Uvažovaný systém pozostáva z dvoch klimatizácií.
hlavný, v ktorom sa spracováva vzduch pre obsluhované priestory a pomocný - chladiaca veža. Hlavným účelom chladiacej veže je vzduchovo-odparovacie chladenie vody napájajúcej prvý stupeň hlavnej klimatizácie počas teplého obdobia roka (povrchový výmenník tepla PT). Druhý stupeň hlavnej klimatizácie - zavlažovacia komora OK, pracujúca v režime adiabatického zvlhčovania, má obtokový kanál - bypass B na reguláciu vlhkosti v miestnosti.
Okrem klimatizácií - chladiacich veží možno na chladenie vody použiť priemyselné chladiace veže, fontány, rozprašovacie bazény a pod.. V oblastiach s horúcou a vlhkou klímou je v niektorých prípadoch okrem nepriameho odparovacieho chladenia aj strojové chladenie. použité.
viacstupňové systémy chladenie odparovaním. Teoretickým limitom pre chladenie vzduchom pomocou takýchto systémov je teplota rosného bodu.
Klimatizačné systémy využívajúce priame a nepriame chladenie odparovaním majú viac široké okolie aplikácie) v porovnaní so systémami, ktoré využívajú iba priame (adiabatické) chladenie vzduchom s odparovaním.
Ako najvhodnejšie je známe dvojstupňové chladenie odparovaním
suché a horúce oblasti. Pri dvojstupňovom chladení viac ako nízke teploty, menšia výmena vzduchu a nižšia relatívna vlhkosť v miestnostiach ako pri jednostupňovom chladení. Táto nehnuteľnosť dvojstupňové chladenie spôsobili návrh úplne prejsť na nepriame chladenie a množstvo ďalších návrhov. Avšak, ak sú všetky ostatné veci rovnaké, účinok akcie možné systémy Chladenie odparovaním priamo závisí od zmien stavu vonkajšieho vzduchu. Takéto systémy preto nie vždy počas sezóny a ani jedného dňa zabezpečia v klimatizovaných miestnostiach udržanie požadovaných parametrov vzduchu. Predstavu o podmienkach a limitoch účelného použitia dvojstupňového odparovacieho chladenia možno získať porovnaním normalizovaných parametrov vnútorného vzduchu s možnými zmenami parametrov vonkajšieho vzduchu v oblastiach so suchou a horúcou klímou.
výpočet takýchto systémov by sa mal vykonať s pomocou J-d diagramy v nasledujúcom poradí.
Na j-d graf dať body s návrhovými parametrami vonkajšieho (H) a vnútorného (B) vzduchu. V uvažovanom príklade sa podľa konštrukčného zadania berú tieto hodnoty: tн = 30 °С; tv = 24 °С; fa = 50 %.
Pre body H a B určíme hodnotu teploty vlhkého teplomera:
tmin = 19,72 °С; tmv = 17,0 °С.
Ako vidíte, hodnota tmin je takmer o 3 °C vyššia ako tmv, preto pre väčšie ochladzovanie vody a následne externé privádzaný vzduch, je vhodné privádzať vzduch do chladiacej veže, odstrániť výfukové systémy z kancelárskych priestorov.
Upozorňujeme, že pri výpočte chladiacej veže môže byť požadovaný prietok vzduchu väčší ako prietok vzduchu odstránený z klimatizovaných miestností. V tomto prípade sa musí do chladiacej veže privádzať zmes vonkajšieho a odpadového vzduchu a ako návrhová hodnota by sa mala brať teplota vlhkého teplomera.
Z vypočítaných počítačové programy popredných výrobcov chladiacich veží zisťujeme, že minimálny rozdiel medzi konečnou teplotou vody na výstupe z chladiacej veže tw1 a teplotou vlhkého teplomera tvm vzduchu privádzaného do chladiacej veže treba brať ako minimálne 2 °C, teda:
tw2 \u003d tw1 + (2,5 ... 3) ° С. (jeden)
Na dosiahnutie hlbšieho chladenia vzduchu v centrálnom klimatizačnom zariadení sa predpokladá, že konečná teplota vody na výstupe zo vzduchového chladiča a na vstupe do chladiacej veže tw2 nebude o viac ako 2,5 vyššia ako na výstupe z chladiacej veže, tj. je:
tvk ≥ tw2 +(1...2) °С. (2)
Upozorňujeme, že konečná teplota ochladzovaného vzduchu a povrchu chladiča vzduchu závisí od teploty tw2, keďže pri priečnom prúdení vzduchu a vody nemôže byť konečná teplota ochladzovaného vzduchu nižšia ako tw2.
Zvyčajne sa odporúča, aby konečná teplota chladeného vzduchu bola o 1-2 °C vyššia ako konečná teplota vody na výstupe z chladiča vzduchu:
tvk ≥ tw2 +(1...2) °С. (3)
Ak sú teda splnené požiadavky (1, 2, 3), je možné získať závislosť, ktorá súvisí s teplotou vlhkého teplomera privádzaného do chladiacej veže a konečnou teplotou vzduchu na výstupe z chladiča:
tvk \u003d tm +6 ° С. (4)
Všimnite si, že v príklade na obr. 7.14 sú akceptované hodnoty twm = 19 °С a tw2 – tw1 = 4 °С. Ale s takýmito počiatočnými údajmi je možné namiesto hodnoty tvc = 23 °С uvedenej v príklade získať konečnú teplotu vzduchu na výstupe z chladiča vzduchu aspoň 26–27 °С, čo robí celú schému nezmyselné pri tn = 28,5 °С.
