V topných, ventilačních a klimatizačních systémech je adiabatické odpařování obvykle spojeno se zvlhčováním vzduchu, ale v poslední době je tento proces stále oblíbenější. rozdílné země světě a stále více se využívá k „přirozenému“ chlazení vzduchem.
Odpařovací chlazení je srdcem jednoho z prvních člověkem vytvořených systémů prostorového chlazení, kde je vzduch ochlazován přirozeným odpařováním vody. Tento jev je velmi běžný a všudypřítomný: jedním příkladem by mohl být pocit chladu, který zažijete, když se voda odpaří z povrchu vašeho těla pod vlivem větru. Totéž se děje se vzduchem, ve kterém je stříkána voda: protože tento proces probíhá bez vnějšího zdroje energie (to znamená slovo „adiabatický“), teplo potřebné k odpaření vody je odebíráno ze vzduchu, který podle toho , stává se chladnějším.
Pomocí této metody chlazení v moderní systémy klimatizace poskytuje vysoký chladicí výkon s nízkou spotřebou energie, protože v tomto případě je elektřina spotřebována pouze k udržení procesu odpařování vody. Současně jako chladič místo chemická složení používá čistá voda díky čemuž je odpařovací chlazení nákladově efektivnější a šetrnější k životnímu prostředí.
Existují dva hlavní způsoby odpařovacího chlazení - přímé a nepřímé.
Přímé odpařovací chlazení
Přímé odpařovací chlazení je proces snižování teploty vzduchu v místnosti přímým zvlhčováním. Jinými slovy, v důsledku odpařování stříkané vody se okolní vzduch ochlazuje. V tomto případě se distribuce vlhkosti provádí buď přímo v místnosti pomocí průmyslových zvlhčovačů a trysek, nebo nasycením přiváděného vzduchu vlhkostí a jeho ochlazením v sekci větrací jednotky.
Je třeba poznamenat, že v podmínkách přímého odpařovacího chlazení je nevyhnutelné výrazné zvýšení vlhkosti přiváděného vzduchu uvnitř místnosti, a proto se pro posouzení použitelnosti této metody doporučuje vzít jako základ vzorec známý jako „indikátor teploty a nepohodlí“. Vzorec vypočítává příjemnou teplotu ve stupních Celsia, přičemž zohledňuje hodnoty vlhkosti a teploty suchého teploměru (tabulka 1). Při pohledu do budoucna poznamenáváme, že systém přímého odpařovacího chlazení se používá pouze v případech, kdy je pouliční vzduch dovnitř letní období má vysoké teploty suchého teploměru a nízkou absolutní vlhkost.
Nepřímé odpařovací chlazení
Pro zlepšení účinnosti odpařovacího chlazení ve venkovním prostředí s vysokou vlhkostí se doporučuje kombinovat odpařovací chlazení s rekuperací tepla. Tato technologie je známá jako „nepřímé odpařovací chlazení“ a je vhodná téměř pro každou zemi na světě, včetně zemí s velmi vlhkým podnebím.
Obecné schéma provoz přívodního a ventilačního systému s rekuperací spočívá v tom, že horký přiváděný vzduch procházející speciální teplovýměnnou kazetou je ochlazován díky chladnému vzduchu odváděnému z místnosti. Princip činnosti nepřímého odpařovacího chlazení je instalace adiabatického zvlhčovacího systému do výfukového potrubí centrálních klimatizačních jednotek přívodu a odvodu, následovaný přenosem chladu přes rekuperátor do přiváděného vzduchu.
Jak je ukázáno na příkladu, díky použití deskového výměníku tepla se venkovní vzduch ve ventilačním systému ochlazuje o 6 ° C. Použití odpařovacího chlazení odsávaného vzduchu zvýší teplotní rozdíl od 6 ° C do 10 ° C bez zvýšení spotřeby energie a vlhkosti v místnosti. Použití nepřímého odpařovacího chlazení je účinné při vysokých tepelných ziscích, například v kancelářských a nákupních centrech, datových centrech, výrobní prostory atd.
Nepřímý chladicí systém s adiabatickým humiFog zvlhčovačem CAREL:
| Podmínky výpočtu | |
| Venkovní teplota a obsah vlhkosti: | + 32 ° С, 10,12 g / kg (indikátory se berou pro Moskvu) |
| Teplota vnitřního vzduchu: | +20 ° C. |
| Ventilační systém: | 4 vzduchotechnické jednotky o výkonu 30 000 m3 / h (přívod vzduchu podle hygienických norem) |
| Kapacita chladicího systému včetně ventilace: | 2 500 kWt |
| Teplota přiváděného vzduchu: | +20 ° C. |
| Teplota odpadního vzduchu: | +23 ° C. |
| Citlivá účinnost rekuperace tepla: | 65% |
| Centralizovaný chladicí systém: | Systém chladicího ventilátoru s teplotou vody 7/12 ° C |
Výpočet
* Je třeba mít na paměti, že náklady na instalaci chladicího systému jsou při zohlednění všech nákladů výrazně vyšší ve srovnání s nepřímými chladicími systémy.
