Výpočet nepřímého odpařovacího chladicího systému. Zařízení pro dvoustupňové odpařovací chlazení vzduchem Přímé odpařovací chlazení

V moderním technologie klimatizace Velká pozornost je věnována energetické účinnosti zařízení. To vysvětluje zvýšení Nedávno zájem o vodní odpařovací chladicí systémy založené na nepřímých odpařovacích výměnících tepla (nepřímé odpařovací chladicí systémy). Mohou být systémy chlazení odpařováním vody efektivní řešení pro mnoho regionů naší země, jejichž klima se vyznačuje relativně nízkou vlhkostí vzduchu. Voda jako chladivo je jedinečná – má vysokou tepelnou kapacitu a latentní teplo výparu, je nezávadná a přístupná. Voda byla navíc dobře prozkoumána, což umožňuje poměrně přesně předpovídat její chování v různých technických systémech.

Vlastnosti chladicích systémů s nepřímými odpařovacími výměníky tepla

Hlavní rys a výhodou nepřímých odpařovacích systémů je schopnost ochladit vzduch na teplotu nižší než je teplota vlhkého teploměru. Takže konvenční technologie chlazení odpařováním(v adiabatických zvlhčovačích), když je voda vstřikována do proudu vzduchu, nejen snižuje teplotu vzduchu, ale také zvyšuje jeho vlhkost. V tomto případě procesní čára na I d-diagramu vlhký vzduch sleduje adiabatickou dráhu a minimální možná teplota odpovídá bodu „2“ (obr. 1).

V nepřímých odpařovacích systémech lze vzduch ochladit na bod „3“ (obr. 1). Proces v diagramu v tomto případě probíhá svisle dolů podél linie konstantního obsahu vlhkosti. V důsledku toho je výsledná teplota nižší a vlhkost vzduchu se nezvyšuje (zůstává konstantní).

Kromě toho mají systémy odpařování vody následující pozitivní vlastnosti:

• Možnost kombinované výroby chlazeného vzduchu a studené vody.
• Malá spotřeba energie. Hlavními spotřebiteli elektřiny jsou ventilátory a vodní čerpadla.
• Vysoká spolehlivost díky absenci složitých strojů a použití neagresivní pracovní kapaliny - vody.
• Šetrné k životnímu prostředí: nízká hladina hluku a vibrací, neagresivní pracovní kapalina, nízké riziko pro životní prostředí průmyslová produkce systémy z důvodu nízké výrobní složitosti.
• Jednoduchost konstrukce a relativně nízká cena spojená s absencí přísných požadavků na těsnost systému a jeho jednotlivých komponent, absence složitých a drahých strojů (chladicí kompresory), malé nadměrný tlak v cyklu nízká spotřeba kovu a možnost širokého použití plastů.

Chladicí systémy, které využívají efektu absorpce tepla při odpařování vody, jsou známy již velmi dlouho. Nicméně, na tento moment Vodní chladicí systémy s odpařováním nejsou dostatečně rozšířené. Téměř celá nika průmyslových a systémy pro domácnost chlazení v oblasti mírných teplot je naplněno systémy pro kompresi par chladiva.

Tato situace je zjevně spojena s problémy při provozu systémů odpařování vody, kdy záporné teploty a jejich nevhodnost pro provoz při vysoké relativní vlhkosti venkovního vzduchu. Ovlivnila to také skutečnost, že hlavní zařízení takových systémů (chladicí věže, tepelné výměníky), dříve používané, měla velké rozměry, hmotnost a další nevýhody spojené s prací v podmínkách vysoké vlhkosti. Navíc vyžadovaly systém úpravy vody.

Dnes se však díky technologickému pokroku rozšířily vysoce účinné a kompaktní chladicí věže, které jsou schopny chladit vodu na teploty, které se liší pouze o 0,8 ... 1,0 °C od teploty vlhkého teploměru proudu vzduchu vstupujícího do chladicí věže. .

Zde stojí za zvláštní zmínku chladicí věže společností Muntes a SRH-Lauer. Tak nízkého teplotního rozdílu bylo dosaženo především díky originální design trysky chladicí věže s unikátními vlastnostmi - dobrá smáčivost, vyrobitelnost, kompaktnost.

Popis nepřímého odpařovacího chladicího systému

V nepřímém odpařovacím chladicím systému je atmosférický vzduch z životní prostředí s parametry odpovídajícími bodu „0“ (obr. 4), je čerpán do systému ventilátorem a chlazen při konstantní vlhkosti v nepřímém odpařovacím výměníku tepla.

Po výměníku tepla je hlavní proud vzduchu rozdělen na dva: pomocný a pracovní, směřující ke spotřebiteli.

Pomocný proud plní současně roli chladiče i chlazeného proudu - za výměníkem tepla je směrován zpět k hlavnímu proudu (obr. 2).

Současně je voda přiváděna do pomocných průtokových kanálů. Smyslem dodávky vody je „zpomalení“ nárůstu teploty vzduchu v důsledku jejího paralelního zvlhčování: jak známo, stejné změny tepelné energie lze dosáhnout buď pouze změnou teploty, nebo změnou teploty a vlhkosti současně. Proto, když je pomocný proud zvlhčován, je stejné výměny tepla dosaženo menší změnou teploty.

U nepřímých odpařovacích výměníků tepla jiného typu (obr. 3) je pomocný proud směrován nikoli do výměníku tepla, ale do chladicí věže, kde ochlazuje vodu cirkulující přes nepřímý odpařovací výměník tepla: voda se v něm ohřívá kvůli hlavnímu proudění a chlazený v chladicí věži díky pomocnému. Voda se po okruhu pohybuje pomocí oběhového čerpadla.

Výpočet nepřímého odpařovacího výměníku tepla

Pro výpočet cyklu nepřímého odpařovacího chladicího systému s cirkulující vodou jsou vyžadovány následující počáteční údaje:

• φ ос — relativní vlhkost okolního vzduchu, %;
• t ос — teplota okolního vzduchu, °C;
• ∆t x - teplotní rozdíl na studeném konci výměníku, °C;
• ∆t m – teplotní rozdíl na teplém konci výměníku tepla, °C;
• ∆t wgr - rozdíl mezi teplotou vody opouštějící chladicí věž a teplotou do ní přiváděného vzduchu podle mokrého teploměru, °C;
• ∆t min - minimální teplotní rozdíl (teplotní tlak) mezi průtoky v chladicí věži (∆t min<∆t wгр), ° С;
• G r – hmotnostní průtok vzduchu požadovaný spotřebitelem, kg/s;
• η in — účinnost ventilátoru;
• ∆P in - tlaková ztráta v zařízeních a potrubích systému (požadovaný tlak ventilátoru), Pa.

