El sistema bajo consideración consta de dos acondicionadores de aire.
el principal, en el que se procesa el aire para las instalaciones atendidas, y el auxiliar, la torre de enfriamiento. El propósito principal de la torre de enfriamiento es el enfriamiento por evaporación de aire del agua que alimenta la primera etapa del acondicionador de aire principal durante el período cálido del año (intercambiador de calor de superficie PT). La segunda etapa del acondicionador de aire principal: la cámara de riego OK, que funciona en el modo de humidificación adiabática, tiene un canal de derivación: derivación B para controlar la humedad en la habitación.
Además de los acondicionadores de aire, se pueden usar para enfriar el agua torres de enfriamiento, torres de enfriamiento industrial, fuentes, piscinas de aspersión, etc.. En áreas con un clima cálido y húmedo, en algunos casos, además del enfriamiento por evaporación indirecta, se utilizado.
sistemas multietapa enfriamento evaporativo. El límite teórico para la refrigeración por aire con este tipo de sistemas es la temperatura del punto de rocío.
Los sistemas de aire acondicionado que usan enfriamiento evaporativo directo e indirecto tienen más Area Amplia aplicaciones) en comparación con los sistemas que usan solo enfriamiento de aire evaporativo directo (adiabático).
Se sabe que el enfriamiento evaporativo de dos etapas es el más adecuado en
regiones secas y cálidas. Con enfriamiento de dos etapas, más de temperaturas bajas, menos intercambios de aire y menor humedad relativa en las habitaciones que con el enfriamiento de una sola etapa. Esta propiedad refrigeración en dos etapas provocó una propuesta para cambiar completamente a refrigeración indirecta y una serie de otras propuestas. Sin embargo, en igualdad de condiciones, el efecto de la acción posibles sistemas El enfriamiento por evaporación depende directamente de los cambios en las condiciones del aire exterior. Por lo tanto, dichos sistemas no siempre aseguran el mantenimiento de los parámetros de aire requeridos en habitaciones con aire acondicionado durante la temporada e incluso un día. Se puede obtener una idea de las condiciones y los límites del uso conveniente del enfriamiento evaporativo de dos etapas comparando los parámetros normalizados del aire interior con los posibles cambios en los parámetros del aire exterior en áreas con un clima seco y cálido.
el cálculo de dichos sistemas debe realizarse con usando Jd diagramas en el siguiente orden.
Sobre el gráfico j-d coloque puntos con los parámetros de diseño de aire exterior (H) e interior (B). En el ejemplo considerado, de acuerdo con la asignación de diseño, se toman los siguientes valores: tн = 30 °С; tv = 24 °С; fa = 50%.
Para los puntos H y B, determinamos el valor de temperatura del bulbo húmedo:
tmín = 19,72 °С; tmv = 17,0 °С.
Como puede ver, el valor de tmin es casi 3 °C más alto que tmv, por lo tanto, para un mayor enfriamiento del agua, y luego externo suministrar aire, es recomendable suministrar aire a la torre de enfriamiento, eliminado sistemas de escape del espacio de la oficina.
Tenga en cuenta que al calcular la torre de enfriamiento, el flujo de aire requerido puede ser mayor que el que se extrae de las habitaciones con aire acondicionado. En este caso, se debe suministrar a la torre de enfriamiento una mezcla de aire exterior y de escape, y se debe tomar como valor de diseño la temperatura de bulbo húmedo de la mezcla.
De calculado programas de computador principales fabricantes de torres de enfriamiento, encontramos que la diferencia mínima entre la temperatura final del agua a la salida de la torre de enfriamiento tw1 y la temperatura del termómetro húmedo tvm del aire suministrado a la torre de enfriamiento debe tomarse como mínimo 2 °C, es decir:
tw2 \u003d tw1 + (2.5 ... 3) ° С. (uno)
Para lograr un enfriamiento de aire más profundo en el acondicionador de aire central, se supone que la temperatura final del agua en la salida del enfriador de aire y en la entrada de la torre de enfriamiento tw2 no es más de 2,5 veces más alta que en la salida de la torre de enfriamiento, que es:
tvk ≥ tw2 +(1...2) °С. (2)
Tenga en cuenta que la temperatura final del aire enfriado y la superficie del enfriador de aire dependen de la temperatura tw2, ya que con un flujo transversal de aire y agua, la temperatura final del aire enfriado no puede ser inferior a tw2.