Kapitálové výdaje
Pro analýzu vezmeme náklady na zařízení - chladiče pro chladicí systém a zvlhčovací systém pro nepřímé odpařovací chlazení.
Náklady na jeden zvlhčovací regál Optimist vyráběný společností Carel (Itálie) ve vzduchotechnické jednotce činí 7570 EUR.
Náklady na chladič s chladicím výkonem 62,3 kW jsou přibližně 12 460 EUR, na základě nákladů 200 EUR za 1 kW chladicího výkonu. Je třeba mít na paměti, že náklady na instalaci chladicího systému, s přihlédnutím ke všem nákladům, jsou ve srovnání s nepřímými chladicími systémy výrazně vyšší.
Provozní náklady
Pro analýzu bereme náklady voda z vodovodu 0,4 EUR za 1 m3 a náklady na elektřinu 0,09 EUR za 1 kWh.
Spotřeba vody pro nepřímé chlazení je 117 kg / h pro jednoho vzduchotechnická jednotka, s přihlédnutím ke ztrátě 10%to budeme brát jako 130 kg / h.
Příkon zvlhčovacího systému je 0,375 kW pro jednu klimatizační jednotku.
Celkové náklady na hodinu jsou 0,343 € za 1 hodinu provozu systému.
Vezmeme chladicí koeficient rovný 3 (poměr chladicího výkonu ke spotřebě energie).
Celkové náklady na hodinu jsou 7,48 EUR za 1 hodinu provozu.
Použití nepřímého odpařovacího chlazení umožňuje:
Snižte kapitálové náklady na chlazení přiváděného vzduchu o 39%.
Snižte spotřebu energie u klimatizačních systémů budov ze 729 kW na 647 kW, nebo o 11,3%.
Snižte provozní náklady na klimatizační systémy budov z 65,61 EUR / hodinu na 58,47 EUR / hodinu nebo o 10,9%.
Navzdory skutečnosti, že chlazení čerstvým vzduchem představuje přibližně 10–20% z celkové poptávky po chlazení kanceláří a nákupních center, právě zde existuje největší potenciál pro zlepšení energetické účinnosti budovy bez výrazného navýšení kapitálu náklady.
Článek připravili odborníci společnosti TERMOCOM k publikování v časopise ON č. 6-7 (5) červen-červenec 2014 (str. 30-35)
Při konstrukci procesů na i - d diagramu a výběru technologické schéma o které musí vzduchotechnika usilovat racionální využití energie, zajišťující ekonomickou spotřebu chladu, tepla, elektřiny, vody a také úsporu stavební plochy obsazené zařízením. Za tímto účelem by měla být analyzována možnost úspor. umělé nachlazení prostřednictvím použití přímého a nepřímého odpařovacího chlazení vzduchem, použití schématu s rekuperací tepla odváděného vzduchu a využitím tepla ze sekundárních zdrojů, v případě potřeby použitím první a druhé recirkulace vzduchu, okruhu s obtokem, stejně jako řízené procesy v tepelných výměnících.
Recirkulace se používá v místnostech se značnými přebytky tepla, kdy je průtok přiváděného vzduchu určený k odstranění přebytečného tepla větší než požadovaný průtok venkovního vzduchu. V teplém období roku umožňuje recirkulace snížit spotřebu chladu ve srovnání s průtokovým schématem stejné kapacity, pokud je entalpie vnějšího vzduchu vyšší než entalpie odváděného vzduchu, a také odmítnout druhé topení. V chladné období- výrazně snížit náklady na teplo pro ohřev venkovního vzduchu. Při použití odpařovacího chlazení, kdy je entalpie venkovního vzduchu nižší než u vnitřního a odpadního vzduchu, není recirkulace vhodná. Pohyb recirkulovaného vzduchu po síti vzduchových kanálů je vždy spojen s dodatečnými náklady na elektřinu a vyžaduje objem budovy, do kterého se recirkulované vzduchové kanály vejdou. Recirkulace bude vhodná, pokud jsou náklady na její stavbu a provoz nižší než výsledné úspory tepla a chladu. Při určování průtoku přiváděného vzduchu by se proto měl vždy snažit přiblížit ho na minimální požadovanou hodnotu venkovního vzduchu, přičemž vezme v úvahu příslušné schéma distribuce vzduchu v místnosti a typ rozdělovače vzduchu a podle toho schéma přímého toku. Recirkulace je také nekompatibilní s rekuperací tepla odpadního vzduchu. Aby se snížila spotřeba tepla na ohřev venkovního vzduchu v chladném období, je nutné analyzovat možnost využití sekundárního tepla z nízkopotenciálních zdrojů, a to: tepla odváděného vzduchu, odpadních plynů generátorů tepla a technologických zařízení, kondenzační teplo chladicí stroje, teplo svítidel, teplo odpadní voda atd. Výměníky tepla pro rekuperaci tepla odváděného vzduchu také umožňují poněkud snížit spotřebu chladu v teplém období v oblastech s horkým podnebím.