Metodika výpočtu je založena na následujících předpokladech:

• Předpokládá se, že procesy přenosu tepla a hmoty jsou v rovnováze,
• Ve všech oblastech systému nedochází k žádnému vnějšímu přívodu tepla,
• Tlak vzduchu v systému je roven atmosférickému tlaku (lokální změny tlaku vzduchu v důsledku jeho vstřikování ventilátorem nebo průchodu aerodynamickým odporem jsou zanedbatelné, což umožňuje použít I d diagram vlhkého vzduchu pro atmosférický tlak v celém výpočet systému).

Postup pro technický výpočet uvažovaného systému je následující (obrázek 4):

1. Pomocí I d diagramu nebo pomocí programu pro výpočet vlhkého vzduchu se určí další parametry okolního vzduchu (bod „0“ na obr. 4): měrná entalpie vzduchu i 0, J/kg a vlhkost d 0 , kg/kg.
2. Přírůstek měrné entalpie vzduchu ve ventilátoru (J/kg) závisí na typu ventilátoru. Pokud motor ventilátoru není foukán (ochlazován) hlavním proudem vzduchu, pak:

Pokud okruh používá potrubní ventilátor (když je elektromotor chlazen hlavním proudem vzduchu), pak:

Kde:
η dv — účinnost elektromotoru;
ρ 0 — hustota vzduchu na vstupu ventilátoru, kg/m 3

Kde:
B 0 – okolní barometrický tlak, Pa;
Rin je plynová konstanta vzduchu rovna 287 J/(kg.K).

3. Měrná entalpie vzduchu za ventilátorem (bod „1“), J/kg.

i 1 = i 0 + ∆i in; (3)

Protože proces „0-1“ probíhá při konstantním obsahu vlhkosti (d 1 =d 0 =konst), pak pomocí známých φ 0, t 0, i 0, i 1 určíme teplotu vzduchu t1 za ventilátorem (bod „1“).

4. Ze známé φ 0, t 0 se určí rosný bod okolního vzduchu t dew, °C.

5. Psychrometrický teplotní rozdíl hlavního proudění vzduchu na výstupu z výměníku (bod „2“) ∆t 2-4, °C

∆t 2-4 =∆t x +∆t wgr; (4)

Kde:
∆t x je přiřazeno na základě specifických provozních podmínek v rozsahu ~ (0,5…5,0), °C. Je třeba mít na paměti, že malé hodnoty ∆t x budou mít za následek relativně velké rozměry výměníku tepla. Pro zajištění malých hodnot ∆t x je nutné použít vysoce účinné teplosměnné plochy;

∆t wgr se volí v rozsahu (0,8…3,0), °C; Nižší hodnoty ∆t wgr by měly být brány, pokud je nutné získat minimální možnou teplotu studené vody v chladicí věži.

6. Uznáváme, že proces zvlhčování pomocného proudu vzduchu v chladicí věži ze stavu „2-4“ s dostatečnou přesností pro technické výpočty probíhá podél linie i 2 =i 4 = konst.

V tomto případě, když známe hodnotu ∆t 2-4, určíme teploty t 2 a t 4, body „2“ a „4“, °C. K tomu najdeme přímku i=const takovou, že mezi bodem „2“ a bodem „4“ je rozdíl teplot nalezený ∆t 2-4. Bod „2“ se nachází v průsečíku čar i 2 =i 4 =konst a konstantní vlhkost d 2 =d 1 =d OS. Bod „4“ se nachází v průsečíku přímky i 2 =i 4 =konst a křivky φ 4 = 100% relativní vlhkost.

Pomocí výše uvedených diagramů tedy určíme zbývající parametry v bodech „2“ a „4“.

7. Určete t 1w - teplotu vody na výstupu z chladicí věže, v bodě „1w“, °C. Při výpočtech můžeme ohřev vody v čerpadle zanedbat, proto na vstupu do výměníku (bod „1w“) bude mít voda stejnou teplotu t 1w

t 1w = t4 +.∆t wgr; (5)

8. t 2w - teplota vody za výměníkem na vstupu do chladicí věže (bod „2w“), °C

t2w = t1 -.∆t m; (6)

9. Teplota vzduchu vypouštěného z chladicí věže do okolí (bod „5“) t 5 se zjišťuje graficko-analytickou metodou pomocí i d diagramu (s velkým pohodlím lze sestavu Q t a i t diagramů používané, ale jsou méně časté, proto byl v tomto i d diagramu použit ve výpočtech). Uvedená metoda je následující (obr. 5):

• bod „1w“, charakterizující stav vody na vstupu do nepřímého odpařovacího výměníku, s hodnotou měrné entalpie bodu „4“ je umístěn na izotermě t 1w, oddělené od izotermy t 4 ve vzdálenosti ∆t wgr .
• Z bodu „1w“ podél isenthalpy vyneseme segment „1w - p“ tak, že t p = t 1w - ∆t min.
• S vědomím, že proces ohřevu vzduchu v chladicí věži probíhá při φ = konst = 100 %, sestrojíme tečnu k φ pr = 1 z bodu „p“ a získáme bod tečny „k“.
• Z bodu tečnosti „k“ podél isenthalpy (adiabatické, i=konst) vyneseme úsečku „k - n“ tak, že t n = t k + ∆t min. Je tak zajištěn (přiřazen) minimální teplotní rozdíl mezi chlazenou vodou a pomocným vzduchem v chladicí věži. Tento teplotní rozdíl zaručuje provoz chladicí věže v návrhovém režimu.
• Vedeme přímku z bodu „1w“ přes bod „n“, dokud se neprotne s přímkou ​​t=const= t 2w. Dostaneme bod „2w“.
• Z bodu „2w“ vedeme přímku i=const, dokud se neprotne s φ pr =const=100 %. Dostáváme bod „5“, který charakterizuje stav vzduchu na výstupu z chladicí věže.
• Pomocí diagramu určíme požadovanou teplotu t5 a další parametry bodu „5“.