V modernom klimatickej technológie Veľká pozornosť sa venuje energetickej účinnosti zariadení. To vysvetľuje zvýšenie nedávne časy záujem o vodné odparovacie chladiace systémy založené na nepriamom odparovaní tepelné výmenníky(nepriame chladiace systémy s odparovaním). Vodné odparovacie chladiace systémy môžu byť efektívne riešenie pre mnohé regióny našej krajiny, ktorých podnebie sa vyznačuje relatívne nízkou vlhkosťou. Voda ako chladivo je jedinečná – má vysokú tepelnú kapacitu a latentné teplo vyparovania, je nezávadná a cenovo dostupná. Okrem toho je voda dobre študovaná, čo umožňuje presne predpovedať jej správanie v rôznych technických systémoch.
Vlastnosti chladiacich systémov s nepriamymi odparovacími výmenníkmi tepla
Hlavná prednosť a výhodou nepriamych odparovacích systémov je schopnosť ochladiť vzduch na teplotu pod teplotou vlhkého teplomera. Technológia konvenčného chladenia odparovaním (v zvlhčovačoch adiabatického typu), kedy je voda vstrekovaná do prúdu vzduchu, teda nielen znižuje teplotu vzduchu, ale aj zvyšuje jeho vlhkosť. V tomto prípade ide procesná čiara na I d-diagrame vlhkého vzduchu po adiabatickej krivke a najnižšia možná teplota zodpovedá bodu „2“ (obr. 1).V nepriamych odparovacích systémoch je možné vzduch ochladiť na bod „3“ (obr. 1). Proces v diagrame v tomto prípade ide vertikálne po línii konštantného obsahu vlhkosti. V dôsledku toho je výsledná teplota nižšia a vlhkosť vzduchu sa nezvyšuje (zostáva konštantná).
Okrem toho systémy na odparovanie vody majú nasledujúce pozitívne vlastnosti:
- Možnosť spoločnej výroby chladeného vzduchu a studenej vody.
- Malá spotreba energie. Hlavnými spotrebiteľmi elektriny sú ventilátory a vodné čerpadlá.
- Vysoká spoľahlivosť vďaka absencii zložitých strojov a použitia neagresívnej pracovnej tekutiny - vody.
- Čistota životného prostredia: nízka hladina hluku a vibrácií, neagresívna pracovná kvapalina, nízke riziko pre životné prostredie priemyselná produkcia systémov z dôvodu nízkej pracovnej náročnosti výroby.
- Jednoduchosť dizajn a relatívne nízke náklady spojené s absenciou prísnych požiadaviek na tesnosť systému a jeho jednotlivých komponentov, absenciou zložitých a drahé autá(chladiace kompresory), nízke pretlaky v cykle, nízka spotreba kovu a možnosť širokého využitia plastov.
Chladiace systémy využívajúce efekt absorpcie tepla pri odparovaní vody sú známe už veľmi dlho. Avšak, na tento moment vodno-odparovacie chladiace systémy nie sú dostatočne rozšírené. Takmer celý výklenok priemyselných a domáce systémy chladiaca oblasť mierne teploty plnené halónovými systémami kompresie pár.
Tento stav je zrejme spojený s problémami prevádzky systémov odparovania vody pri záporných teplotách a ich nevhodnosťou na prevádzku pri vysokej relatívnej vlhkosti vonkajšieho vzduchu. Ovplyvnila to aj skutočnosť, že hlavné zariadenia takýchto systémov (chladiace veže, výmenníky tepla), ktoré sa používali skôr, mali veľké rozmery, hmotnosť a ďalšie nevýhody spojené s prevádzkou v podmienkach vysokej vlhkosti. Okrem toho potrebovali systém úpravy vody.
Dnes však vďaka technický pokrok Rozšírili sa vysoko efektívne a kompaktné chladiace veže, ktoré sú schopné chladiť vodu na teploty iba 0,8 ... 1,0 °C odlišné od teploty vlhkého teplomera prúdiaceho vzduchu vstupujúceho do chladiacej veže.
Tu sú chladiace veže spoločností Muntes a SRH-Lauer. Takýto malý teplotný rozdiel bol dosiahnutý najmä vďaka originálny dizajn trysky chladiacej veže s jedinečné vlastnosti— dobrá zmáčavosť, spracovateľnosť, kompaktnosť.
Opis nepriameho odparovacieho chladiaceho systému
V systéme nepriameho odparovacieho chladenia atmosférický vzduch od životné prostredie s parametrami zodpovedajúcimi bodu „0“ (obr. 4), je vháňaný do systému ventilátorom a ochladzovaný pri konštantnom obsahu vlhkosti v nepriamom odparovacom výmenníku tepla.Po výmenníku tepla je hlavný prúd vzduchu rozdelený na dva: pomocný a pracovný, smerujúci k spotrebiteľovi.
Pomocný prúd plní súčasne úlohu chladiča aj chladeného prúdu - za výmenníkom tepla smeruje späť k hlavnému prúdu (obr. 2).