Por lo general, se recomienda que la temperatura final del aire enfriado sea de 1 a 2 °C más alta que la temperatura final del agua a la salida del enfriador de aire:
tvk ≥ tw2 +(1...2) °С. (3)
Así, si se cumplen los requisitos (1, 2, 3), es posible obtener una dependencia que relacione la temperatura de bulbo húmedo del aire suministrado a la torre de enfriamiento y la temperatura final del aire a la salida del enfriador:
tvk \u003d tm +6 ° С. (4)
Nótese que en el ejemplo de la Fig. 7.14 se aceptan los valores twm = 19 °С y tw2 – tw1 = 4 °С. Pero con tales datos iniciales, en lugar del valor tvk = 23 °С indicado en el ejemplo, es posible obtener una temperatura final del aire a la salida del enfriador de aire de al menos 26–27 °С, lo que hace que todo el esquema sin sentido en tn = 28,5 °С.
en moderno tecnología climática Se presta mucha atención a la eficiencia energética de los equipos. Esto explica el aumento tiempos recientes interés en los sistemas de enfriamiento por evaporación de agua basados en evaporación indirecta intercambiadores de calor(sistemas de enfriamiento evaporativo indirecto). Los sistemas de enfriamiento por evaporación de agua pueden ser solución efectiva para muchas regiones de nuestro país, cuyo clima se caracteriza por una humedad relativamente baja. El agua como refrigerante es única: tiene una alta capacidad calorífica y calor latente de vaporización, es inofensiva y asequible. Además, el agua está bien estudiada, lo que permite predecir con precisión su comportamiento en varios sistemas técnicos.
Características de los sistemas de refrigeración con intercambiadores de calor evaporativos indirectos
Caracteristica principal y la ventaja de los sistemas de evaporación indirecta es la capacidad de enfriar el aire a una temperatura por debajo de la temperatura de bulbo húmedo. Así, la tecnología de enfriamiento evaporativo convencional (en humidificadores de tipo adiabático), cuando se inyecta agua en la corriente de aire, no solo baja la temperatura del aire, sino que también aumenta su contenido de humedad. En este caso, la línea de proceso en el diagrama Id del aire húmedo sigue la curva adiabática, y la temperatura más baja posible corresponde al punto "2" (Fig. 1).En los sistemas evaporativos indirectos, el aire se puede enfriar hasta el punto "3" (Fig. 1). El proceso en el diagrama en este caso va verticalmente por la línea de contenido de humedad constante. Como resultado, la temperatura resultante es más baja y el contenido de humedad del aire no aumenta (permanece constante).
Además, los sistemas de evaporación de agua tienen las siguientes cualidades positivas:
- Posibilidad de producción conjunta de aire enfriado y agua fría.
- Pequeño consumo de energía. Los principales consumidores de electricidad son los ventiladores y las bombas de agua.
- Alta confiabilidad debido a la ausencia de máquinas complejas y al uso de un fluido de trabajo no agresivo: el agua.
- Limpieza ambiental: bajos niveles de ruido y vibración, fluido de trabajo no agresivo, bajo riesgo ambiental producción industrial debido a la baja intensidad de mano de obra de la fabricación.
- Sencillez diseño y costo relativamente bajo asociado con la ausencia de requisitos estrictos para la hermeticidad del sistema y sus componentes individuales, la ausencia de complejos y autos caros(compresores de refrigeración), bajas sobrepresiones en el ciclo, bajo consumo de metales y posibilidad de uso generalizado de plásticos.
Los sistemas de refrigeración que utilizan el efecto de la absorción de calor durante la evaporación del agua se conocen desde hace mucho tiempo. Sin embargo, en este momento Los sistemas de enfriamiento por evaporación de agua no están lo suficientemente extendidos. Casi todo el nicho de la industria y sistemas domésticosárea de enfriamiento temperaturas moderadas llenos de sistemas de compresión de vapor de halón.
Esta situación está obviamente asociada a los problemas de funcionamiento de los sistemas de evaporación de agua a temperaturas negativas ya su inadecuación para el funcionamiento a una humedad relativa alta del aire exterior. También se vio afectado por el hecho de que los dispositivos principales de dichos sistemas (torres de enfriamiento, intercambiadores de calor), que se utilizaron anteriormente, tenían grandes dimensiones, peso y otras desventajas asociadas con la operación en condiciones de alta humedad. Además, necesitaban un sistema de tratamiento de agua.
Hoy, sin embargo, gracias a progreso tecnico Las torres de enfriamiento altamente eficientes y compactas se han generalizado, capaces de enfriar el agua a temperaturas de solo 0,8 ... 1,0 ° C diferentes de la temperatura de bulbo húmedo del flujo de aire que ingresa a la torre de enfriamiento.
Aquí, las torres de refrigeración de las empresas Muntes y SRH-Lauer. Esta pequeña diferencia de temperatura se logró principalmente debido a diseño original boquillas de torre de enfriamiento con propiedades únicas— buena humectabilidad, fabricabilidad, compacidad.
Descripción del sistema de enfriamiento evaporativo indirecto
En un sistema de enfriamiento evaporativo indirecto aire atmosférico desde medioambiente con parámetros correspondientes al punto "0" (Fig. 4), se introduce en el sistema mediante un ventilador y se enfría con un contenido de humedad constante en un intercambiador de calor evaporativo indirecto.Después del intercambiador de calor, el flujo de aire principal se divide en dos: auxiliar y de trabajo, dirigido al consumidor.
El flujo auxiliar desempeña simultáneamente el papel de enfriador y flujo enfriado: después del intercambiador de calor, se dirige hacia el flujo principal (Fig. 2).