10. Sestavíme soustavu rovnic pro zjištění neznámých hmotnostních průtoků vzduchu a vody. Tepelné zatížení chladicí věže pomocným prouděním vzduchu, W:

Qgr = Gin (i 5 - i 2); (7)

Q wgr = G ow C pw (t2w - tiw); (8)

Kde:
C pw je měrná tepelná kapacita vody, J/(kg.K).

Tepelné zatížení výměníku tepla podél hlavního proudu vzduchu, W:

Qmo = Go (i 1 - i 2); (9)

Tepelné zatížení tepelného výměníku průtokem vody, W:

Q wmo = G ow C pw (t2w - t lw); (10)

Materiálová bilance podle proudění vzduchu:

Go = G v +Gp; (11)

Tepelná bilance pro chladicí věž:

Q gr = Q wgr; (12)

Tepelná bilance výměníku tepla jako celku (množství tepla přeneseného každým tokem je stejné):

Q wmo =Q mo ; (13)

Kombinovaná tepelná bilance chladicí věže a vodního výměníku tepla:

Q wgr =Q wmo; (14)

11. Společným řešením rovnic (7) až (14) získáme následující závislosti:
hmotnostní průtok vzduchu podél pomocného proudu, kg/s:

hmotnostní průtok vzduchu podél hlavního proudu vzduchu, kg/s:

Go = Gp; (16)

Hmotnostní průtok vody chladicí věží podél hlavního toku, kg/s:

12. Množství vody potřebné k doplnění vodního okruhu chladicí věže, kg/s:

Gwn=(d5-d2)Gin; (18)

13. Spotřeba energie v cyklu je určena výkonem spotřebovaným na pohon ventilátoru, W:

Nin =G o ∆i in; (19)

Byly tak nalezeny všechny parametry potřebné pro konstrukční výpočty prvků nepřímého odpařovacího systému chlazení vzduchu.

Uvědomte si, že pracovní proud ochlazeného vzduchu přiváděného ke spotřebiči (bod „2“) lze dodatečně ochladit např. adiabatickým zvlhčováním nebo jakýmkoli jiným způsobem. Jako příklad na Obr. 4 označuje bod „3*“, odpovídající adiabatickému zvlhčování. V tomto případě se body „3*“ a „4“ shodují (obr. 4).

Praktické aspekty nepřímých odpařovacích chladicích soustav

Na základě praxe výpočtu nepřímých odpařovacích chladicích systémů je třeba poznamenat, že pomocný průtok je zpravidla 30-70 % hlavního průtoku a závisí na potenciální chladicí schopnosti vzduchu přiváděného do systému.

Porovnáme-li chlazení adiabatickými a nepřímými odpařovacími metodami, pak z I d-diagramu lze vidět, že v prvním případě lze vzduch o teplotě 28 °C a relativní vlhkosti 45 % ochladit na 19,5 °C. , zatímco ve druhém případě - do 15°C (obr. 6).

"Pseudo-nepřímé" odpařování

Jak bylo uvedeno výše, nepřímý odpařovací chladicí systém může dosáhnout nižších teplot než tradiční adiabatický zvlhčovací systém. Je také důležité zdůraznit, že obsah vlhkosti požadovaného vzduchu se nemění. Podobných výhod ve srovnání s adiabatickým zvlhčováním lze dosáhnout zavedením pomocného proudu vzduchu.

V současné době existuje několik praktických aplikací nepřímých odpařovacích chladicích systémů. Objevila se však zařízení podobného, ​​ale trochu jiného principu činnosti: výměníky tepla vzduch-vzduch s adiabatickým zvlhčováním venkovního vzduchu (systémy „pseudo-nepřímého“ odpařování, kde druhý proud ve výměníku tepla není nějaký zvlhčená část hlavního toku, ale jiný, zcela nezávislý okruh).

Taková zařízení se používají v systémech s velkým objemem recirkulovaného vzduchu, který potřebuje chlazení: v klimatizačních systémech pro vlaky, posluchárny pro různé účely, centra pro zpracování dat a další zařízení.

Účelem jejich realizace je co nejvíce zkrátit dobu provozu energeticky náročných kompresorových chladicích zařízení. Místo toho se pro venkovní teploty do 25 °C (a někdy i vyšší) používá výměník tepla vzduch-vzduch, ve kterém se recirkulovaný vzduch v místnosti ochlazuje venkovním vzduchem.

Pro větší účinnost zařízení je venkovní vzduch předvlhčen. U složitějších systémů se zvlhčování provádí také během procesu výměny tepla (vstřikování vody do kanálů výměníku tepla), což dále zvyšuje jeho účinnost.

Díky použití takových řešení se současná spotřeba energie klimatizačního systému snižuje až o 80 %. Roční spotřeba energie závisí na klimatické oblasti provozu systému v průměru, je snížena o 30-60%.

Yuri Khomutsky, technický redaktor časopisu Climate World

Článek využívá metodiku MSTU. N. E. Baumana pro výpočet nepřímého odpařovacího chladicího systému.

V systémech vytápění, ventilace a klimatizace je adiabatické odpařování obvykle spojeno se zvlhčováním vzduchu, ale v poslední době se tento proces stává stále populárnějším po celém světě a stále více se používá k „přirozenému“ ochlazování vzduchu.

CO JE TO ODPAŘOVACÍ CHLAZENÍ?

Odpařovací chlazení je základem jednoho z vůbec prvních systémů chlazení prostoru vynalezených člověkem, kde se vzduch ochlazuje díky přirozenému odpařování vody. Tento jev je velmi běžný a vyskytuje se všude: příkladem může být pocit chladu, který zažíváte, když se vlivem větru odpařuje voda z povrchu vašeho těla. Totéž se děje se vzduchem, ve kterém dochází k atomizaci vody: protože tento proces probíhá bez vnějšího zdroje energie (to znamená slovo „adiabatický“), teplo potřebné k odpaření vody se odebírá ze vzduchu, což podle toho se ochlazuje.

Použití tohoto způsobu chlazení v moderních klimatizačních systémech poskytuje vysoký chladicí výkon s nízkou spotřebou energie, protože v tomto případě se elektřina spotřebovává pouze na podporu procesu odpařování vody. Místo chemických sloučenin se přitom jako chladivo používá obyčejná voda, díky čemuž je chlazení odpařováním ekonomicky výhodnější a neškodí životnímu prostředí.