Dělat správná volba, je nutné znát možná schémata úpravy vzduchu a jejich vlastnosti. Zvažte nejvíce jednoduché procesy změny klimatizace a jejich pořadí v centrálních klimatizacích obsluhujících jednu velkou místnost.
Obvykle je definujícím režimem pro výběr vývojového diagramu zpracování a určením výkonu klimatizačního systému teplé období. V chladném období usilují o udržení průtoku přiváděného vzduchu určeného pro teplé období a o uspořádání vzduchotechniky.
Teplota mokrého teploměru hlavního proudu vzduchu po ochlazení ve výměníku tepla s nepřímým odpařovacím chladicím povrchem má nižší hodnotu než teplota vlhkého teploměru venkovního vzduchu, což je přirozený limit chlazení odpařováním. Proto je při následném zpracování hlavního proudu v kontaktním zařízení metodou přímého odpařovacího chlazení možné získat nižší parametry vzduchu ve srovnání s přirozeným limitem. Takové schéma sekvenčního zpracování vzduchu hlavního proudu vzduchu metodou nepřímého a přímého odpařovacího chlazení se nazývá dvoustupňové odpařovací chlazení. Schéma uspořádání zařízení centrální klimatizace odpovídající dvoustupňovému chlazení odpařovacím vzduchem je znázorněno na obrázku 5.7 a. Je také charakterizován přítomností dvou proudů vzduchu: hlavního a pomocného. Venkovní vzduch má více nízká teplota mokrou žárovkou, než vnitřní vzduch v místnosti s posádkou, vstupuje do hlavní klimatizace. V prvním vzduchovém chladiči je chlazen nepřímým odpařovacím chlazením. Poté vstoupí do adiabatické zvlhčovací jednotky, kde se ochladí a zvlhčí. Odpařovací chlazení vody cirkulující povrchovými vzduchovými chladiči hlavního klimatizačního zařízení se provádí, když je rozprašováno v adiabatické zvlhčovací jednotce v pomocném proudu. Oběhové čerpadlo sbírá vodu z jímky adiabatické zvlhčovací jednotky pomocného proudu a dodává ji do vzduchových chladičů hlavního proudu a poté k postřiku v pomocném proudu. Ztráta vody odpařováním v hlavním a pomocném toku je doplňována plovákovými ventily. Po dvou fázích chlazení je do místnosti přiváděn vzduch.
V moderní klimatické technologii je velká pozornost věnována energetické účinnosti zařízení. To vysvětluje nedávný zvýšený zájem o systémy odpařování vodou založené na nepřímých odpařovacích výměnících tepla (systémy nepřímého odpařování). Odpařovací chladicí systémy mohou být účinným řešením pro mnoho regionů naší země, jejichž klima se vyznačuje relativně nízkou vzdušnou vlhkostí. Voda jako chladivo je jedinečná - má vysokou tepelnou kapacitu a latentní výparné teplo, je neškodná a dostupná. Voda je navíc dobře studována, což umožňuje přesně předpovídat její chování v různých technických systémech.
V nepřímých odpařovacích systémech lze vzduch ochladit na bod „3“ (obr. 1). Proces v diagramu v tomto případě jde svisle po linii konstantního obsahu vlhkosti. Výsledkem je, že výsledná teplota je nižší a obsah vlhkosti ve vzduchu se nezvyšuje (zůstává konstantní).
Systémy odpařování vody mají navíc následující pozitivní vlastnosti:
Chladicí systémy využívající efekt absorpce tepla odpařováním vody jsou známy již velmi dlouho. V současné době však nejsou systémy chlazení odpařováním vody dostatečně rozšířené. Téměř celý výklenek průmyslových a domácích chladicích systémů v oblasti mírných teplot je vyplněn systémy komprese freonových par.
Tato situace je zjevně spojena s problémy provozu systémů odpařování vody v negativní teploty a jejich nevhodnost pro provoz při vysoké relativní vlhkosti venkovního vzduchu. Ovlivnilo to také skutečnost, že hlavní zařízení takových systémů (chladicí věže, výměníky tepla), která byla použita dříve, měla velké rozměry, hmotnost a další nevýhody spojené s prací v podmínkách vysoké vlhkosti. Kromě toho potřebovali systém úpravy vody.
Dnes se však díky technickému pokroku rozšířily vysoce účinné a kompaktní chladicí věže, schopné chladit vodu na teploty, které jsou pouze 0,8 ... 1,0 ° C odlišné od teploty proudu vzduchu vstupujícího do chladicí věže mokrým žárovka.
Zde je třeba zvláštním způsobem zaznamenat chladicí věže společností. Muntes a SRH-Lauer... Tak malého teplotního rozdílu bylo dosaženo hlavně díky originální design balení chladicí věže s unikátními vlastnostmi - dobrá smáčivost, vyrobitelnost, kompaktnost.
Po výměníku tepla je hlavní proud vzduchu rozdělen na dva: pomocný a pracovní, směřující ke spotřebiteli.
Pomocný tok současně hraje roli chladiče i ochlazování - za výměníkem tepla je směrován zpět k hlavnímu proudu (obr. 2).