En este caso, el agua se suministra a los canales de flujo auxiliares. El significado del suministro de agua es "ralentizar" el aumento de la temperatura del aire debido a su humidificación paralela: como sabe, el mismo cambio en la energía térmica se puede lograr cambiando solo la temperatura y cambiando la temperatura y la humedad al mismo tiempo. tiempo. Por lo tanto, cuando se humidifica el flujo auxiliar, se logra el mismo intercambio de calor con un cambio de temperatura menor.
En los intercambiadores de calor evaporativos indirectos de otro tipo (Fig. 3), el caudal auxiliar no se dirige al intercambiador de calor, sino a la torre de refrigeración, donde enfría el agua que circula por el intercambiador de calor evaporativo indirecto: el agua se calienta en ella. por el flujo principal y se enfría en la torre de enfriamiento por el auxiliar. El movimiento del agua a lo largo del circuito se realiza mediante una bomba de circulación.
Cálculo de un intercambiador de calor evaporativo indirecto
Para calcular el ciclo de un sistema de enfriamiento evaporativo indirecto con agua circulante, se necesitan los siguientes datos de entrada:- φ oc - humedad relativa aire ambiental, %;
- t os - temperatura del aire ambiente, ° С;
- ∆t x - diferencia de temperatura en el extremo frío del intercambiador de calor, ° С;
- ∆t m - diferencia de temperatura en el extremo caliente del intercambiador de calor, ° С;
- ∆t wgr es la diferencia entre la temperatura del agua que sale de la torre de enfriamiento y la temperatura del aire que se le suministra, según un bulbo húmedo, ° С;
- ∆t min es la diferencia de temperatura mínima (diferencia de temperatura) entre los flujos en la torre de refrigeración (∆t min<∆t wгр), ° С;
- G p es el caudal másico de aire requerido por el consumidor, kg/s;
- η in - eficiencia del ventilador;
- ∆P in: pérdida de presión en los dispositivos y líneas del sistema (presión requerida del ventilador), Pa.
La metodología de cálculo se basa en los siguientes supuestos:
- Se supone que los procesos de transferencia de calor y masa están en equilibrio,
- No hay entradas de calor externo en todas las partes del sistema,
- La presión del aire en el sistema es igual a la presión atmosférica (los cambios locales en la presión del aire debido a su inyección por un ventilador o al paso por resistencias aerodinámicas son despreciables, lo que permite usar el diagrama I d de aire húmedo para la presión atmosférica a lo largo del cálculo de la sistema).
El orden de cálculo de ingeniería del sistema bajo consideración es el siguiente (Figura 4):
1. De acuerdo con el diagrama I d o usando el programa para calcular el aire húmedo, se determinan parámetros adicionales del aire ambiente (punto "0" en la Fig. 4): entalpía específica del aire i 0, J / kg y contenido de humedad d 0, kg/kg.
2. El aumento de la entalpía específica del aire en el ventilador (J/kg) depende del tipo de ventilador. Si el flujo de aire principal no sopla (no enfría) el motor del ventilador, entonces:
Si el circuito utiliza un ventilador tipo conducto (cuando el motor eléctrico es enfriado por el flujo de aire principal), entonces:
donde:
η dv - eficiencia del motor eléctrico;
ρ 0 - densidad del aire en la entrada del ventilador, kg / m 3
donde:
B 0 - presión barométrica del medio ambiente, Pa;
R in - constante de gas del aire, igual a 287 J / (kg.K).
3. Entalpía específica del aire después del ventilador (punto "1"), J/kg.
yo 1 \u003d yo 0 + ∆i en; (3)
Dado que el proceso "0-1" ocurre con un contenido de humedad constante (d 1 \u003d d 0 \u003d const), entonces, de acuerdo con el conocido φ 0, t 0, i 0, i 1, determinamos la temperatura del aire t1 después el ventilador (punto "1").
4. El punto de rocío del aire ambiente t creció, ° С, se determina a partir del conocido φ 0, t 0.
5. Diferencia psicrométrica de temperatura del aire del flujo principal a la salida del intercambiador de calor (punto "2") ∆t 2-4, °С
∆t 2-4 =∆t x +∆t wgr; (4)
donde:
∆t x se asigna en función de las condiciones de funcionamiento específicas en el rango ~ (0,5…5,0), °C. En este caso, debe tenerse en cuenta que valores pequeños de ∆t x implicarán dimensiones relativamente grandes del intercambiador de calor. Para garantizar valores pequeños de ∆t x, es necesario utilizar superficies de transferencia de calor altamente eficientes;
∆t wgr se selecciona en el rango (0.8…3.0), °С; se deben tomar valores más pequeños de ∆t wgr si es necesario obtener la temperatura más baja posible del agua fría en la torre de enfriamiento.
6. Aceptamos que el proceso de humedecer el flujo de aire auxiliar en la torre de enfriamiento desde el estado "2-4", con suficiente precisión para los cálculos de ingeniería, sigue la línea i 2 =i 4 =const.