TYPY ODPAŘOVACÍHO CHLAZENÍ

Existují dva hlavní způsoby chlazení odpařováním – přímé a nepřímé.

Přímé chlazení odpařováním

Přímé odpařovací chlazení je proces snižování teploty vzduchu v místnosti jeho přímým zvlhčováním. Jinými slovy, díky odpařování atomizované vody se okolní vzduch ochlazuje. V tomto případě je vlhkost distribuována buď přímo do místnosti pomocí průmyslových zvlhčovačů a trysek, nebo nasycením přiváděného vzduchu vlhkostí a jeho ochlazením v sekci ventilační jednotky.

Je třeba poznamenat, že v podmínkách přímého odpařovacího chlazení je výrazné zvýšení vlhkosti přiváděného vzduchu v interiéru nevyhnutelné, proto se pro posouzení použitelnosti této metody doporučuje vzít za základ vzorec známý jako „ index teploty a nepohodlí“. Vzorec vypočítává pohodlnou teplotu ve stupních Celsia, přičemž bere v úvahu vlhkost a teplotu suchého teploměru (tabulka 1). Při pohledu do budoucna poznamenáváme, že systém chlazení s přímým odpařováním se používá pouze v případech, kdy má venkovní vzduch v létě vysoké teploty suchého teploměru a nízké úrovně absolutní vlhkosti.

Nepřímé odpařovací chlazení

Pro zvýšení účinnosti chlazení odpařováním při vysoké vlhkosti venkovního vzduchu se doporučuje kombinovat chlazení odpařováním s rekuperací tepla. Tato technologie je známá jako „nepřímé odpařovací chlazení“ a je vhodná pro téměř všechny země na světě, včetně zemí s velmi vlhkým klimatem.

Obecné provozní schéma zásobovacího a ventilačního systému s rekuperací spočívá v tom, že horký přiváděný vzduch, procházející speciální teplosměnnou kazetou, je ochlazen chladným vzduchem odváděným z místnosti. Principem činnosti nepřímého odpařovacího chlazení je instalace adiabatického zvlhčovacího systému do výfukového potrubí přívodních a odvodních centrálních klimatizací s následným přenosem chladu přes rekuperátor do přiváděného vzduchu.

Jak je znázorněno na příkladu, díky použití deskového výměníku tepla se pouliční vzduch ve ventilačním systému ochladí o 6 °C. Použití odpařovacího chlazení odpadního vzduchu zvýší teplotní rozdíl z 6 °C na 10 °C, aniž by se zvýšila spotřeba energie a úroveň vlhkosti v interiéru. Využití nepřímého odpařovacího chlazení je efektivní při vysokých tepelných tocích, například v kancelářských a obchodních centrech, datových centrech, průmyslových areálech apod.

Systém nepřímého chlazení pomocí adiabatického zvlhčovače CAREL humiFog:

Případ: Odhad nákladů na nepřímý adiabatický chladicí systém ve srovnání s chlazením pomocí chladičů.

Na příkladu kancelářského centra s trvalým bydlištěm 2000 lidí.

Platební podmínky
Obsah venkovní teploty a vlhkosti:	+32ºС, 10,12 g/kg (ukazatele převzaty pro Moskvu)
Pokojová teplota:	+20 ºС
Ventilační systém:	4 přívodní a odsávací jednotky o výkonu 30 000 m3/h (přívod vzduchu dle hygienických norem)
Výkon chladicího systému včetně ventilace:	2500 kW
Teplota přiváděného vzduchu:	+20 ºС
Teplota odváděného vzduchu:	+23 ºС
Rozumná účinnost rekuperace tepla:	65%
Centrální chladicí systém:	Chladič-fan coil systém s teplotou vody 7/12ºС

Výpočet

• Pro provedení výpočtu vypočítáme relativní vlhkost odpadního vzduchu.
• Při teplotě v chladicím systému 7/12 °C bude rosný bod odváděného vzduchu, s přihlédnutím k vnitřním únikům vlhkosti, +8 °C.
• Relativní vlhkost odváděného vzduchu bude 38 %.

*Je třeba vzít v úvahu, že náklady na instalaci chladicího systému s přihlédnutím ke všem nákladům jsou výrazně vyšší ve srovnání se systémy nepřímého chlazení.

Kapitálové výdaje

Pro analýzu bereme náklady na zařízení - chladiče pro chladicí systém a zvlhčovací systém pro nepřímé chlazení odpařováním.

• Investiční náklady na chlazení přiváděného vzduchu pro nepřímý chladicí systém.

Cena jednoho zvlhčovacího stojanu Optimist vyrobeného společností Carel (Itálie) ve vzduchotechnické jednotce je 7 570 EUR.

• Investiční náklady na chlazení přiváděného vzduchu bez nepřímého chladicího systému.

Náklady na chladič s chladicím výkonem 62,3 kW jsou přibližně 12 460 EUR, na základě nákladů 200 EUR na 1 kW chladicího výkonu. Je třeba vzít v úvahu, že náklady na instalaci chladicího systému s přihlédnutím ke všem nákladům jsou výrazně vyšší ve srovnání se systémy nepřímého chlazení.

Provozní náklady

Pro analýzu předpokládáme, že náklady na vodu z vodovodu jsou 0,4 € za 1 m3 a náklady na elektřinu jsou 0,09 € za 1 kW/h.

• Provozní náklady na chlazení přiváděného vzduchu pro systém nepřímého chlazení.

Spotřeba vody pro nepřímé chlazení je 117 kg/h na jeden přívodní a výfukový agregát při zohlednění ztrát 10% budeme uvažovat 130 kg/h.

Příkon zvlhčovacího systému je 0,375 kW na jednu vzduchotechnickou jednotku.

Celkové náklady na hodinu jsou 0,343 € za 1 hodinu provozu systému.

• Provozní náklady na chlazení přiváděného vzduchu bez nepřímého chladicího systému.

Požadovaný chladicí výkon je 62,3 kW na vzduchotechnickou jednotku.

Koeficient chlazení bereme rovný 3 (poměr chladicího výkonu ke spotřebě energie).

Celková cena za hodinu je 7,48 € za 1 hodinu provozu.

Závěr

Použití nepřímého chlazení odpařováním umožňuje:

Snížit kapitálové náklady na chlazení přiváděného vzduchu o 39 %.