V tomto prípade sa voda privádza do pomocných prietokových kanálov. Zmyslom dodávky vody je „spomaliť“ nárast teploty vzduchu v dôsledku jeho paralelného zvlhčovania: ako viete, rovnakú zmenu tepelnej energie možno dosiahnuť tak, že sa zmení iba teplota, tak sa zmení aj teplota a vlhkosť vzduchu. čas. Preto, keď sa pomocný prúd zvlhčí, dosiahne sa rovnaká výmena tepla s menšou zmenou teploty.
V nepriamych odparovacích výmenníkoch tepla iného typu (obr. 3) pomocný prúd nesmeruje do výmenníka tepla, ale do chladiacej veže, kde ochladzuje vodu cirkulujúcu cez nepriamy odparovací výmenník tepla: voda sa v ňom ohrieva kvôli hlavnému prúdeniu a chladí v chladiacej veži vďaka pomocnému. Pohyb vody pozdĺž okruhu sa vykonáva pomocou obehového čerpadla.
Výpočet nepriameho odparovacieho výmenníka tepla
Na výpočet cyklu nepriameho odparovacieho chladiaceho systému s cirkulujúcou vodou sú potrebné nasledujúce vstupné údaje:- φ oc - relatívna vlhkosť environmentálny vzduch, %;
- t os - teplota okolitého vzduchu, ° С;
- ∆t x - teplotný rozdiel na studenom konci výmenníka tepla, ° С;
- ∆t m - teplotný rozdiel na teplom konci výmenníka tepla, ° С;
- ∆t wgr je rozdiel medzi teplotou vody opúšťajúcej chladiacu vežu a teplotou do nej privádzaného vzduchu, podľa mokrého teplomera, ° С;
- ∆t min je minimálny teplotný rozdiel (rozdiel teplôt) medzi prietokmi v chladiacej veži (∆t min<∆t wгр), ° С;
- G p je hmotnostný prietok vzduchu požadovaný spotrebiteľom, kg/s;
- η in - účinnosť ventilátora;
- ∆P in - tlaková strata v zariadeniach a potrubiach systému (požadovaný tlak ventilátora), Pa.
Metodika výpočtu je založená na nasledujúcich predpokladoch:
- Predpokladá sa, že procesy prenosu tepla a hmoty sú v rovnováhe,
- Vo všetkých častiach systému nie sú žiadne externé prítoky tepla,
- Tlak vzduchu v systéme sa rovná atmosférickému tlaku (lokálne zmeny tlaku vzduchu spôsobené jeho vstrekovaním ventilátorom alebo prechodom cez aerodynamické odpory sú zanedbateľné, čo umožňuje použiť I d diagram vlhkého vzduchu pre atmosférický tlak počas celého výpočtu systém).
Poradie inžinierskych výpočtov posudzovaného systému je nasledovné (obrázok 4):
1. Podľa I d diagramu alebo pomocou programu na výpočet vlhkého vzduchu sa stanovia ďalšie parametre okolitého vzduchu (bod "0" na obr. 4): merná entalpia vzduchu i 0, J / kg a obsah vlhkosti d 0 , kg / kg.
2. Nárast mernej entalpie vzduchu vo ventilátore (J/kg) závisí od typu ventilátora. Ak motor ventilátora nie je vyfukovaný (nechladený) hlavným prúdom vzduchu, potom:
Ak okruh používa potrubný ventilátor (keď je elektromotor chladený hlavným prúdom vzduchu), potom:
kde:
η dv - účinnosť elektromotora;
ρ 0 - hustota vzduchu na vstupe ventilátora, kg / m 3
kde:
B 0 - barometrický tlak prostredia, Pa;
R in - plynová konštanta vzduchu, rovná 287 J / (kg.K).
3. Špecifická entalpia vzduchu za ventilátorom (bod "1"), J/kg.
i 1 \u003d i 0 + ∆i in; (3)
Pretože proces „0-1“ prebieha pri konštantnom obsahu vlhkosti (d 1 \u003d d 0 \u003d const), potom podľa známeho φ 0, t 0, i 0, i 1 určíme teplotu vzduchu t1 po ventilátor (bod "1").
4. Rosný bod okolitého vzduchu t vzrástol, ° С, sa určí zo známeho φ 0, t 0.
5. Psychrometrický rozdiel teplôt vzduchu hlavného prúdu na výstupe z výmenníka tepla (bod "2") ∆t 2-4, °С
∆t 2-4 = ∆t x + ∆t wgr; (4)
kde:
∆t x sa priraďuje na základe špecifických prevádzkových podmienok v rozsahu ~ (0,5…5,0), °C. V tomto prípade je potrebné mať na pamäti, že malé hodnoty ∆t x budú mať za následok relatívne veľké rozmery výmenníka tepla. Na zabezpečenie malých hodnôt ∆t x je potrebné použiť vysokoúčinné teplovýmenné plochy;
∆t wgr sa volí v rozsahu (0,8…3,0), °С; menšie hodnoty ∆t wgr by sa mali použiť, ak je potrebné dosiahnuť čo najnižšiu teplotu studenej vody v chladiacej veži.
6. Akceptujeme, že proces zvlhčovania prídavného prúdu vzduchu v chladiacej veži zo stavu "2-4" s dostatočnou presnosťou pre inžinierske výpočty prebieha po čiare i 2 =i 4 =konšt.