En este caso, conociendo el valor de ∆t 2-4, determinamos las temperaturas t 2 y t 4, puntos "2" y "4", respectivamente, °C. Para hacer esto, encontraremos una línea i=const tal que entre el punto "2" y el punto "4" la diferencia de temperatura sea el ∆t 2-4 encontrado. El punto "2" está ubicado en la intersección de las líneas i 2 =i 4 =const y contenido de humedad constante d 2 =d 1 =d OS. El punto "4" está en la intersección de la línea i 2 =i 4 =const y la curva φ 4 = 100% de humedad relativa.
Por lo tanto, utilizando los diagramas anteriores, determinamos los parámetros restantes en los puntos "2" y "4".
7. Determine t 1w — la temperatura del agua a la salida de la torre de enfriamiento, en el punto "1w", °C. En los cálculos, podemos despreciar el calentamiento del agua en la bomba, por lo tanto, en la entrada al intercambiador de calor (punto "1w '"), el agua tendrá la misma temperatura t 1w
t 1w \u003d t 4 +.∆t wgr; (5)
8. t 2w - temperatura del agua después del intercambiador de calor en la entrada a la torre de enfriamiento (punto "2w"), °С
t 2w \u003d t 1 -.∆t m; (6)
9. La temperatura del aire descargado de la torre de enfriamiento al medio ambiente (punto "5") t 5 se determina mediante el método gráfico-analítico utilizando el diagrama i d (con gran conveniencia, una combinación de diagramas Q t e i t se pueden usar, pero son menos comunes, por lo tanto, en este diagrama i d se usó en el cálculo). Este método es el siguiente (Fig. 5):
- el punto "1w", que caracteriza el estado del agua a la entrada del intercambiador de calor evaporativo indirecto, con el valor de la entalpía específica del punto "4" se coloca en la isoterma t 1w, separado de la isoterma t 4 a una distancia ∆ t wgr.
- Desde el punto "1w" a lo largo del isenthalpe, apartamos el segmento "1w - p" para que t p \u003d t 1w - ∆t min.
- Sabiendo que el proceso de calentamiento del aire en la torre de enfriamiento ocurre de acuerdo a φ=const=100%, construimos una tangente a φ pr =1 desde el punto "p" y obtenemos el punto tangente "k".
- Desde el punto de contacto "k" a lo largo del isoenthalpe (adiabático, i = const), apartamos el segmento "k - n" para que t n \u003d t k + ∆t min. Por lo tanto, se asegura (asigna) la diferencia de temperatura mínima entre el agua enfriada y el aire de flujo auxiliar en la torre de enfriamiento. Esta diferencia de temperatura asegura que la torre de enfriamiento funcione en el modo de diseño.
- Trazamos una línea recta desde el punto "1w" a través del punto "n" hasta la intersección con la línea recta t=const= t 2w. Obtenemos el punto "2w".
- Desde el punto "2w" dibujar una línea recta i=const hasta la intersección con φ pr =const=100%. Obtenemos el punto "5", que caracteriza el estado del aire a la salida de la torre de refrigeración.
- De acuerdo con el diagrama, determinamos la temperatura deseada t5 y los parámetros restantes del punto "5".
10. Componemos un sistema de ecuaciones para encontrar caudales másicos desconocidos de aire y agua. Carga térmica de la torre de refrigeración por caudal de aire auxiliar, W:
Q gr \u003d G en (i 5 - i 2); (7)
Q wgr \u003d G ow C pw (t 2w - t 1w) ; (8)
donde:
C pw es la capacidad calorífica específica del agua, J/(kg.K).
Carga de calor del intercambiador de calor para el flujo de aire principal, W:
Q mes =G o (i 1 - i 2) ; (9)
Carga térmica del intercambiador de calor en términos de flujo de agua, W:
Q wmo =G ow C pw (t 2w - t 1w) ; (10)
Balance de materia por flujo de aire:
G o =G a +G p ; (11)
Balance térmico sobre la torre de enfriamiento:
Q gr = Q wgr; (12)
El balance de calor del intercambiador de calor en su conjunto (la cantidad de calor transferido por cada uno de los flujos es la misma):
Q wmo = Q mes ; (13)
Balance de calor combinado de la torre de enfriamiento y el intercambiador de calor para agua:
Q wgr =Q wmo ; (14)
11. Resolviendo juntas las ecuaciones de (7) a (14), obtenemos las siguientes dependencias:
caudal másico de aire en el caudal auxiliar, kg/s:
caudal másico de aire en el caudal de aire principal, kg/s:
ir = g p ; (16)
Flujo másico de agua a través de la torre de enfriamiento a lo largo del flujo principal, kg/s:
12. La cantidad de agua requerida para alimentar el circuito de agua de la torre de enfriamiento, kg/s:
G wn \u003d (d 5 -d 2) G en; (18)
13. El consumo de energía en el ciclo está determinado por la energía gastada en el impulsor del ventilador, W:
N en =G o ∆i en; (19)
De esta forma, se han encontrado todos los parámetros necesarios para los cálculos constructivos de los elementos del sistema de refrigeración por aire evaporativo indirecto.