Snížit spotřebu energie pro klimatizační systémy budovy ze 729 kW na 647 kW, tedy o 11,3 %.

Snížit provozní náklady na klimatizační systémy budov z 65,61 EUR/hod na 58,47 EUR/hod, neboli o 10,9 %.

Přestože tedy chlazení čerstvým vzduchem tvoří přibližně 10–20 % celkových potřeb chlazení kancelářských a obchodních center, právě zde jsou největší rezervy pro zvýšení energetické účinnosti budovy bez výrazného navýšení kapitálu. náklady.

Článek připravili specialisté TERMOKOMu k publikaci v ON magazínu č. 6-7 (5) červen-červenec 2014 (str. 30-35)

svazu sovětů

Socialista

republiky

Státní výbor

SSSR pro vynálezy a objevy (53) UDC 629. 113. .06.628.83 (088.8) (72) Autoři vynálezu

V. S. Maisotsenko, A. B. Tsimerman, M. G. a I. N. Pecherskaya

Stavební inženýrský institut v Oděse (71) Žadatel (54) DVOUSTUPŇOVÁ ODPAŘOVACÍ KLIMATIZACE

CHLAZENÍ PRO VOZIDLA

Vynález se týká oblasti dopravního inženýrství a lze jej použít pro klimatizaci vozidel.

Jsou známy klimatizace pro vozidla, které obsahují vzduchovou štěrbinovou výparníkovou trysku se vzduchovými a vodními kanálky navzájem oddělenými stěnami z mikroporézních desek, přičemž spodní část trysky je ponořena do misky s kapalinou (1)

Nevýhodou této klimatizace je nízká účinnost chlazení vzduchu.

Technickým řešením nejbližším k vynálezu je dvoustupňová odpařovací chladicí klimatizace pro vozidlo, obsahující výměník tepla, vaničku s kapalinou, ve které je ponořena tryska, komoru pro chlazení kapaliny vstupující do výměníku s prvky pro přídavné chlazení kapaliny a kanál pro přívod vzduchu z vnějšího prostředí do komory, zužující se směrem ke vstupu do komory (2

V tomto kompresoru jsou prvky pro dodatečné chlazení vzduchu vyrobeny ve formě trysek.

Účinnost chlazení v tomto kompresoru je však také nedostatečná, protože limitem chlazení vzduchu je v tomto případě teplota vlhkého teploměru pomocného proudu vzduchu v pánvi.

10 Kromě toho je známá klimatizace konstrukčně složitá a obsahuje duplicitní součásti (dvě čerpadla, dvě nádrže).

Účelem vynálezu je zvýšit stupeň účinnosti chlazení a kompaktnost zařízení.

Cíle je dosaženo tím, že v navrhované klimatizaci jsou prvky pro přídavné chlazení provedeny ve formě teplosměnné přepážky umístěné svisle a připevněné k jedné ze stěn komory s vytvořením mezery mezi ní a stěnou komory. naproti tomu a

25, na straně jedné z ploch přepážky je nádrž s kapalinou stékající po uvedeném povrchu přepážky, přičemž komora a miska jsou vyrobeny z jednoho kusu.

Tryska je vyrobena ve formě bloku kapilárně porézního materiálu.

Na Obr. 1 znázorňuje schematický diagram klimatizačního zařízení; 2 raeree A-A na Obr. 1.

Klimatizace se skládá ze dvou stupňů vzduchového chlazení: první stupeň ochlazuje vzduch v tepelném výměníku 1, druhý stupeň jeho chlazení v trysce 2, která je vyrobena ve formě bloku kapilárně porézního materiálu.

Před výměníkem tepla je instalován ventilátor 3, poháněný tak, že se otáčí elektromotorem o 4° Pro cirkulaci vody ve výměníku tepla je koaxiálně s elektromotorem instalováno vodní čerpadlo 5, které přivádí vodu potrubím 6 a 7 z. komory 8 do zásobníku 9 s kapalinou. Tepelný výměník 1 je instalován na misku 10, která je integrální s komorou

8. Kanál sousedí s výměníkem tepla

11 pro přívod vzduchu z vnějšího prostředí, přičemž kanálek ​​je proveden plošně se zužující ve směru ke vstupu 12 vzduchové dutiny.

13 komor 8. Uvnitř komory jsou umístěny prvky pro přídavné chlazení vzduchu. Jsou vytvořeny ve formě teplosměnné přepážky 14, umístěné svisle a připevněné ke stěně 15 komory, proti stěně 16, vůči níž je přepážka umístěna s mezerou. Přepážka rozděluje komoru na dvě propojené dutiny 17 a 18.

Komora je opatřena okénkem 19, ve kterém je instalován odkapávací eliminátor 20, a otvor 21 je vytvořen v pánvi, když je klimatizace v provozu, ventilátor 3 pohání celkový proud vzduchu přes tepelný výměník 1. V tomto případě ochlazuje se celkový proud vzduchu L a jedna jeho část je hlavním proudem L

Díky provedení kanálu 11 se zužuje směrem ke vstupnímu otvoru 12! V dutině 13 se průtok zvyšuje a vnější vzduch je nasáván do mezery vytvořené mezi zmíněným kanálem a vstupním otvorem, čímž se zvyšuje hmotnost pomocného proudu. Tento proud vstupuje do dutiny 17. Poté tento proud vzduchu, obíhající přepážku 14, vstupuje do dutiny 18 komory, kde se pohybuje v opačném směru, než je jeho pohyb v dutině 17. V dutině 17 stéká film 22 kapaliny dolů přepážkou směrem k pohybu proudu vzduchu - vody ze zásobníku 9.

Když se proud vzduchu a voda dostanou do kontaktu, následkem odpařovacího efektu se teplo z dutiny 17 přenese přes přepážku 14 do vodního filmu 22, což podporuje jeho dodatečné odpařování. Poté do dutiny 18 vstupuje proud vzduchu s nižší teplotou. To zase vede k ještě většímu poklesu teploty přepážky 14, což způsobí dodatečné ochlazování proudu vzduchu v dutině 17. V důsledku toho se teplota proudu vzduchu po průchodu přepážkou a vstupu opět sníží. dutina

18. Teoreticky bude proces chlazení pokračovat, dokud se jeho hnací síla nestane nulovou. V tomto případě je hnací silou procesu odpařovacího ochlazování psychometrický teplotní rozdíl proudu vzduchu po jeho rotaci vzhledem k přepážce a přicházející do kontaktu s filmem vody v dutině 18. Protože proud vzduchu je předchlazen v V dutině 17 s konstantním obsahem vlhkosti má psychrometrický teplotní rozdíl proudění vzduchu v dutině 18 tendenci k nule, když se blíží k rosnému bodu. Proto je zde limitem pro vodní chlazení teplota rosného bodu venkovního vzduchu. Teplo z vody vstupuje do proudu vzduchu v dutině 18, zatímco vzduch se ohřívá, zvlhčuje a uvolňuje do atmosféry okénkem 19 a eliminátorem 20 kapek.