V tomto případě je voda dodávána do kanálů pomocného proudu. Smyslem dodávky vody je „zpomalit“ nárůst teploty vzduchu díky jejímu paralelnímu zvlhčování: jak víte, jedné a téže změny tepelné energie lze dosáhnout jak změnou pouze teploty, tak změnou teploty a vlhkost současně. Když je tedy pomocný proud zvlhčován, je dosaženo stejné výměny tepla s menší změnou teploty.
U nepřímých odpařovacích výměníků tepla jiného typu (obr. k hlavnímu toku a díky pomocnému se ochlazuje v chladicí věži. Pohyb vody po okruhu se provádí pomocí oběhového čerpadla.
Metodika výpočtu je založena na následujících předpokladech:
Postup pro technický výpočet uvažovaného systému je následující (obrázek 4):
1. Podle diagramu I d nebo pomocí programu pro výpočet vlhkého vzduchu jsou určeny další parametry okolního vzduchu (bod „0“ na obr. 4): specifická entalpie vzduchu i 0, J / kg a obsah vlhkosti d 0, kg / kg.
2. Přírůstek specifické entalpie vzduchu ve ventilátoru (J / kg) závisí na typu ventilátoru. Pokud motor ventilátoru není foukán (chlazen) hlavním proudem vzduchu, pak:
Pokud obvod 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 - barometrický tlak prostředí, Pa;
R in - plynová konstanta vzduchu, rovná se 287 J / (kg.K).
3. Specifická entalpie vzduchu za ventilátorem (bod „1“), J / kg.
i 1 = i 0 + ∆i v; (3)
Protože proces „0-1“ probíhá při konstantním obsahu vlhkosti (d 1 = d 0 = konst), pak pomocí známého φ 0, t 0, i 0, i 1 určíme teplotu vzduchu t1 za ventilátorem (bod „1“).
4. Rosný bod rosného bodu okolního vzduchu, ° C, je určen známým φ 0, t 0.
5. Psychrometrický rozdíl teplot vzduchu hlavního proudu na výstupu z výměníku tepla (bod „2“) ∆t 2-4, ° С
∆t 2-4 = ∆t x + ∆t wgr; (4)
kde:
∆t х je přiřazeno na základě konkrétních provozních podmínek v rozsahu ~ (0,5 ... 5,0), ° С. Je třeba mít na paměti, že malé hodnoty ∆t x budou znamenat relativně velké rozměry výměníku tepla. K zajištění nízkých hodnot ∆t x je nutné použít vysoce účinné povrchy pro přenos tepla;
∆t wgr je vybráno v rozsahu (0,8 ... 3,0), ° С; menší hodnoty ∆t wgr by měly být použity, pokud je nutné dosáhnout nejnižší možné teploty studené vody v chladicí věži.
6. Předpokládáme, že proces zvlhčování proudu pomocného vzduchu v chladicí věži ze stavu „2-4“, s dostatečnou přesností pro technické výpočty, pokračuje po přímce 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“, respektive ° C. K tomu najdeme takovou přímku i = const, aby mezi bodem „2“ a bodem „4“ byl nalezen teplotní rozdíl ∆t 2-4. Bod „2“ je v průsečíku přímek i 2 = i 4 = konst a konstantní obsah vlhkosti d 2 = d 1 = d OS. Bod „4“ je v průsečíku přímky i 2 = i 4 = konst a křivky φ 4 = 100% relativní vlhkosti.
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“, ° С. Při výpočtech lze zanedbat ohřev vody v čerpadle, proto na vstupu do výměníku tepla (bod „1w“) bude mít voda stejnou teplotu t 1w
t 1w = t 4 + .∆t wgr; (5)
8.t 2w - teplota vody za výměníkem tepla na vstupu do chladicí věže (bod „2w“), ° С
t 2w = t 1 -. ∆t m; (6)
9. Teplota vzduchu vypouštěného z chladicí věže do okolního prostředí (bod „5“) t 5 je určena graficko-analytickou metodou pomocí výpočtu id diagramu použitého id diagramu). Uvedená metoda je následující (obr. 5):
10. Vypracujeme soustavu rovnic, abychom našli neznámé hmotnostní průtoky vzduchu a vody. Tepelné zatížení chladicí věže proudem pomocného vzduchu, W:
Q gr = G v (i 5 - i 2); (7)
Q wgr = G ow C pw (t 2w - t 1w); (8)
kde:
С pw - měrná tepelná kapacita vody, J / (kg.K).