Cabe señalar que la corriente de trabajo de aire enfriado suministrada al consumidor (punto "2") puede enfriarse adicionalmente, por ejemplo, mediante humidificación adiabática o mediante cualquier otro método. Como ejemplo, en la fig. 4 muestra el punto "3*" correspondiente a la humidificación adiabática. En este caso, los puntos "3*" y "4" coinciden (Fig. 4).
Aspectos prácticos de los sistemas de enfriamiento evaporativo indirecto
Con base en la práctica de calcular los sistemas de enfriamiento por evaporación indirecta, se debe tener en cuenta que, por regla general, el caudal auxiliar es del 30 al 70 % del caudal principal y depende de la capacidad potencial para enfriar el aire suministrado al sistema.Si comparamos el enfriamiento por métodos adiabáticos y evaporativos indirectos, entonces del diagrama I d se puede ver que en el primer caso, el aire con una temperatura de 28 ° C y una humedad relativa del 45% se puede enfriar a 19.5 ° C , mientras que en el segundo caso — hasta 15°С (Fig. 6).
Evaporación "pseudo-indirecta"
Como se mencionó anteriormente, el sistema de enfriamiento evaporativo indirecto le permite alcanzar una temperatura más baja que el sistema de humidificación de aire adiabático tradicional. También es importante enfatizar que el contenido de humedad del aire deseado no cambia. Se pueden lograr ventajas similares en comparación con la humidificación adiabática introduciendo un flujo de aire auxiliar.
Actualmente hay pocas aplicaciones prácticas del sistema de enfriamiento evaporativo indirecto. Sin embargo, han aparecido dispositivos de un principio de funcionamiento similar, pero algo diferente: intercambiadores de calor aire-aire con humidificación adiabática del aire exterior (sistemas de evaporación "pseudo-indirecta", donde el segundo flujo en el intercambiador de calor no es alguna parte humedecida del flujo principal, pero otro circuito absolutamente independiente).
Dichos dispositivos se utilizan en sistemas con un gran volumen de aire recirculado que debe enfriarse: en sistemas de aire acondicionado de trenes, auditorios para diversos fines, centros de datos y otras instalaciones.
El propósito de su introducción es la máxima reducción posible en la duración de la operación de los equipos de refrigeración de compresores que consumen mucha energía. En su lugar, para temperaturas exteriores de hasta 25 °C (y en ocasiones incluso superiores), se utiliza un intercambiador de calor aire-aire en el que el aire exterior enfría el aire recirculado de la habitación.
Para una mayor eficiencia del dispositivo, el aire exterior se humedece previamente. En sistemas más complejos, la humidificación también se lleva a cabo en el proceso de intercambio de calor (inyección de agua en los canales del intercambiador de calor), lo que aumenta aún más su eficiencia.
Gracias al uso de tales soluciones, el consumo de energía actual del sistema de aire acondicionado se reduce hasta en un 80%. El consumo total anual de energía depende de la región climática de operación del sistema, en promedio se reduce en un 30-60%.
Yury Khomutsky, editor técnico de la revista "Climate World"
El artículo utiliza la metodología de la Universidad Técnica Estatal de Moscú. N. E. Bauman para el cálculo de un sistema de enfriamiento evaporativo indirecto.
Para el mantenimiento de habitaciones pequeñas individuales o grupos de ellas, son convenientes los acondicionadores de aire locales de enfriamiento evaporativo de dos etapas, realizados sobre la base de un intercambiador de calor de enfriamiento evaporativo indirecto hecho de tubos rodantes de aluminio (Fig. 139). El aire se limpia en el filtro 1 y entra en el ventilador 2, después de cuya abertura de descarga se divide en dos flujos: principal 3 y auxiliar 6. El flujo de aire auxiliar pasa dentro de los tubos del intercambiador de calor 14 de enfriamiento evaporativo indirecto. y proporciona enfriamiento por evaporación del agua que fluye por las paredes internas de los tubos. El flujo de aire principal pasa por el lado de las aletas de los tubos del intercambiador de calor y cede calor a través de sus paredes al agua enfriada por evaporación. La recirculación de agua en el intercambiador de calor se lleva a cabo mediante la bomba 4, que toma agua del sumidero 5 y la suministra para riego a través de tuberías perforadas 15. El intercambiador de calor para enfriamiento evaporativo indirecto desempeña el papel de primera etapa en acondicionadores de aire combinados de dos -etapa de enfriamiento evaporativo.
En los sistemas HVAC, la evaporación adiabática generalmente se asocia con la humidificación del aire, pero en los últimos años este proceso se ha vuelto cada vez más popular en todo el mundo y se usa cada vez más para el enfriamiento "natural" del aire.
¿QUÉ ES EL ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO?
El enfriamiento por evaporación es la base de uno de los primeros sistemas de enfriamiento de espacios hechos por el hombre, donde el aire se enfría mediante la evaporación natural del agua. Este fenómeno es muy común y ocurre en todas partes: un ejemplo es la sensación de frío que experimentas cuando el agua se evapora de la superficie de tu cuerpo bajo la influencia del viento. Lo mismo sucede con el aire en el que se rocía el agua: dado que este proceso se produce sin una fuente de energía externa (esto es lo que significa la palabra "adiabático"), se toma del aire el calor necesario para evaporar el agua, lo que, en consecuencia, , se vuelve más frío.