V tomto prípade, keď poznáme hodnotu ∆t 2-4, určíme teploty t 2 a t 4, body „2“ a „4“, v tomto poradí °C. Aby sme to urobili, nájdeme takú priamku i=const, aby medzi bodom „2“ a bodom „4“ bol teplotný rozdiel nájdený ∆t 2-4. Bod "2" sa nachádza v priesečníku čiar i 2 =i 4 =konštantný a konštantný obsah vlhkosti d 2 =d 1 =d OS. Bod „4“ je v priesečníku priamky i 2 =i 4 =konšt. a krivky φ 4 = 100 % relatívna vlhkosť.
Pomocou vyššie uvedených diagramov teda určíme zostávajúce parametre v bodoch "2" a "4".
7. Určite t 1w — teplotu vody na výstupe z chladiacej veže v bode „1w“, °C. Vo výpočtoch môžeme zanedbať ohrev vody v čerpadle, preto na vstupe do výmenníka (bod "1w") bude mať voda rovnakú teplotu t 1w
t 1w \u003d t 4 +.∆t wgr; (5)
8. t 2w - teplota vody za výmenníkom tepla na vstupe do chladiacej veže (bod "2w"), °С
t 2w \u003d t 1 -.∆t m; (6)
9. Teplota vzduchu vypúšťaného z chladiacej veže do okolia (bod „5“) t 5 sa určuje graficko-analytickou metódou pomocou i d diagramu (s veľkou pohodlnosťou kombináciou Q t a i t-diagramov možno použiť, ale sú menej časté, preto sa v tomto i d diagrame použil pri výpočte). Táto metóda je nasledovná (obr. 5):
- bod „1w“, charakterizujúci stav vody na vstupe do nepriameho odparovacieho výmenníka tepla, s hodnotou špecifickej entalpie bodu „4“ je umiestnený na izoterme t 1w, vzdialenej od izotermy t 4 vo vzdialenosti ∆ t wgr.
- Z bodu "1w" pozdĺž izonthalpy vyčleníme segment "1w - p" tak, aby t p \u003d t 1w - ∆t min.
- S vedomím, že proces ohrevu vzduchu v chladiacej veži prebieha podľa φ=konst=100 %, zostrojíme z bodu „p“ dotyčnicu k φ pr =1 a získame dotykový bod „k“.
- Z bodu dotyku „k“ pozdĺž izoentalpy (adiabatický, i = konšt.) vyčleníme segment „k - n“ tak, aby t n \u003d t k + ∆t min. Tým je zabezpečený (priradený) minimálny teplotný rozdiel medzi chladenou vodou a pomocným prúdiacim vzduchom v chladiacej veži. Tento teplotný rozdiel zabezpečuje, že chladiaca veža pracuje v projektovom režime.
- Vedieme priamku z bodu "1w" cez bod "n" do priesečníka s priamkou t=const= t 2w . Dostaneme bod "2w".
- Z bodu "2w" nakreslite priamku i=const k priesečníku s φ pr =const=100%. Dostaneme bod „5“, ktorý charakterizuje stav vzduchu na výstupe z chladiacej veže.
- Podľa diagramu určíme požadovanú teplotu t5 a zvyšné parametre bodu "5".
10. Zostavíme sústavu rovníc na zistenie neznámych hmotnostných prietokov vzduchu a vody. Tepelné zaťaženie chladiacej veže pomocným prúdom vzduchu, W:
Q gr \u003d G in (i 5 - i 2); (7)
Q wgr \u003d G ow C pw (t 2w - t 1w); (8)
kde:
C pw je merná tepelná kapacita vody, J/(kg.K).
Tepelné zaťaženie výmenníka tepla pre hlavný prúd vzduchu, W:
Qmo = Go (ii - i2); (9)
Tepelné zaťaženie výmenníka tepla z hľadiska prietoku vody, W:
Qwmo =G ow C pw (t2w - t lw); (10)
Materiálová bilancia podľa prietoku vzduchu:
Go=G až +Gp; (11)
Tepelná bilancia nad chladiacou vežou:
Q gr = Q wgr; (12)
Tepelná bilancia výmenníka tepla ako celku (množstvo tepla odovzdaného každým z tokov je rovnaké):
Q wmo = Q mo ; (13)
Kombinovaná tepelná bilancia chladiacej veže a výmenníka tepla pre vodu:
Q wgr =Q wmo ; (14)
11. Spoločným riešením rovníc (7) až (14) dostaneme nasledujúce závislosti:
hmotnostný prietok vzduchu v pomocnom prúde, kg/s:
hmotnostný prietok vzduchu v hlavnom prúde vzduchu, kg/s:
Go = Gp; (16)
Hmotnostný prietok vody cez chladiacu vežu pozdĺž hlavného toku, kg/s:
12. Množstvo vody potrebné na napájanie vodného okruhu chladiacej veže, kg/s:
G wn \u003d (d5-d 2) Gin; (18)
13. Spotreba energie v cykle je určená výkonom spotrebovaným na pohon ventilátora, W:
Nin = Go ∆i in; (19)
Takto boli nájdené všetky parametre potrebné pre konštruktívne výpočty prvkov nepriameho odparovacieho systému chladenia vzduchom.
Je potrebné poznamenať, že pracovný prúd chladeného vzduchu privádzaného k spotrebiteľovi (bod "2") je možné dodatočne ochladzovať napríklad adiabatickým zvlhčovaním alebo akýmkoľvek iným spôsobom. Ako príklad na obr. 4 znázorňuje bod "3*" zodpovedajúci adiabatickému zvlhčovaniu. V tomto prípade sa body „3*“ a „4“ zhodujú (obr. 4).