Tepelné zatížení výměníku tepla hlavním proudem vzduchu, W:
Q mo = G o (i 1 - i 2); (9)
Tepelné zatížení výměníku proudem vody, W:
Q wmo = G ow C pw (t 2w - t 1w); (10)
Materiálová bilance prouděním vzduchu:
G o = G v + G p; (11)
Tepelná bilance chladicí věže:
Q gr = Q wgr; (12)
Tepelná bilance výměníku tepla jako celku (množství tepla přeneseného každým z proudů je stejné):
Q wmo = Q mo; (13)
Kombinovaná tepelná bilance chladicí věže a výměníku tepla vodou:
Q wgr = Q wmo; (14)
11. Společným řešením rovnic od (7) do (14) získáme následující závislosti:
hmotnostní spotřeba vzduchu pomocným proudem, kg / s:
hmotnostní průtok vzduchu pro hlavní proud vzduchu, kg / s:
G o = G p; (16)
Hmotnostní průtok vody chladicí věží podle hlavního průtoku, kg / s:
12. Množství vody potřebné k vytvoření vodního okruhu chladicí věže, kg / s:
G wn = (d5 -d2) G v; (18)
13. Spotřeba energie v cyklu je určena spotřebou energie pro pohon ventilátoru, W:
N v = G o ∆i v; (19)
Byly tedy nalezeny všechny parametry nezbytné pro strukturální výpočty prvků systému nepřímého odpařovacího vzduchového chlazení.
Všimněte si toho, že pracovní proud chlazeného vzduchu dodávaného spotřebiteli (bod „2“) může být dodatečně chlazen, například adiabatickým zvlhčováním nebo jakýmkoli jiným způsobem. Obr. 4 označuje bod „3 *“, který odpovídá adiabatickému zvlhčování. V tomto případě se body „3 *“ a „4“ shodují (obr. 4).
Porovnáme-li chlazení adiabatickými a nepřímými odpařovacími metodami, pak z I d-diagramu je vidět, že v prvním případě lze vzduch s teplotou 28 ° C a relativní vlhkostí 45% ochladit na 19,5 ° C, zatímco ve druhém případě - až 15 ° С (obr. 6).
Jak bylo uvedeno výše, nepřímý odpařovací chladicí systém dosahuje nižší teploty než tradiční adiabatický systém zvlhčování vzduchu. Je také důležité zdůraznit, že obsah vlhkosti požadovaného vzduchu se nemění. Těchto výhod ve srovnání s adiabatickým zvlhčováním lze dosáhnout zavedením pomocného proudu vzduchu.
V současné době existuje několik praktických aplikací systému nepřímého odpařovacího chlazení. Objevily se však přístroje podobného, ale mírně odlišného principu činnosti: výměníky tepla vzduch-vzduch s adiabatickým zvlhčováním venkovního vzduchu (systémy „pseudo-nepřímého“ odpařování, kde druhý tok ve výměníku tepla není nějaký zvlhčená část hlavního toku, ale jiný, absolutně nezávislý okruh).
Taková zařízení se používají v systémech s velkým objemem recirkulovaného vzduchu, který potřebuje chlazení: v klimatizačních systémech pro vlaky, hlediště pro různé účely, střediscích zpracování dat a dalších zařízeních.
Účelem jejich implementace je maximální možné zkrácení doby provozu energeticky náročných kompresorových chladicích zařízení. Místo toho je pro venkovní teploty do 25 ° C (a někdy i vyšší) použit výměník tepla vzduch-vzduch, ve kterém je recirkulovaný vzduch v místnosti ochlazován venkovním vzduchem.
Pro efektivnější provoz zařízení je venkovní vzduch předem zvlhčován. U složitějších systémů se zvlhčování provádí také v procesu výměny tepla (vstřikování vody do kanálů výměníku tepla), což dále zvyšuje jeho účinnost.
Díky použití takových řešení se současná spotřeba energie klimatizačního systému sníží až o 80%. Celková 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 metodologii Moskevské státní technické univerzity. N.A. Bauman pro výpočet nepřímého odpařovacího chladicího systému.
V místnostech s velkými přebytky citelného tepla, kde je požadováno udržovat vysokou vlhkost vnitřního vzduchu, se používají klimatizační systémy využívající princip nepřímého odpařovacího chlazení.
Okruh se skládá ze systému pro zpracování hlavního proudu vzduchu a odpařovacího chladicího systému (obr. 3.3. Obr. 3.4). Pro vodní chlazení lze použít zavlažovací komory klimatizačních zařízení nebo jiných kontaktních zařízení, stříkací bazény, chladicí věže a další.
Voda ochlazená odpařováním v proudu vzduchu s teplotou vstupuje do povrchového výměníku tepla - vzduchového chladiče klimatizace hlavního proudu vzduchu, kde vzduch mění svůj stav z hodnot na hodnoty (tj.), zatímco teplota vody stoupá na. Ohřátá voda vstupuje do kontaktního aparátu, kde se odpařením ochladí na teplotu a cyklus se znovu opakuje. Vzduch procházející kontaktním zařízením mění svůj stav z parametrů na parametry (tj.). Přiváděný vzduch, asimilující teplo a vlhkost, mění své parametry na stav tak, a poté na stav.
Obrázek 3.3. Nepřímý odpařovací chladicí okruh
1-výměník tepla-vzduchový chladič; 2kolíkové zařízení
Obrázek 3.4. diagram nepřímého odpařovacího chlazení
Linka - přímé odpařovací chlazení.
Pokud přebytečné teplo v místnosti činí
s přímým odpařovacím chlazením
Od> pak<.
<), что позволяет расширить область возможного использования принципа испарительного охлаждения воздуха.
