В ОВК системите адиабатното изпарение обикновено се свързва с овлажняване на въздуха, но в последно времеТози процес набира все по-голяма популярност различни странисвят и все повече се използва за „естествено“ охлаждане на въздуха.

КАКВО Е ИЗПАРИТЕЛНО ОХЛАЖДАНЕ?

Изпарителното охлаждане е една от най-ранните създадени от човека системи за охлаждане на пространството, при които въздухът се охлажда чрез естественото изпарение на водата. Това явление е много често срещано и се среща навсякъде: един пример е усещането за студ, което изпитвате, когато водата се изпарява от повърхността на тялото ви под въздействието на вятъра. Същото се случва и с въздуха, в който се пръска вода: тъй като този процес протича без външен източникенергия (това означава думата "адиабатен"), топлината, необходима за изпаряване на водата, се взема от въздуха, който съответно става по-студен.

Използването на този метод на охлаждане в съвременните климатични системи осигурява висока охлаждаща мощност при ниска консумация на енергия, тъй като в този случай електроенергията се изразходва само за поддържане на процеса на изпаряване на водата. В същото време като охладител вместо химически съставиизползва се обикновена вода, което прави изпарителното охлаждане по-икономично и екологично.

ВИДОВЕ ИЗПАРИТЕЛНО ОХЛАЖДАНЕ

Съществуват два основни метода за изпарително охлаждане – директен и индиректен.

Директно изпарително охлаждане

Директното охлаждане чрез изпаряване е процес на понижаване на температурата на въздуха в помещението чрез директното му овлажняване. С други думи, поради изпарението на атомизираната вода, околният въздух се охлажда. В този случай разпределението на влагата се извършва или директно в помещението с помощта на промишлени овлажнители и дюзи, или чрез насищане на подавания въздух с влага и охлаждането му в секцията на вентилационния модул.

Трябва да се отбележи, че при условия на директно изпарително охлаждане е неизбежно значително повишаване на влажността на подавания въздух в помещението, следователно, за да се оцени приложимостта на този метод, се препоръчва да се вземе за основа формулата, известна като „индекс на температурата и дискомфорта“. Формулата изчислява комфортната температура в градуси по Целзий, като взема предвид влажността и температурните показания по сухия термометър (Таблица 1). Гледайки напред, отбелязваме, че системата за директно изпарително охлаждане се използва само в случаите, когато уличен въздухв летен периодИма високи температури на сух термометър и ниски нива на абсолютна влажност.

Индиректно изпарително охлаждане

За подобряване на ефективността на изпарителното охлаждане при висока влажноствъншен въздух, се препоръчва да се комбинира изпарително охлаждане с възстановяване на топлината. Тази технология е известна като "индиректно охлаждане чрез изпаряване" и е подходяща за почти всяка страна по света, включително страни с много влажен климат.

Обща схемаработата на системата за захранване и вентилация с рекуперация се състои в това, че горещият захранващ въздух, преминаващ през специална топлообменна касета, се охлажда от студен въздух, отстранен от помещението. Принципът на действие на непрякото изпарително охлаждане е да се инсталира адиабатна система за овлажняване в изпускателния канал на захранващите и изпускателните централни климатици, с последващо прехвърляне на студ през топлообменника към подавания въздух.

Както е показано в примера, с помощта на пластинчат топлообменник външният въздух във вентилационната система се охлажда с 6 °C. Приложение на изпарително охлаждане извличане на въздухще увеличи температурната разлика от 6°C до 10°C, без да увеличава консумацията на електроенергия и нивата на вътрешна влажност. Използването на индиректно изпарително охлаждане е ефективно при високи топлинни печалби, например в офиси и търговски центрове, центрове за данни, индустриални помещенияи т.н.

Система за индиректно охлаждане, използваща адиабатен овлажнител CAREL humiFog:

Казус: Оценка на цената на непряка адиабатна хладилна система срещу охлаждане с охладител.

На примера на офис център с постоянен престой от 2000 души.

Изчисляване

• За изчисление изчисляваме относителната влажност на въздуха при аспиратора.
• При температура в охладителната система 7/12 °С, точката на оросяване на отработения въздух, като се вземат предвид вътрешните емисии на влага, ще бъде +8 °С.
• Относителната влажност на въздуха в ауспуха ще бъде 38%.

*Трябва да се има предвид, че разходите за инсталиране на хладилна система, като се вземат предвид всички разходи, са значително по-високи в сравнение със системите за индиректно охлаждане.