V komoře 8 je tak organizován protiproudý pohyb teplosměnných médií a oddělovací teplosměnná přepážka umožňuje nepřímo předchlazovat proud vzduchu přiváděného pro chladicí vodu v důsledku procesu odpařování vody ochlazená voda teče podél přepážky ke dnu komory, a protože ta je sestavena v jeden celek s tácem, je odtud čerpána do tepelného výměníku 1 a je také vynaložena na smáčení trysky v důsledku intrakapilárních sil.

Hlavní proud vzduchu.L.„, který byl předchlazený beze změn obsahu vlhkosti v tepelném výměníku 1, je přiváděn k dalšímu chlazení do trysky 2. Zde v důsledku výměny tepla a hmoty mezi smáčeným povrchem tryska a hlavní proud vzduchu, ten je zvlhčován a chlazen, aniž by se změnil jeho tepelný obsah. Dále hlavní proud vzduchu otvorem v pánvi

59 ano chladí, zároveň chladí přepážku. Vstup do dutiny

17 komory se proud vzduchu proudící kolem přepážky také ochlazuje, ale nedochází ke změně obsahu vlhkosti. Nárok

1. Dvoustupňová odpařovací chladicí klimatizace pro vozidlo obsahující výměník tepla, podnádrž s kapalinou, ve které je ponořena tryska, komoru pro chlazení kapaliny vstupující do výměníku tepla s prvky pro dodatečné chlazení kapaliny a kanál pro přivádění vzduchu z vnějšího prostředí do komory, vytvořený zužujícím se směrem ke vstupu do komory, tzn. tím, že pro zvýšení stupně účinnosti chlazení a kompaktnosti kompresoru jsou prvky pro dodatečné chlazení vzduchu vyrobeny ve formě teplosměnné přepážky umístěné svisle a namontované na jedné ze stěn komory s vytvořením mezery mezi ní a stěnu komory naproti ní a na straně jedné z Na povrchu přepážky je instalován zásobník s kapalinou stékající po uvedeném povrchu přepážky, přičemž komora a podnos jsou vyrobeny jako jeden celek. .

Při konstrukci procesů na i-d diagramu a výběru technologického schématu úpravy vzduchu je nutné usilovat o racionální využití energie, zajištění ekonomické spotřeby chladu, tepla, elektřiny, vody a úsporu zabrané stavební plochy. podle vybavení. Pro tento účel je nutné analyzovat možnosti úspory umělého chladu využitím přímého a nepřímého odpařovacího chlazení vzduchu, pomocí schématu s regenerací tepla z odpadního vzduchu a recyklací tepla ze sekundárních zdrojů, v případě potřeby s využitím prvního a druhého vzduchu. recirkulace, schéma bypassu a také řízené procesy ve výměnících tepla.

Recirkulace se používá v místnostech se značným přebytkem tepla, kdy průtok přiváděného vzduchu určený k odvodu přebytečného tepla je větší než požadovaný průtok venkovního vzduchu. V teplém období roku recirkulace umožňuje snížit náklady na chlad ve srovnání se schématem přímého proudění stejné produktivity, pokud je entalpie venkovního vzduchu vyšší než entalpie odváděného vzduchu, a také eliminovat potřeba druhého ohřevu. V chladném období výrazně snižte náklady na teplo na ohřev venkovního vzduchu. Při použití odpařovacího chlazení, kdy je entalpie venkovního vzduchu nižší než entalpie vnitřního a odpadního vzduchu, není recirkulace praktická. Pohyb recirkulačního vzduchu sítí vzduchovodů je vždy spojen s dodatečnými náklady na energii a vyžaduje objem budovy pro umístění recirkulačních vzduchovodů. Recirkulace bude vhodná, pokud náklady na její konstrukci a provoz budou nižší než výsledná úspora tepla a chladu. Při určování průtoku přiváděného vzduchu byste se proto měli vždy snažit přiblížit jej minimální požadované hodnotě venkovního vzduchu, osvojit si vhodné schéma distribuce vzduchu v místnosti a typ rozdělovače vzduchu a podle toho také přímé proudění systém. Recirkulace také není kompatibilní s rekuperací tepla z odpadního vzduchu. Pro snížení spotřeby tepla na ohřev venkovního vzduchu v chladném období je nutné analyzovat možnost využití sekundárního tepla z nízkopotenciálních zdrojů, a to: tepla odpadního vzduchu, odpadních plynů generátorů tepla a technologických zařízení. , kondenzační teplo chladicích strojů, teplo svítidel, teplo odpadní vody atd. Výměníky tepla pro regeneraci tepla odváděného vzduchu také umožňují mírně snížit spotřebu chladu v teplém období v oblastech s horkým klimatem.

Pro správnou volbu potřebujete znát možná schémata úpravy vzduchu a jejich vlastnosti. Uvažujme o nejjednodušších procesech změny stavu vzduchu a jejich sledu v centrálních klimatizacích obsluhujících jednu velkou místnost.

Obvykle je určujícím režimem pro výběr vývojového diagramu zpracování a stanovení výkonu klimatizačního systému teplé období roku. V chladném období roku se snaží udržet průtok přiváděného vzduchu stanovený pro teplé období roku a schéma úpravy vzduchu.