Porovnání procesů ukazuje, že s nepřímým odpařovacím chlazením je produktivita SCR nižší než u přímého chlazení. Navíc při nepřímém chlazení je obsah vlhkosti přiváděného vzduchu nižší (<), что позволяет расширить область возможного использования принципа испарительного охлаждения воздуха.
Na rozdíl od odděleného schématu nepřímého odpařovacího chlazení byla vyvinuta zařízení kombinovaného typu (obrázek 3.5). Zařízení obsahuje dvě skupiny střídavých kanálů oddělených stěnami. Pomocný proud vzduchu prochází skupinou potrubí 1. Na povrchu stěn kanálu proudí voda zařízením pro distribuci vody. Část vody je dodávána do zařízení pro rozvod vody. Když se voda odpařuje, teplota pomocného proudu vzduchu klesá (se zvýšením obsahu vlhkosti) a stěna kanálu se také ochlazuje.
Pro zvýšení hloubky chlazení hlavního proudu vzduchu byla vyvinuta vícestupňová schémata pro zpracování hlavního proudu, pomocí kterých je teoreticky možné dosáhnout teploty rosného bodu (obr. 3.7).
Instalace se skládá z klimatizace a chladicí věže. Klimatizace produkuje nepřímé a přímé isentalpické chlazení vzduchu v servisovaných prostorách.
Chladicí věž odpařováním ochlazuje vodu, která napájí povrchový vzduchový chladič klimatizace.
Rýže. 3.5. Schéma zařízení kombinovaného zařízení pro nepřímé odpařovací chlazení: 1,2 - skupina kanálů; 3- zařízení pro distribuci vody; 4- paleta
Rýže. 3.6. Schéma SCR pro dvoustupňové odpařovací chlazení. 1-povrchový vzduchový chladič; 2-zavlažovací komora; 3- chladicí věž; 4-čerpadlo; 5-bypasový se vzduchovým ventilem; 6 ventilátorů
Za účelem sjednocení zařízení pro odpařovací chlazení lze místo chladicí věže použít sprinklerové komory typických centrálních klimatizačních jednotek.
Venkovní vzduch vstupuje do klimatizace a v první fázi chlazení (vzduchový chladič) se ochlazuje na konstantní obsah vlhkosti. Druhým stupněm chlazení je zavlažovací komora pracující v režimu isenthalpického chlazení. Chlazení vody dodávající povrch vodního chladiče se provádí v chladicí věži. Voda v tomto okruhu cirkuluje pomocí čerpadla. Chladicí věž je zařízení pro chlazení vody atmosférickým vzduchem. K ochlazení dochází v důsledku odpařování části vody stékající po postřikovači působením gravitace (odpařením 1% vody se její teplota sníží asi o 6).
Rýže. 3.7. diagram s dvoustupňovým odpařovacím režimem
chlazení
Zavlažovací komora klimatizace je vybavena obtokovým kanálem se vzduchovým ventilem nebo má nastavitelný proces, který zajišťuje regulaci vzduchu směřujícího do místnosti s obsluhou pomocí ventilátoru.
Ekologie spotřeby. Historie vytvoření klimatizace s přímým odpařovacím chlazením. Rozdíly mezi přímým a nepřímým chlazením. Varianty aplikace klimatizačních jednotek odpařovacího typu
Chlazení a zvlhčování vzduchu odpařovacím chlazením je zcela přirozený proces, při kterém se jako chladicí médium používá voda a teplo se účinně odvádí do atmosféry. Používají se jednoduché vzorce - když se kapalina odpaří, absorbuje se teplo nebo se uvolní chlad. Účinnost odpařování - zvyšuje se s rostoucí rychlostí vzduchu, což zajišťuje nucenou cirkulaci ventilátoru.
Teplotu suchého vzduchu lze výrazně snížit fázovým přechodem kapalné vody na páru a tento proces vyžaduje výrazně méně energie než kompresní chlazení. Ve velmi suchém podnebí má odpařovací chlazení také výhodu ve zvýšení vlhkosti vzduchu během klimatizace, a to vytváří větší pohodlí pro lidi v místnosti. Na rozdíl od parního kompresního chlazení však vyžaduje stálý zdroj vody a během provozu jej neustále spotřebovává.
Historie vývoje
Civilizace během staletí našly na svých územích originální způsoby, jak se s teplem vypořádat. Raná forma chladicího systému, „lapač větru“, byla vynalezena před mnoha tisíci lety v Persii (Írán). Byl to systém větrných hřídelů na střeše, který zachytával vítr, procházel jím vodou a vháněl do interiéru vychlazený vzduch. Je pozoruhodné, že mnoho z těchto budov mělo také nádvoří s velkými zásobami vody, a proto pokud nebyl vítr, pak v důsledku přirozeného procesu odpařování vody horký vzduch stoupající vzhůru odpařoval vodu ve dvoře, po kterým již vychladlý vzduch procházel budovou. Dnes Írán nahradil lapače větru odpařovacími chladiči a hojně je využívá a trh díky suchému podnebí dosahuje 150 000 odpařovačů ročně.