Praktické aspekty nepriamych odparovacích chladiacich systémov
Na základe praxe výpočtu nepriamych odparovacích chladiacich systémov je potrebné poznamenať, že pomocný prietok je spravidla 30-70% hlavného prietoku a závisí od potenciálnej schopnosti ochladiť vzduch privádzaný do systému.Ak porovnáme chladenie adiabatickými a nepriamymi odparovacími metódami, tak z I d-diagramu je vidieť, že v prvom prípade vzduch s teplotou 28 °C a relatívnou vlhkosťou 45 % možno ochladiť na 19,5 °C. , pričom v druhom prípade — až 15°С (obr. 6).
"Pseudonepriame" odparovanie
Ako bolo uvedené vyššie, systém nepriameho odparovacieho chladenia umožňuje dosiahnuť nižšiu teplotu ako tradičný systém adiabatického zvlhčovania vzduchu. Je tiež dôležité zdôrazniť, že obsah vlhkosti požadovaného vzduchu sa nemení. Podobné výhody v porovnaní s adiabatickým zvlhčovaním možno dosiahnuť zavedením pomocného prúdu vzduchu.
V súčasnosti existuje len málo praktických aplikácií nepriameho odparovacieho chladiaceho systému. Objavili sa však zariadenia podobného, ale trochu iného princípu činnosti: výmenníky tepla vzduch-vzduch s adiabatickým zvlhčovaním vonkajšieho vzduchu (systémy „pseudo-nepriameho“ vyparovania, kde nie je druhý prúd vo výmenníku tepla nejaká zvlhčená časť hlavného prúdu, ale iný, absolútne nezávislý okruh).
Takéto zariadenia sa používajú v systémoch s veľkým objemom recirkulovaného vzduchu, ktorý je potrebné ochladiť: v klimatizačných systémoch vlakov, posluchární na rôzne účely, dátových centrách a iných zariadeniach.
Účelom ich zavedenia je maximálne možné skrátenie doby prevádzky energeticky náročných kompresorových chladiacich zariadení. Namiesto toho sa pri vonkajších teplotách do 25 °C (a niekedy aj vyšších) používa výmenník tepla vzduch-vzduch, v ktorom je recirkulovaný vzduch v miestnosti ochladzovaný vonkajším vzduchom.
Pre väčšiu účinnosť zariadenia je vonkajší vzduch predvlhčený. V zložitejších systémoch sa zvlhčovanie uskutočňuje aj v procese výmeny tepla (vstrekovanie vody do kanálov výmenníka tepla), čo ďalej zvyšuje jeho účinnosť.
Vďaka použitiu takýchto riešení sa súčasná spotreba energie klimatizačného systému zníži až o 80 %. Celková ročná spotreba energie závisí od klimatickej oblasti prevádzky systému, v priemere sa znižuje o 30-60%.
Yury Khomutsky, technický redaktor časopisu "Climate World"
Článok využíva metodiku Moskovskej štátnej technickej univerzity. N. E. Baumana pre výpočet nepriameho odparovacieho chladiaceho systému.
Na údržbu jednotlivých malých miestností alebo ich skupín sú vhodné lokálne klimatizácie dvojstupňového chladenia odparovaním, realizované na báze nepriameho odparovacieho chladiaceho výmenníka tepla z hliníkových valcovacích rúrok (obr. 139). Vzduch sa čistí vo filtri 1 a vstupuje do ventilátora 2, po ktorého výstupnom otvore je rozdelený na dva prúdy - hlavný 3 a pomocný 6. Pomocný prúd vzduchu prechádza vnútri rúrok výmenníka tepla 14 nepriameho chladenia odparovaním. a poskytuje odparovacie chladenie vody stekajúcej po vnútorných stenách rúrok. Hlavný prúd vzduchu prechádza zo strany rebier rúrok výmenníka tepla a odovzdáva teplo cez ich steny vode ochladenej odparovaním. Recirkulácia vody vo výmenníku tepla je realizovaná pomocou čerpadla 4, ktoré odoberá vodu z jímky 5 a dodáva ju na zavlažovanie cez perforované potrubie 15. Výmenník tepla na nepriame chladenie odparovaním plní úlohu prvého stupňa v kombinovaných klimatizáciách dvoch -stupňové chladenie odparovaním.
V systémoch HVAC sa adiabatické vyparovanie zvyčajne spája so zvlhčovaním vzduchu, no v posledných rokoch sa tento proces stáva čoraz populárnejším po celom svete a čoraz viac sa využíva na „prirodzené“ chladenie vzduchu.
ČO JE ODPAROVACIE CHLADENIE?
Chladenie odparovaním je základom jedného z prvých umelých chladiacich systémov priestoru, kde sa vzduch ochladzuje prirodzeným odparovaním vody. Tento jav je veľmi bežný a vyskytuje sa všade: jedným z príkladov je pocit chladu, ktorý zažívate, keď sa pod vplyvom vetra vyparuje voda z povrchu vášho tela. To isté sa deje so vzduchom, do ktorého sa rozprašuje voda: keďže tento proces prebieha bez vonkajšieho zdroja energie (to znamená slovo „adiabatický“), teplo potrebné na odparovanie vody sa odoberá zo vzduchu, ktorý , stáva sa chladnejším.