Dvoustupňové chlazení odpařováním

Teplota mokrého teploměru hlavního proudu vzduchu po ochlazení v nepřímém odpařovacím plošném výměníku tepla má nižší hodnotu ve srovnání s teplotou vlhkého teploměru venkovního vzduchu jako přirozená hranice pro chlazení odpařováním. Proto při následném zpracování hlavního proudu v kontaktním zařízení metodou přímého odpařovacího chlazení lze dosáhnout nižších parametrů vzduchu ve srovnání s přirozeným limitem. Toto schéma sekvenčního zpracování vzduchu hlavního proudu vzduchu nepřímým a přímým odpařovacím chlazením se nazývá dvoustupňové odpařovací chlazení. Uspořádání centrálního klimatizačního zařízení, odpovídající dvoustupňovému odpařovacímu chlazení vzduchu, je znázorněno na obrázku 5.7a. Vyznačuje se také přítomností dvou proudů vzduchu: hlavního a pomocného. Venkovní vzduch, který má nižší teplotu vlhkého teploměru než vnitřní vzduch v obsluhované místnosti, vstupuje do hlavní klimatizace. V prvním vzduchovém chladiči se ochlazuje pomocí nepřímého odpařovacího chlazení. Dále vstupuje do jednotky adiabatického zvlhčování, kde je ochlazován a zvlhčován. Odpařovací chlazení vody cirkulující přes povrchové chladiče vzduchu hlavního klimatizačního zařízení se provádí, když je atomizována v adiabatické zvlhčovací jednotce v pomocném proudu. Oběhové čerpadlo odebírá vodu z jímky pomocné průtokové adiabatické zvlhčovací jednotky a dodává ji do chladičů hlavního průtoku vzduchu a následně do rozstřikování v pomocném proudu. Ztráty vody z odpařování v hlavním a pomocném toku jsou doplňovány plovákovými ventily. Po dvou stupních ochlazení je do místnosti přiváděn vzduch.

2018-08-15

Využití klimatizačních systémů (ACS) s odpařovacím chlazením jako jednoho z energeticky efektivních řešení při navrhování moderních budov a konstrukcí.

Nejčastějšími spotřebiteli tepelné a elektrické energie v moderních administrativních a veřejných budovách jsou dnes ventilační a klimatizační systémy. Při navrhování moderních veřejných a administrativních budov pro snížení spotřeby energie ve ventilačních a klimatizačních systémech má smysl upřednostňovat snižování výkonu ve fázi získávání technických specifikací a snižování provozních nákladů. Snížení provozních nákladů je nejdůležitější pro majitele nebo nájemce nemovitostí. Existuje mnoho hotových metod a různých opatření ke snížení energetických nákladů v klimatizačních systémech, ale v praxi je výběr energeticky efektivních řešení velmi obtížný.

Jedním z mnoha systémů HVAC, které lze považovat za energeticky účinné, jsou odpařovací chladicí klimatizační systémy popsané v tomto článku.

Používají se v obytných, veřejných a průmyslových prostorách. Proces odpařovacího chlazení v klimatizačních systémech zajišťují tryskové komory, fólie, trysky a pěnová zařízení. Uvažované systémy mohou mít přímé, nepřímé nebo dvoustupňové odpařovací chlazení.

Z výše uvedených možností jsou nejekonomičtějším vzduchovým chladicím zařízením systémy přímého chlazení. U nich se předpokládá použití standardního vybavení bez použití doplňkových zdrojů umělého chladu a chladicích zařízení.

Schematický diagram klimatizačního systému s přímým odpařovacím chlazením je na Obr. 1.

Mezi výhody takových systémů patří minimální náklady na údržbu během provozu, ale také spolehlivost a konstrukční jednoduchost. Jejich hlavní nevýhodou je nemožnost dodržení parametrů přiváděného vzduchu, vyloučení recirkulace v obsluhovaných prostorách a závislost na vnějších klimatických podmínkách.

Náklady na energii v takových systémech jsou sníženy na pohyb vzduchu a recirkulované vody v adiabatických zvlhčovačích instalovaných v centrální klimatizaci. Při použití adiabatického zvlhčování (chlazení) v centrálních klimatizacích je nutné používat kvalitní pitnou vodu. Použití takových systémů může být omezeno v klimatických pásmech s převážně suchým klimatem.

Oblasti použití klimatizačních systémů s odpařovacím chlazením jsou objekty, které nevyžadují přesné udržování tepelných a vlhkostních podmínek. Obvykle je provozují podniky v různých průmyslových odvětvích, kde je zapotřebí levný způsob chlazení vnitřního vzduchu v podmínkách vysoké tepelné intenzity prostor.

Další možností pro ekonomické chlazení vzduchu v klimatizačních systémech je použití nepřímého odpařovacího chlazení.

Systém s takovým chlazením se nejčastěji používá v případech, kdy nelze získat parametry vnitřního vzduchu pomocí přímého chlazení odpařováním, které zvyšuje vlhkost přiváděného vzduchu. V "nepřímém" schématu je přiváděný vzduch chlazen ve výměníku tepla rekuperačního nebo regeneračního typu v kontaktu s pomocným proudem vzduchu chlazeným odpařovacím chlazením.

Variantní schéma klimatizačního systému s nepřímým odpařovacím chlazením a použitím rotačního výměníku je na Obr. 2. Schéma SCR s nepřímým odpařovacím chlazením a využitím rekuperačních výměníků je na Obr. 3.

Nepřímé odpařovací chladicí klimatizační systémy se používají tam, kde je vyžadován přívod vzduchu bez odvlhčování. Požadované parametry vzduchu jsou podporovány místními uzávěry instalovanými v místnosti. Stanovení průtoku přiváděného vzduchu se provádí podle hygienických norem, případně podle vzduchové bilance v místnosti.

Nepřímé odpařovací chladicí klimatizační systémy využívají jako pomocný vzduch buď venkovní, nebo odpadní vzduch. Pokud jsou k dispozici místní zavírače, dává se přednost tomu druhému, protože zvyšuje energetickou účinnost procesu. Je třeba poznamenat, že použití odpadního vzduchu jako pomocného vzduchu není povoleno za přítomnosti toxických, výbušných nečistot a vysokého obsahu suspendovaných částic kontaminujících teplosměnnou plochu.

Venkovní vzduch se používá jako pomocné proudění v případě, kdy je proudění odpadního vzduchu do přiváděného vzduchu netěsnostmi ve výměníku tepla (tj. výměníku tepla) nepřijatelné.

Pomocný proud vzduchu je před přivedením ke zvlhčování vyčištěn ve vzduchových filtrech. Konstrukce klimatizačního systému s regenerativními výměníky tepla má vyšší energetickou účinnost a nižší náklady na zařízení.