Ve Spojených státech byl odpařovací chladič ve dvacátém století předmětem mnoha patentů. Mnoho z nich, počínaje rokem 1906, navrhovalo použití dřevěných štěpin jako mezikusu k přenášení velkého množství vody v kontaktu s pohybujícím se vzduchem a k udržení intenzivního odpařování. Standardní konstrukce, jak je ukázáno v patentu z roku 1945, obsahuje vodní nádrž (obvykle vybavenou plovákovým ventilem pro úpravu hladiny), čerpadlo pro cirkulaci vody přes distanční vložky na štěpku a ventilátor pro foukání vzduchu přes distanční vložky do obytné. Tento design a materiály zůstávají základem technologie odpařovacích chladičů na jihozápadě USA. V této oblasti se navíc používají ke zvýšení vlhkosti.
Odpařovací chlazení bylo běžné v leteckých motorech třicátých let, například v motoru vzducholodi Beardmore Tornado. Tento systém byl použit ke snížení nebo úplnému odstranění chladiče, který by jinak mohl vytvářet výrazný aerodynamický odpor. V těchto systémech byla voda v motoru udržována pod tlakem pomocí čerpadel, která jí umožňovala zahřát se na více než 100 ° C, protože skutečná teplota varu byla závislá na tlaku. Přehřátá voda byla rozstřikována tryskou na otevřenou trubku, kde se okamžitě vypařila a absorbovala teplo. Tyto trubky by mohly být umístěny pod povrchem letadla, aby vytvářely nulový odpor.
Na některá vozidla byla instalována externí odpařovací chladicí zařízení pro chlazení interiéru. Často byly prodávány jako volitelné příslušenství. Použití odpařovacích chladicích zařízení v automobilech pokračovalo, dokud se nerozšířila klimatizace s kompresí páry.
Princip odpařovacího chlazení se liší od principu, na kterém fungují parní kompresní chladiče, i když také vyžadují odpařování (odpařování je součástí systému). V cyklu komprese páry se po odpaření chladiva uvnitř cívky výparníku chladicí plyn stlačí a ochladí, přičemž pod tlakem kondenzuje do kapalného stavu. Na rozdíl od tohoto cyklu se v odpařovacím chladiči voda odpařuje pouze jednou. Odpařená voda v chladicí jednotce je odváděna do prostoru chlazeným vzduchem. V chladicí věži je odpařená voda unášena proudem vzduchu.
Aplikace chlazení odpařováním
Existuje přímé, šikmé a dvoustupňové (přímé a nepřímé) odpařovací vzduchové chlazení. Přímé odpařovací chlazení vzduchem je založeno na isenthalpickém procesu a používá se v klimatizačních zařízeních v chladném období; za teplého počasí je to možné pouze za nepřítomnosti nebo nevýznamného uvolňování vlhkosti v místnosti a nízkého obsahu vlhkosti venkovního vzduchu. Obejití zavlažovací komory poněkud rozšiřuje hranice její aplikace.
Přímé odpařovací chlazení vzduchem se doporučuje v suchém a horkém podnebí v přívodním ventilačním systému.
Nepřímé odpařovací vzduchové chlazení se provádí v povrchových vzduchových chladičích. K chlazení vody cirkulující v povrchovém výměníku tepla se používá pomocné kontaktní zařízení (chladicí věž). Pro nepřímé odpařovací chlazení vzduchu můžete použít zařízení kombinovaného typu, ve kterém výměník tepla vykonává obě funkce současně - vytápění a chlazení. Taková zařízení jsou podobná rekuperačním výměníkům vzduchu.
Ochlazený vzduch prochází jednou skupinou kanálů, vnitřní povrch druhé skupiny je zavlažován vodou stékající dolů do jímky a poté znovu kropen. Při kontaktu s odpadním vzduchem procházejícím ve druhé skupině kanálů dochází k odpařovacímu chlazení vody, v důsledku čehož je vzduch v první skupině kanálů ochlazen. Nepřímé odpařovací vzduchové chlazení umožňuje snížit výkon klimatizačního systému ve srovnání s jeho výkonem s přímým odpařovacím vzduchovým chlazením a rozšiřuje možnosti využití tohoto principu, protože obsah vlhkosti přiváděného vzduchu je v druhém případě nižší.
S dvoustupňovým odpařovacím chlazením využití vzduchu sekvenční nepřímé a přímé odpařovací chlazení vzduchu v klimatizačním zařízení. V tomto případě je zařízení pro nepřímé odpařovací chlazení vzduchu doplněno komorou zavlažovací trysky pracující v režimu přímého odpařovacího chlazení. Jako chladicí věže se v systémech odpařovacího vzduchového chlazení používají typické rozprašovací komory. Kromě jednostupňového nepřímého chlazení odpařovacím vzduchem je možné i vícestupňové vzduchové chlazení, při kterém se provádí hlubší vzduchové chlazení-jedná se o takzvaný bezkompresorový klimatizační systém.
