіх витрат суттєво вища порівняно із 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 повітря для системи з непрямим охолодженням.

Витрата води на непряме охолодженнястановить 117 кг/год для однієї припливно-витяжної установки, з урахуванням втрат 10% приймемо її як 130 кг/год.

Потужність 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.

Необхідна холодильна потужність складає 62,3 кВт на одну припливно-витяжну установку.

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 кондиціювання будівлі з 729 кВт до 647 кВт, або на 11,3%.

Знизити експлуатаційні витрати на системи кондиціювання будівлі з 65,61 €/година до 58,47 €/година, або на 10,9%.

Таким чином, незважаючи на те, що охолодження свіжого повітрястановить приблизно 10–20% від загальної потреби в охолодженні офісних та торгових центрівСаме 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)

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 частинанасадки занурена в піддон з рідиною (1)

Недоліком цього кондиціонера є невисока ефективність охолодження повітря.

Найбільш близьким технічним рішеннямдо винаходу є кондиціонер двоступеневого 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 охолодженнярідини та канал для подачі в камеру повітря іе зовнішнього середовища, виконаний звужується 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 пропонованому кондиціонері елементи для додаткового охолодження виконуються 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 зображена принципова схемакондиціонера, 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 іе зовнішнього середовища, при цьому канал виконаний планно звужується в напрямку до вхідного отвору повітряної 12 порожнини

13 камери 8. Всередині камери розміщено елементи для додаткового охолодження повітря. Вони виконані у вигляді теплообмінної перегородки 14, розташованої вертикально і закріпленої на стінці камери 15, протилежної стінці 16, щодо якої перегородка розташована з зазором, Перегородка розділяє камеру на дві сполучені порожнини 17 і 18.

У камері передбачено вікно 19, в.якому встановлений краплеуловлювач 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 камери 18, 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 резервуара 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. У даному випадку рушійною силоюпроцесу 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 вмісті, то психрометрична різниця температур потоку повітря 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 потік повітря, що подається для охолодження води, 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.духа.L .„, попередньо охолодившись без 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. Той, хто вступає в порожнину

17 камери потік повітря, обтікаючи перегородку, також охолоджується, але без зміни вмісту. формула винаходу

1. Кондиціонер двоступеневого 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 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.

Для приміщень з великими надлишками явного тепла, де потрібна підтримка високої вологості внутрішнього повітря, застосовуються системи кондиціювання 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 використовуватися зрошувальні камери кондиціонерів або інші контактні апарати, бризкі басейни, градирні та інші.

Вода, охолоджена випаровуванням в потоці повітря, з температурою, надходить у поверхневий теплообмінник – охолоджувач повітря кондиціонера основної протоки повітря, де повітря змінює свій стан від значень до значень (т.), температура води при цьому підвищується до. 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

Рис.3.4. діаграма непрямого випарного охолодження

Лінія - пряме випарне охолодження.

Якщо в приміщенні надлишки тепла складають, то при непрямому випарному охолодженні витрата припливного повітря складе

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 розроблено 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.

Мал. 3.5. Схема пристрою суміщеного апарату непрямого випарного охолодження: 1,2 група каналів; 3- водорозподільний пристрій; 4-піддон

Мал. 3.6. Схема ВКВ двоступінчастого випарного охолодження. 1-поверхневий охолоджувач повітря; 2-зрошувальна камера; 3- градирня; 4-насос; 5-байпас із повітряним клапаном; 6-вентилятор

З метою уніфікації обладнання для охолодження випарів замість градирні можна використовувати зрошувальні камери типових центральних кондиціонерів.

Зовнішнє повітря надходить у кондиціонер і на першому ступені охолодження (повітроохолоджувачі) охолоджується при постійному вмісті вологи. 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 води повітрям. Охолодження відбувається за рахунок випаровування частини води, що стікає зрошувачем під дією сили тяжіння (випаровування 1% води знижує її температуру приблизно на 6).

Мал. 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, яке направляється в приміщення вентилятором, що обслуговується.