El uso de este método de enfriamiento en los modernos sistemas de aire acondicionado brinda una alta capacidad de enfriamiento con un bajo consumo de energía, ya que en este caso la electricidad se consume solo para apoyar el proceso de evaporación del agua. Al mismo tiempo, el agua corriente se utiliza como refrigerante en lugar de composiciones químicas, lo que hace que el enfriamiento por evaporación sea más económico y respetuoso con el medio ambiente.
TIPOS DE REFRIGERACIÓN EVAPORATIVA
Hay dos métodos principales de enfriamiento evaporativo: directo e indirecto.
Refrigeración evaporativa directa
El enfriamiento evaporativo directo es el proceso de bajar la temperatura del aire en una habitación humedeciéndolo directamente. En otras palabras, debido a la evaporación del agua atomizada, el aire circundante se enfría. En este caso, la distribución de la humedad se lleva a cabo directamente en la habitación utilizando humidificadores y boquillas industriales, o saturando el aire de suministro con humedad y enfriándolo en la sección de la unidad de ventilación.
Cabe señalar que, en condiciones de enfriamiento evaporativo directo, es inevitable un aumento significativo de la humedad del aire de suministro al interior de la habitación, por lo que, para evaluar la aplicabilidad de este método, se recomienda tomar como base la fórmula conocida como el “índice de temperatura y malestar”. La fórmula calcula la temperatura confortable en grados Celsius, teniendo en cuenta las lecturas de humedad y temperatura de bulbo seco (Tabla 1). De cara al futuro, observamos que el sistema de enfriamiento evaporativo directo se utiliza solo en los casos en que el aire exterior durante el período de verano tiene temperaturas de bulbo seco altas y niveles de humedad absoluta bajos.
Enfriamiento evaporativo indirecto
Para mejorar la eficiencia del enfriamiento por evaporación con una humedad exterior alta, se recomienda combinar el enfriamiento por evaporación con la recuperación de calor. Esta tecnología se conoce como "refrigeración evaporativa indirecta" y es adecuada para casi cualquier país del mundo, incluidos los países con climas muy húmedos.
El esquema general de operación del sistema de suministro y ventilación con recuperación es que el aire de suministro caliente, que pasa a través de un casete de intercambio de calor especial, se enfría con el aire frío extraído de la habitación. El principio de funcionamiento del enfriamiento evaporativo indirecto es instalar un sistema de humidificación adiabático en el conducto de escape de los acondicionadores de aire centrales de suministro y escape, con la posterior transferencia de frío a través del intercambiador de calor al aire de suministro.
Como se muestra en el ejemplo, al usar un intercambiador de calor de placas, el aire exterior en el sistema de ventilación se enfría 6 °C. El uso de enfriamiento por evaporación del aire de escape aumentará la diferencia de temperatura de 6 °C a 10 °C sin aumentar el consumo de electricidad y los niveles de humedad interior. El uso de enfriamiento evaporativo indirecto es efectivo en altas entradas de calor, por ejemplo, en oficinas y centros comerciales, centros de datos, instalaciones industriales, etc.
Sistema de refrigeración indirecta mediante humidificador adiabático CAREL humiFog:
Caso: Estimación del costo de un sistema de refrigeración adiabático indirecto versus refrigeración por enfriadores.
En el ejemplo de un centro de oficinas con una estancia permanente de 2000 personas.
| Condiciones de pago | |
| Temperatura exterior y contenido de humedad: | +32ºС, 10,12 g/kg (los indicadores se toman para Moscú) |
| Temperatura del aire en la habitación: | +20 ºС |
| Sistema de ventilación: | 4 unidades de tratamiento de aire con una capacidad de 30.000 m3/h (suministro de aire según normas sanitarias) |
| La potencia del sistema de refrigeración, teniendo en cuenta la ventilación: | 2500 kilovatios |
| Temperatura del aire de suministro: | +20 ºС |
| Temperatura del aire de extracción: | +23 ºС |
| Eficiencia de recuperación de calor sensible: | 65% |
| Sistema de refrigeración centralizado: | Sistema enfriador-fancoil con temperatura del agua 7/12ºС |
Cálculo
- Para el cálculo, calculamos la humedad relativa del aire en la campana.
- A una temperatura en el sistema de refrigeración de 7/12 °С, el punto de rocío del aire de escape, teniendo en cuenta las emisiones internas de humedad, será de +8 °С.
- La humedad relativa del aire en el escape será del 38%.
*Hay que tener en cuenta que el coste de instalación de un sistema de refrigeración, teniendo en cuenta todos los costes, es significativamente mayor en comparación con los sistemas de refrigeración indirecta.
Los gastos de capital
Para el análisis, tomamos el costo del equipo: enfriadores para el sistema de refrigeración y sistemas de humidificación para enfriamiento evaporativo indirecto.
- Costo de capital para el enfriamiento del aire de suministro para un sistema de enfriamiento indirecto.