Přímé odpařovací chlazení (otevřený cyklus) se používá ke snížení teploty vzduchu pomocí specifického odpařovacího tepla, přičemž se mění kapalný stav vody na plynný. V tomto procesu se energie ve vzduchu nemění. Suchý, teplý vzduch je nahrazen chladným a vlhkým vzduchem. Teplo z venkovního vzduchu se používá k odpaření vody.
Nepřímé odpařovací chlazení (uzavřená smyčka) je proces podobný přímému odpařovacímu chlazení, ale za použití specifického typu výměníku tepla. V tomto případě vlhký, ochlazený vzduch nepřijde do styku s upraveným prostředím.
Dvoustupňové odpařovací chlazení nebo nepřímé / přímé.
Tradiční odpařovací chladiče využívají pouze zlomek energie požadované parními kompresorovými chladiči nebo adsorpčními klimatizačními systémy. Bohužel zvyšují vlhkost vzduchu na nepříjemné úrovně (kromě velmi suchého podnebí). Dvoustupňové odpařovací chladiče nezvyšují úroveň vlhkosti tolik jako standardní jednostupňové odpařovací chladiče.
V prvním stupni dvoustupňového chladiče je teplý vzduch chlazen nepřímo bez zvyšování vlhkosti (průchodem výměníkem tepla ochlazeným odpařováním zvenčí). V přímém stupni předchlazený vzduch prochází vodou nasycenou vložkou, navíc se ochladí a zvlhne. Protože proces zahrnuje první stupeň předchlazení, je v přímém odpařovacím stupni k dosažení požadovaných teplot zapotřebí menší vlhkosti. Výsledkem je, že podle výrobců proces ochlazuje vzduch s relativní vlhkostí v rozmezí 50 - 70%, v závislosti na klimatu. Pro srovnání, tradiční chladicí systémy zvyšují vlhkost vzduchu až o 70 - 80%.
Jmenování
Při návrhu systému centrálního přívodu ventilace je možné vybavit přívod vzduchu odpařovací sekcí a výrazně tak snížit náklady na chlazení vzduchu v teplém období.
V chladných a přechodných obdobích roku, kdy je vzduch ohříván ohřívači přívodního vzduchu ventilačních systémů nebo vzduch uvnitř místnosti topnými systémy, se vzduch ohřívá a jeho fyzická schopnost asimilovat (absorbovat) roste s nárůstem při teplotě - vlhkost. Nebo čím vyšší je teplota vzduchu, tím více vlhkosti do sebe může asimilovat. Například když je venkovní vzduch ohříván ohřívačem vzduchu ventilačním systémem z teploty -22 0 С a vlhkosti 86% (parametr venkovního vzduchu pro KhP v Kyjevě), až +20 0 С - vlhkost klesá pod hraniční limity pro biologické organismy na nepřijatelnou 5-8% vlhkost. Nízká vlhkost vzduchu - negativně ovlivňuje kůži a sliznice člověka, zejména pacientů s astmatem nebo plicními chorobami. Normalizovaná vlhkost vzduchu pro obytné a administrativní prostory: od 30 do 60%.
Odpařovací chlazení vzduchu je doprovázeno uvolňováním vlhkosti nebo zvýšením vzdušné vlhkosti, až do vysokého nasycení vzdušné vlhkosti 60-70%.
Výhody
Množství odpařování - a tedy i přenos tepla - závisí na venkovní teplotě vlhkého teploměru, která je zejména v létě mnohem nižší než ekvivalentní teplota suchého teploměru. Například v horkých letních dnech, kdy teploty suchých žárovek přesahují 40 ° C, může odpařovací chlazení ochlazovat vodu až na 25 ° C nebo chladný vzduch.
Protože odpařování odebírá mnohem více tepla než standardní fyzický přenos tepla, přenos tepla využívá čtyřikrát menší průtok vzduchu než konvenční metody chlazení vzduchem, což šetří značné množství energie.
Odpařovací chlazení ve srovnání s tradičními metodami klimatizace Na rozdíl od jiných typů klimatizace, chlazení odpařovacím vzduchem (biochlazení) nepoužívá škodlivé plyny (freon a další) jako chladiva škodlivá pro životní prostředí. Ve srovnání s jinými klimatizačními systémy také spotřebovává méně elektřiny, čímž šetří energii, přírodní zdroje a až 80% provozních nákladů.
Chyby
Nízká účinnost ve vlhkém podnebí.
Zvýšení vlhkosti vzduchu, které je v některých případech nežádoucí - výstupem je dvoustupňové odpařování, kdy vzduch nepřijde do styku a není nasycen vlhkostí.
Princip činnosti (možnost 1)
Proces chlazení se provádí těsným kontaktem vody a vzduchu a přenosem tepla do vzduchu odpařením malého množství vody. Teplo je pak odváděno teplým a vlhkým vzduchem opouštějícím jednotku.
Princip činnosti (možnost 2) - instalace na přívod vzduchu
Odpařovací chladicí jednotky
Existují různé typy odpařovacích chladicích jednotek, ale všechny mají:
- část výměny tepla nebo přenosu tepla, neustále zvlhčená vodou zavlažováním,
- systém ventilátorů pro nucenou cirkulaci venkovního vzduchu přes sekci výměny tepla,