Použitie tohto spôsobu chladenia v moderných klimatizačných systémoch poskytuje vysoký chladiaci výkon pri nízkej spotrebe energie, keďže v tomto prípade sa elektrina spotrebováva len na podporu procesu odparovania vody. Zároveň sa ako chladivo namiesto chemických zložení používa obyčajná voda, vďaka čomu je chladenie odparovaním ekonomickejšie a ekologickejšie.
TYPY VYPAROVANÉHO CHLADENIA
Existujú dva hlavné spôsoby chladenia odparovaním – priame a nepriame.
Priame chladenie odparovaním
Priame chladenie odparovaním je proces znižovania teploty vzduchu v miestnosti priamym zvlhčovaním. Inými slovami, v dôsledku odparovania atomizovanej vody sa okolitý vzduch ochladzuje. V tomto prípade sa distribúcia vlhkosti uskutočňuje buď priamo v miestnosti pomocou priemyselných zvlhčovačov a trysiek, alebo saturáciou privádzaného vzduchu vlhkosťou a jeho ochladzovaním v sekcii vetracej jednotky.
Je potrebné poznamenať, že v podmienkach priameho chladenia odparovaním je nevyhnutné výrazné zvýšenie vlhkosti privádzaného vzduchu vo vnútri miestnosti, preto sa na vyhodnotenie použiteľnosti tejto metódy odporúča vychádzať zo vzorca známeho ako „index teploty a nepohodlia“. Vzorec vypočítava pohodlnú teplotu v stupňoch Celzia, berúc do úvahy vlhkosť a teplotu suchého teplomera (tabuľka 1). Pri pohľade do budúcnosti poznamenávame, že systém chladenia s priamym odparovaním sa používa iba v prípadoch, keď má vonkajší vzduch počas letného obdobia vysoké teploty suchého teplomera a nízku úroveň absolútnej vlhkosti.
Nepriame chladenie odparovaním
Na zlepšenie účinnosti chladenia odparovaním pri vysokej vonkajšej vlhkosti sa odporúča kombinovať chladenie odparovaním s rekuperáciou tepla. Táto technológia je známa ako „nepriame chladenie odparovaním“ a je vhodná pre takmer každú krajinu na svete, vrátane krajín s veľmi vlhkým podnebím.
Všeobecná schéma činnosti napájacieho a ventilačného systému s rekuperáciou je taká, že horúci privádzaný vzduch prechádzajúci špeciálnou teplovýmennou kazetou je ochladzovaný studeným vzduchom odvádzaným z miestnosti. Princípom činnosti nepriameho odparovacieho chladenia je inštalácia adiabatického zvlhčovacieho systému do výfukového potrubia prívodných a výfukových centrálnych klimatizácií s následným prenosom chladu cez výmenník tepla do privádzaného vzduchu.
Ako ukazuje príklad, použitím doskového výmenníka tepla sa vonkajší vzduch vo ventilačnom systéme ochladí o 6 °C. Použitie odparovacieho chladenia odpadového vzduchu zvýši teplotný rozdiel zo 6°C na 10°C bez zvýšenia spotreby elektrickej energie a úrovne vnútornej vlhkosti. Využitie nepriameho chladenia odparovaním je efektívne pri vysokých tepelných príkonoch napríklad v kancelárskych a obchodných centrách, dátových centrách, priemyselných priestoroch a pod.
Systém nepriameho chladenia využívajúci adiabatický zvlhčovač CAREL humiFog:
Prípad: Odhad nákladov na nepriamy adiabatický chladiaci systém v porovnaní s chladením v chladiči.
Na príklade kancelárskeho centra s trvalým pobytom 2000 ľudí.
| Platobné podmienky | |
| Vonkajšia teplota a vlhkosť: | +32ºС, 10,12 g/kg (ukazovatele sa berú pre Moskvu) |
| Teplota vzduchu v miestnosti: | +20 ºС |
| Ventilačný systém: | 4 vzduchotechnické jednotky s výkonom 30 000 m3/h (prívod vzduchu podľa hygienických noriem) |
| Výkon chladiaceho systému, berúc do úvahy vetranie: | 2500 kW |
| Teplota privádzaného vzduchu: | +20 ºС |
| Teplota odsávaného vzduchu: | +23 ºС |
| Citlivá účinnosť rekuperácie tepla: | 65% |
| Centrálny chladiaci systém: | Chladič-fancoil systém s teplotou vody 7/12ºС |
Kalkulácia
- Pre výpočet vypočítame relatívnu vlhkosť vzduchu na digestore.
- Pri teplote v chladiacom systéme 7/12 °С bude rosný bod odvádzaného vzduchu, berúc do úvahy vnútorné emisie vlhkosti, +8 °С.
- Relatívna vlhkosť vzduchu vo výfuku bude 38%.
*Treba brať do úvahy, že náklady na inštaláciu chladiaceho systému pri zohľadnení všetkých nákladov sú výrazne vyššie v porovnaní so systémami nepriameho chladenia.
Kapitálové výdavky
Na analýzu berieme náklady na zariadenia - chladiče pre chladiaci systém a zvlhčovacie systémy pre nepriame chladenie odparovaním.
- Kapitálové náklady na chladenie privádzaného vzduchu pre nepriamy chladiaci systém.