El coste de un rack de humidificación Optimist fabricado por Carel (Italia) en una unidad de tratamiento de aire es de 7570 €.
- Costo de capital para el enfriamiento del aire de suministro sin sistema de enfriamiento indirecto.
El coste de una enfriadora con una capacidad frigorífica de 62,3 kW es de aproximadamente 12.460 €, sobre la base de un coste de 200 € por 1 kW de capacidad frigorífica. Hay que tener en cuenta que el coste de instalación de un sistema de refrigeración, teniendo en cuenta todos los costes, es significativamente mayor en comparación con los sistemas de refrigeración indirecta.
Costos de operacion
Para el análisis, tomamos el costo del agua del grifo 0,4 € por 1 m3 y el costo de la electricidad 0,09 € por 1 kWh.
- Costos operativos para el enfriamiento del aire de suministro para un sistema de enfriamiento indirecto.
El consumo de agua para refrigeración indirecta es de 117 kg/h para una unidad de tratamiento de aire, teniendo en cuenta pérdidas del 10%, lo tomaremos como 130 kg/h.
El consumo de energía del sistema de humidificación es de 0,375 kW para una unidad de tratamiento de aire.
El coste total por hora es de 0,343 € por 1 hora de funcionamiento del sistema.
- Costos de operación para el enfriamiento del aire de suministro sin sistema de enfriamiento indirecto.
Tomamos el coeficiente de rendimiento igual a 3 (la relación entre la potencia de refrigeración y el consumo de energía).
El coste total por hora es de 7,48 € por 1 hora de funcionamiento.
Conclusión
El uso de refrigeración evaporativa indirecta permite:
Reducir los costos de capital para el enfriamiento del aire de suministro en un 39 %.
Reducir el consumo de energía para los sistemas de aire acondicionado de edificios de 729 kW a 647 kW, o en un 11,3 %.
Reducir los costes operativos de los sistemas de climatización del edificio de 65,61 €/h a 58,47 €/h, o un 10,9%.
Así, a pesar de que la refrigeración por aire fresco supone aproximadamente un 10-20% de la demanda total de refrigeración de oficinas y centros comerciales, es aquí donde se encuentran las mayores reservas para mejorar la eficiencia energética de un edificio sin una importante ampliación de capital. costos
El artículo fue elaborado por especialistas de TERMOCOM para su publicación en la revista ON N° 6-7 (5) junio-julio 2014 (pp. 30-35)
unión soviética
Socialista
Repúblicas
Comité Estatal
URSS para Invenciones y Descubrimientos (53) UDC 629. 113. .06.628.83 (088.8) (72) Inventores
V. S. Maisotsenko, A. B. Tsimerman, M. G. e I. N. Pecherskaya
Instituto de Ingeniería Civil de Odessa (71) Solicitante (54) ACONDICIONADOR DE AIRE DE EVAPORACIÓN DE DOS ETAPAS
REFRIGERACIÓN PARA VEHÍCULO
La invención se relaciona con el campo de la ingeniería de transporte y se puede utilizar para el aire acondicionado en vehículos.
Se conocen acondicionadores de aire para vehículos que contienen una boquilla evaporativa ranurada de aire con canales de aire y agua separados entre sí por paredes de placas microporosas, mientras que la parte inferior de la boquilla está sumergida en una bandeja con líquido (1)
La desventaja de este acondicionador de aire es la baja eficiencia de la refrigeración por aire.
La solución técnica más próxima a la invención es un climatizador de refrigeración evaporativa de dos etapas para vehículo, que contiene un intercambiador de calor, una cubeta con líquido en la que se sumerge la boquilla, una cámara de refrigeración del líquido que entra en el intercambiador con elementos de enfriamiento del líquido y un canal para el suministro de aire desde el ambiente externo a la cámara, que se estrecha hacia la entrada de la cámara (2
En este compresor, los elementos para la refrigeración por aire adicional se fabrican en forma de boquillas.
Sin embargo, la eficiencia de enfriamiento en este compresor también es insuficiente, ya que el límite de enfriamiento por aire en este caso es la temperatura de bulbo húmedo del flujo de aire auxiliar en el sumidero.
10 además, el bien conocido acondicionador de aire es estructuralmente complejo y contiene unidades duplicadas (dos bombas, dos tanques).
El propósito de la invención es aumentar el grado de eficiencia de refrigeración y compacidad del dispositivo.
El objetivo se logra por el hecho de que en el acondicionador de aire propuesto, los elementos para enfriamiento adicional están hechos en forma de un deflector de intercambio de calor ubicado verticalmente y fijado en una de las paredes de la cámara con la formación de un espacio entre este y la pared de la cámara. opuesto a él, y
25, en el lado de una de las superficies del tabique, se instala un depósito con líquido que baja por dicha superficie del tabique, mientras que la cámara y la bandeja están realizadas en una sola pieza.
La boquilla está hecha en forma de un bloque de material poroso por capilaridad.
En la Fig. 1 muestra un diagrama esquemático de un acondicionador de aire, la fig. 2 raeeee A-A en la Fig. uno.