Při návrhu a výběru okruhů pro klimatizační systémy s nepřímým odpařovacím chlazením je nutné vzít v úvahu opatření pro regulaci procesů rekuperace tepla v chladném období, aby nedocházelo k zamrzání výměníků tepla. Je nutné zajistit dohřev odpadního vzduchu před výměníkem, obtok části přiváděného vzduchu v deskovém výměníku a regulaci rychlosti otáčení v rotačním výměníku.

Použitím těchto opatření zabráníte zamrznutí výměníků tepla. Také při výpočtech při použití odpadního vzduchu jako pomocného proudění je nutné zkontrolovat funkčnost systému během chladného období.

Dalším energeticky účinným klimatizačním systémem je dvoustupňový systém odpařovacího chlazení. Chlazení vzduchu v tomto schématu je zajištěno ve dvou fázích: přímé odpařovací a nepřímé odpařovací metody.

„Dvoustupňové“ systémy umožňují přesnější nastavení parametrů vzduchu při výstupu z centrální klimatizace. Takové klimatizační systémy se používají v případech, kdy je vyžadováno větší chlazení přiváděného vzduchu ve srovnání s přímým nebo nepřímým chlazením odpařováním.

Chlazení vzduchu ve dvoustupňových systémech je zajištěno v regeneračních, deskových výměnících tepla nebo v povrchových výměnících tepla s mezichladicí kapalinou pomocí pomocného proudění vzduchu - v prvním stupni. Chlazení vzduchu v adiabatických zvlhčovačích je ve druhém stupni. Základní požadavky na průtok pomocného vzduchu, stejně jako na kontrolu provozu SCR během chladného období, jsou podobné jako u okruhů SCR s nepřímým chlazením odpařováním.

Použití klimatizačních systémů s odpařovacím chlazením umožňuje dosáhnout lepších výsledků, kterých nelze dosáhnout pomocí chladicích strojů.

Použití schémat SCR s odpařovacím, nepřímým a dvoustupňovým odpařovacím chlazením umožňuje v některých případech upustit od používání chladicích strojů a umělého chlazení a také výrazně snížit chladicí zátěž.

Použitím těchto tří schémat je často dosaženo energetické účinnosti ve vzduchotechnice, což je velmi důležité při navrhování moderních budov.

Historie odpařovacích systémů chlazení vzduchu

V průběhu staletí nalezly civilizace originální způsoby boje proti horku na svých územích. Raná forma chladicího systému, „lapač větru“, byla vynalezena před mnoha tisíci lety v Persii (Írán). Jednalo se o systém větrných šachet na střeše, které zachycovaly vítr, procházely vodou a vháněly ochlazený vzduch do interiéru. Je pozoruhodné, že mnoho z těchto budov mělo také nádvoří s velkými zásobami vody, takže pokud nebylo bezvětří, pak v důsledku přirozeného procesu odpařování vody horký vzduch stoupající vzhůru odpařil vodu na nádvoří, načež budovou procházel již ochlazený vzduch. V dnešní době Írán nahradil „lapače větru“ odpařovacími chladiči a široce je používá a íránský trh díky suchému klimatu dosahuje obratu 150 tisíc výparníků ročně.

V USA byl odpařovací chladič ve 20. století předmětem mnoha patentů. Mnoho z nich, pocházejících z roku 1906, navrhovalo použití dřevěných hoblin jako těsnění, které přenáší velké množství vody v kontaktu s pohybujícím se vzduchem a udržuje intenzivní odpařování. Standardní provedení z patentu z roku 1945 obsahuje zásobník na vodu (obvykle vybavený plovákovým ventilem pro nastavení hladiny), čerpadlo pro cirkulaci vody přes podložky na dřevěné štěpky a ventilátor pro vhánění vzduchu přes podložky do obytných prostor. Tento design a materiály zůstávají ústředním bodem technologie odpařovacích chladičů na jihozápadě Spojených států. V této oblasti se navíc používají ke zvýšení vlhkosti.

Odpařovací chlazení bylo běžné u leteckých motorů třicátých let, jako je například motor vzducholodě Beardmore Tornado. Tento systém byl použit pro snížení nebo úplné odstranění chladiče, který by jinak vytvářel výrazný aerodynamický odpor. Pro chlazení interiéru byly na některá vozidla instalovány externí odpařovací chladicí jednotky. Často byly prodávány jako doplňkové příslušenství. Použití odpařovacích chladicích zařízení v automobilech pokračovalo, dokud se klimatizace s kompresí páry nerozšířila.

Odpařovací chlazení je odlišný princip než parní kompresní chladicí jednotky, i když také vyžadují odpařování (odpařování je součástí systému). V cyklu stlačování páry je po odpaření chladiva uvnitř spirály výparníku chladicí plyn stlačen a ochlazen, přičemž pod tlakem kondenzuje do kapalného stavu. Na rozdíl od tohoto cyklu se v odpařovacím chladiči voda odpaří pouze jednou. Odpařená voda v chladicím zařízení je odváděna do prostoru s ochlazeným vzduchem. V chladicí věži je odpařená voda odváděna proudem vzduchu.

1. Bogoslovsky V.N., Kokorin O.Ya., Petrov L.V. Klimatizace a chlazení. - M.: Stroyizdat, 1985. 367 s.
2. Barkalov B.V., Karpis E.E. Klimatizace v průmyslových, veřejných a obytných budovách. - M.: Stroyizdat, 1982. 312 s.
3. Koroleva N.A., Tarabanov M.G., Kopyshkov A.V. Energeticky úsporné ventilační a klimatizační systémy pro velké obchodní centrum // ABOK, 2013. č. 1. s. 24–29.
4. Chomutsky Yu.N. Aplikace adiabatického zvlhčování pro chlazení vzduchu // Climate World, 2012. č. 73. s. 104–112.
5. Uchastkin P.V. Větrání, klimatizace a vytápění v podnicích lehkého průmyslu: učebnice. příspěvek pro univerzity. - M.: Lehký průmysl, 1980. 343 s.
6. Chomutsky Yu.N. Výpočet nepřímého odpařovacího chladicího systému // Climate World, 2012. č. 71. s. 174–182.
7. Tarabanov M.G. Nepřímé odpařovací chlazení přívodního vnějšího vzduchu v SCR s uzávěry // ABOK, 2009. č. 3. s. 20–32.
8. Kokorin O.Ya. Moderní klimatizační systémy. - M.: Fizmatlit, 2003. 272 ​​​​s.