Cena jedného zvlhčovacieho stojana Optimist vyrábaného spoločnosťou Carel (Taliansko) vo vzduchotechnickej jednotke je 7570 €.
- Kapitálové náklady na chladenie privádzaného vzduchu bez nepriameho chladiaceho systému.
Náklady na chladič s chladiacim výkonom 62,3 kW sú približne 12 460 € na základe nákladov 200 € na 1 kW chladiaceho výkonu. Je potrebné vziať do úvahy, že náklady na inštaláciu chladiaceho systému pri zohľadnení všetkých nákladov sú výrazne vyššie v porovnaní so systémami nepriameho chladenia.
Prevádzkové náklady
Na rozbor berieme cenu vody z vodovodu 0,4 € za 1 m3 a cenu elektriny 0,09 € za 1 kWh.
- Prevádzkové náklady na chladenie privádzaného vzduchu pre nepriamy chladiaci systém.
Spotreba vody na nepriame chladenie je 117 kg/h na jednu vzduchotechnickú jednotku, pri započítaní strát 10% to budeme brať 130 kg/h.
Príkon zvlhčovacieho systému je 0,375 kW na jednu vzduchotechnickú jednotku.
Celkové náklady na hodinu sú 0,343 € za 1 hodinu prevádzky systému.
- Prevádzkové náklady na chladenie privádzaného vzduchu bez nepriameho chladiaceho systému.
Berieme koeficient výkonu rovný 3 (pomer chladiaceho výkonu k spotrebe energie).
Celkové náklady na hodinu sú 7,48 € za 1 hodinu prevádzky.
Záver
Použitie nepriameho chladenia odparovaním umožňuje:
Znížiť kapitálové náklady na chladenie privádzaného vzduchu o 39 %.
Znížiť spotrebu energie pre klimatizačné systémy budov zo 729 kW na 647 kW alebo o 11,3 %.
Znížiť prevádzkové náklady vzduchotechniky budovy zo 65,61 €/h na 58,47 €/h, čiže o 10,9 %.
Napriek tomu, že chladenie čerstvým vzduchom predstavuje približne 10 – 20 % celkovej potreby chladenia kancelárskych a obchodných centier, práve tu sú najväčšie rezervy na zlepšenie energetickej hospodárnosti budovy bez výrazného navýšenia kapitálu. náklady.
Článok pripravili špecialisti TERMOCOM na uverejnenie v časopise ON č. 6-7 (5) jún-júl 2014 (s. 30-35)
Sovietsky zväz
socialistický
republiky
Štátny výbor
ZSSR pre vynálezy a objavy (53) UDC 629. 113. 06.628.83 (088.8) (72) Vynálezcovia
V. S. Maisotsenko, A. B. Tsimerman, M. G. a I. N. Pečerskaja
Inštitút stavebného inžinierstva v Odese (71) Žiadateľ (54) DVOJSTUPŇOVÁ ODPAROVACIA KLIMATIZÁCIA
CHLADENIE PRE VOZIDLO
[0001] Vynález sa týka oblasti dopravného inžinierstva a môže byť použitý pre klimatizáciu vo vozidlách.
Sú známe klimatizácie pre vozidlá, ktoré obsahujú vzduchovú štrbinovú odparovaciu dýzu so vzduchovými a vodnými kanálikmi oddelenými od seba stenami mikroporéznych platní, pričom spodná časť dýzy je ponorená do misky s kvapalinou (1)
Nevýhodou tejto klimatizácie je nízka účinnosť chladenia vzduchu.
Technické riešenie najbližšie k vynálezu je dvojstupňová odparovacia chladiaca klimatizácia pre vozidlo, obsahujúca výmenník tepla, misku s kvapalinou, v ktorej je ponorená tryska, komoru na chladenie kvapaliny vstupujúcej do výmenníka tepla s prvkami pre prídavné chladenie kvapaliny a kanál na privádzanie vzduchu z vonkajšieho prostredia do komory, zužujúci sa smerom k vstupu do komory (2
V tomto kompresore sú prvky na dodatočné chladenie vzduchu vyrobené vo forme trysiek.
Nedostatočná je však aj účinnosť chladenia v tomto kompresore, keďže limitom chladenia vzduchu je v tomto prípade teplota vlhkého teplomera prídavného prúdu vzduchu v žumpe.
10 je navyše známa klimatizácia konštrukčne zložitá a obsahuje duplicitné jednotky (dve čerpadlá, dve nádrže).
Účelom vynálezu je zvýšiť stupeň účinnosti chladenia a kompaktnosť zariadenia.
Cieľ je dosiahnutý tým, že v navrhovanom klimatizačnom zariadení sú prvky na dodatočné chladenie vyrobené vo forme teplovýmennej priehradky umiestnenej vertikálne a upevnenej na jednej zo stien komory s vytvorením medzery medzi ňou a stenou komory. oproti nemu a
25, na strane jedného z povrchov prepážky je inštalovaná nádrž s kvapalinou stekajúcou po uvedenom povrchu prepážky, pričom komora a podnos sú vyrobené z jedného kusu.
Tryska je vyrobená vo forme bloku kapilárno-porézneho materiálu.
Na obr. 1 schematický diagram klimatizácie, obr. 2 raeeee A-A na obr. jeden.
Klimatizácia pozostáva z dvoch stupňov vzduchového chladenia: prvý stupeň ochladzuje vzduch vo výmenníku 1 tepla, druhý stupeň ochladzuje vzduch v dýze 2, ktorá je vyrobená vo forme bloku kapilárno-porézneho materiálu.