El acondicionador de aire consta de dos etapas de enfriamiento de aire: la primera etapa enfría el aire en el intercambiador de calor 1, la segunda etapa lo enfría en la boquilla 2, que está hecha en forma de bloque de material poroso capilar.
Se instala un ventilador 3 frente al intercambiador de calor, accionado por un motor eléctrico de 4°. El intercambiador de calor 1 está instalado en el palet 10, que está hecho de una sola pieza con la cámara.
8. Un canal se une al intercambiador de calor.
11 para el suministro de aire desde el ambiente externo, mientras que el canal está hecho en un plano que se estrecha hacia la entrada 12 de la cavidad de aire
13 cámaras 8. Dentro de la cámara hay elementos para enfriamiento de aire adicional. Están hechos en forma de un tabique de intercambio de calor 14, ubicado verticalmente y fijado en la pared 15 de la cámara opuesta a la pared 16, con respecto a la cual se ubica el tabique con un espacio El tabique divide la cámara en dos cavidades comunicantes 17 y 18
Se proporciona una ventana 19 en la cámara, en la que se instala un eliminador de gotas 20, y se hace una abertura 21 en la plataforma.
¡En relación con la implementación del canal 11 que se estrecha hacia la entrada 12! En la cavidad 13, el caudal aumenta y el aire exterior es aspirado en el espacio formado entre dicho canal y la entrada, aumentando así la masa del flujo auxiliar. Este flujo ingresa a la cavidad 17. Luego, este flujo de aire, habiendo redondeado el tabique 14, ingresa a la cavidad 18 de la cámara, donde se mueve en la dirección opuesta a su movimiento en la cavidad 17. En la cavidad 17, hacia el movimiento del flujo de aire, una película 22 de líquido fluye por la partición a lo largo de la partición: agua del depósito 9.
Cuando el flujo de aire y agua entran en contacto, como resultado del efecto evaporativo, el calor de la cavidad 17 se transfiere a través del tabique 14 a la película 22 de agua, contribuyendo a su evaporación adicional. Después de eso, una corriente de aire con una temperatura más baja ingresa a la cavidad 18. Esto, a su vez, conduce a una disminución aún mayor de la temperatura del deflector 14, lo que provoca un enfriamiento adicional del flujo de aire en la cavidad 17. Por lo tanto, la temperatura del flujo de aire volverá a disminuir después de rodear el deflector y entrar en el cavidad
18. Teóricamente, el proceso de enfriamiento continuará hasta que su fuerza impulsora sea cero. En este caso, la fuerza impulsora del proceso de enfriamiento evaporativo es la diferencia psicométrica -temperaturas del flujo de aire después de girarlo con respecto a la partición y entrar en contacto con la película de agua en la cavidad 18. Dado que el flujo de aire se preenfría en cavidad 17 con un contenido de humedad constante, la diferencia de temperatura psicrométrica del flujo de aire en la cavidad 18 tiende a cero cuando se aproxima al punto de rocío. Por lo tanto, el límite del enfriamiento por agua aquí es la temperatura del punto de rocío del aire exterior. El calor del agua ingresa al flujo de aire en la cavidad 18, mientras que el aire se calienta, se humedece y a través de la ventana 19 y el eliminador de gotas 20 se libera a la atmósfera.
Así, en la cámara 8, se organiza el movimiento de flujo de los medios que intercambian calor, y el deflector separador de intercambio de calor permite un preenfriamiento indirecto del flujo de aire suministrado para enfriar el agua debido al proceso de evaporación del agua. baje el deflector hasta el fondo de la cámara, y dado que este último está hecho en un todo con una paleta, desde allí se bombea al intercambiador de calor 1 y también se gasta en humedecer la boquilla debido a las fuerzas intracapilares.
Por lo tanto, el flujo de aire principal L .n, que se preenfrió sin cambiar el contenido de humedad en el intercambiador de calor 1, ingresa a la boquilla 2 para enfriarse más, sin cambiar su contenido de calor. Además, el flujo de aire principal a través de la abertura en la bandeja
59 sí se enfría, mientras se enfría la partición. Entrando en la cavidad
17 de la cámara, el flujo de aire que circula alrededor del tabique también se enfría, pero sin cambios en el contenido de humedad. Afirmar
1. Un acondicionador de aire para enfriamiento evaporativo de dos etapas para un vehículo, que contiene un intercambiador de calor, una subestación de líquido en la que se sumerge una boquilla, una cámara para enfriar el líquido que ingresa al intercambiador de calor con elementos para enfriamiento adicional del líquido, y un canal para el suministro de aire del ambiente externo a la cámara, que se estrecha en dirección a la entrada de la cámara, diferente de el hecho de que, para aumentar el grado de eficiencia de enfriamiento y compacidad del compresor, los elementos para enfriamiento adicional por aire están hechos en forma de un deflector de intercambio de calor ubicado verticalmente y fijado en una de las paredes de la cámara con la formación de un espacio entre este y la pared opuesta de la cámara, y en el lado de uno de En las superficies del deflector, se instala un depósito con líquido que fluye por dicha superficie del deflector, mientras que la cámara y la bandeja se hacen como un todo.