Pred výmenníkom tepla je inštalovaný ventilátor 3 poháňaný 4° elektromotorom. Výmenník tepla 1 je inštalovaný na palete 10, ktorá je vyrobená z jedného kusu s komorou
8. K výmenníku tepla prilieha kanál
11 na prívod vzduchu z vonkajšieho prostredia, pričom kanál je vytvorený ako pôdorys zužujúci sa smerom k vstupu 12 vzduchovej dutiny.
13 komôr 8. Vo vnútri komory sú prvky na dodatočné chladenie vzduchom. Sú vyrobené vo forme teplovýmennej prepážky 14, umiestnenej zvisle a upevnenej na stene 15 komory oproti stene 16, voči ktorej je priečka umiestnená s medzerou.Prepážka rozdeľuje komoru na dve prepojené dutiny 17. a 18.
V komore je umiestnené okno 19, v ktorom je inštalovaný eliminátor kvapiek 20 a na palete je vytvorený otvor 21. prúd L
V súvislosti s realizáciou kanála 11 zužujúceho sa k vstupu 12! dutiny 13 sa prietok zvyšuje a vonkajší vzduch je nasávaný do medzery vytvorenej medzi uvedeným kanálom a vstupom, čím sa zvyšuje hmotnosť pomocného prúdu. Tento prúd vstupuje do dutiny 17. Potom tento prúd vzduchu po zaoblení prepážky 14 vstupuje do dutiny 18 komory, kde sa pohybuje v opačnom smere, než je jeho pohyb v dutine 17. V dutine 17, smerom k pohybu prúdu vzduchu, steká film 22 kvapaliny dole prepážkou pozdĺž prepážky - voda zo zásobníka 9.
Keď sa prúd vzduchu a vody dostanú do kontaktu, v dôsledku odparovacieho efektu, teplo z dutiny 17 sa prenesie cez prepážku 14 na film 22 vody, čo prispieva k jeho dodatočnému odparovaniu. Potom do dutiny 18 vstupuje prúd vzduchu s nižšou teplotou. To následne vedie k ešte väčšiemu poklesu teploty prepážky 14, čo spôsobí dodatočné ochladzovanie prúdu vzduchu v dutine 17. Preto sa teplota prúdu vzduchu po zaoblení prepážky a vstupe do dutina
18. Teoreticky bude proces chladenia pokračovať, kým sa jeho hnacia sila nestane nulovou. V tomto prípade je hnacou silou procesu odparovacieho chladenia psychometrický rozdiel -teplôt prúdu vzduchu po jeho otočení voči prepážke a po kontakte s vodným filmom v dutine 18. Pretože prúd vzduchu je predchladený v dutiny 17 s konštantným obsahom vlhkosti, má psychrometrický teplotný rozdiel prúdenia vzduchu v dutine 18 pri približovaní sa k rosnému bodu tendenciu k nule. Preto je tu limitom vodného chladenia teplota rosného bodu vonkajšieho vzduchu. Teplo z vody vstupuje do prúdu vzduchu v dutine 18, pričom sa vzduch ohrieva, zvlhčuje a cez okienko 19 a eliminátor kvapiek 20 sa uvoľňuje do atmosféry.
V komore 8 je tak organizovaný prietokový pohyb média vymieňajúceho teplo a oddeľovacia teplovýmenná priehradka umožňuje nepriame predchladenie prúdu vzduchu privádzaného pre chladiacu vodu procesom vyparovania vody. dole cez priehradku na dno komory, a keďže tá je vyrobená v jednom celku s paletou, odtiaľ sa čerpá do výmenníka 1 tepla a tiež sa vynakladá na zvlhčenie dýzy v dôsledku intrakapilárnych síl.
Hlavný prúd vzduchu L.n, ktorý bol predchladený bez zmeny obsahu vlhkosti vo výmenníku 1 tepla, teda vstupuje do dýzy 2 na ďalšie ochladzovanie bez zmeny jeho tepelného obsahu. Ďalej hlavný prúd vzduchu cez otvor v panvici
59 áno chladí, pričom chladí prepážku. Vstup do dutiny
17 komory je prúd vzduchu, prúdiaci okolo prepážky, tiež ochladzovaný, avšak bez zmien obsahu vlhkosti. Nárokovať
1. Klimatizácia na dvojstupňové chladenie odparovaním pre vozidlo, obsahujúca výmenník tepla, kvapalinovú rozvodňu, do ktorej je ponorená tryska, komoru na chladenie kvapaliny vstupujúcej do výmenníka tepla s prvkami na dodatočné chladenie kvapaliny, a kanál na privádzanie vzduchu z vonkajšieho prostredia do komory, vyrobený zužujúcim sa smerom k vstupu kamery, odlišný od skutočnosť, že na zvýšenie stupňa účinnosti chladenia a kompaktnosti kompresora sú prvky na dodatočné chladenie vzduchu vyrobené vo forme teplovýmennej priehradky umiestnenej vertikálne a upevnenej na jednej zo stien komory s tvarom medzery medzi ňou a protiľahlou stenou komory a na strane jednej z na povrchoch priehradky je nainštalovaný zásobník s kvapalinou stekajúcou po uvedenom povrchu priehradky, pričom komora a panva sú vyrobené ako jeden celok.