Капиталови разходи

За анализ вземаме разходите за оборудване - чилъри за хладилната система и овлажнителни системи за индиректно изпарително охлаждане.

• Капиталови разходи за охлаждане на подавания въздух за индиректна охладителна система.

Цената на една стойка за овлажняване Optimist, произведена от Carel (Италия) в климатична камера, е 7570 €.

• Капиталови разходи за охлаждане на подавания въздух без индиректна охладителна система.

Цената на чилър с капацитет на охлаждане от 62,3 kW е приблизително 12 460 €, въз основа на цена от 200 € за 1 kW капацитет на охлаждане. Трябва да се има предвид, че разходите за инсталиране на хладилна система, като се вземат предвид всички разходи, са значително по-високи в сравнение със системите за индиректно охлаждане.

Оперативни разходи

За анализ вземаме цената вода от чешмата 0,4 € за 1 m3 и цената на електроенергията 0,09 € за 1 kWh.

• Експлоатационни разходи за охлаждане на подавания въздух за индиректна охладителна система.

Консумация на вода за индиректно охлажданее 117 кг/ч за бр въздуха работа единица, като вземем предвид загуби от 10%, ще го приемем за 130 kg/h.

Консумираната мощност на системата за овлажняване е 0,375 kW за една климатична камера.

Общата цена на час е 0,343 € за 1 час работа на системата.

• Експлоатационни разходи за охлаждане на подавания въздух без индиректна охладителна система.

Вземаме коефициента на производителност равен на 3 (съотношението на мощността на охлаждане към консумацията на енергия).

Общата цена на час е 7,48 € за 1 час работа.

Заключение

Използването на индиректно изпарително охлаждане позволява:

намалявам капиталови разходиза охлаждане на подавания въздух с 39%.

Намалете консумацията на енергия за сградни климатични системи от 729 kW на 647 kW, или с 11,3%.

Намалете експлоатационните разходи на сградните климатични системи от 65,61 €/ч на 58,47 €/ч, или с 10,9%.

По този начин, макар и охлаждане свеж въздухпредставлява приблизително 10-20% от общите нужди от охлаждане на офис и търговски центрове, именно тук има най-големи резерви за подобряване на енергийната ефективност на една сграда без значително увеличение на капиталовите разходи.

Статията е подготвена от специалисти на ТЕРМОКОМ за публикуване в сп. ОН № 6-7 (5) юни-юли 2014 (стр. 30-35)

Използването на климатични системи (ACS) с изпарително охлаждане като едно от енергийно ефективните решения при проектирането на съвременни сгради и съоръжения.

Днес най-честите потребители на топлина и електрическа енергияв съвременните административни и обществени сградиса вентилационни и климатични системи. При проектирането на модерни обществени и административни сгради за намаляване на потреблението на енергия във вентилационните и климатичните системи има смисъл да се даде специално предпочитание на намаляването на мощността на етапа на получаване спецификациии намаляване на оперативните разходи. Намаляването на оперативните разходи е най-важно за собствениците или наемателите на обекти. Има много готови методи и различни мерки – за намаляване на разходите за енергия в климатичните системи, но на практика изборът на енергийно ефективни решения е много труден.

Една от многото вентилационни и климатични системи, които могат да бъдат класифицирани като енергийно ефективни, е изпарителната климатична система, разгледана в тази статия.

Използват се в жилищни, обществени, промишлени помещения. Процесът на изпарително охлаждане в климатичните системи се осигурява от дюзови камери, филмови, дюзови и пенообразни устройства. Разглежданите системи могат да имат директно, индиректно, както и двустепенно изпарително охлаждане.

От тези опции най-икономичното оборудване за въздушно охлаждане е системата с директно охлаждане. За тях се предполага използването на стандартна технология без използване на допълнителни източнициоборудване за изкуствено охлаждане и охлаждане.

Принципна схема на климатична система с директно изпарително охлаждане е показана на фиг. един.

Предимствата на такива системи включват минимални разходиподдръжка на системите по време на работа, както и надеждност и структурна простота. Основните им недостатъци са невъзможността за поддържане на параметрите на подавания въздух, изключването на рециркулация в обслужваните помещения и зависимостта от външните климатични условия.

Консумацията на енергия в такива системи се свежда до движение на въздух и рециркулирана вода в адиабатни овлажнители, монтирани в централния климатик. При използване на адиабатно овлажняване (охлаждане) в централни климатици се изисква качествена питейна вода. Използването на такива системи може да бъде ограничено в климатични зонис преобладаващо сух климат.

Областите на приложение на климатичните системи с изпарително охлаждане са обекти, които не изискват прецизно поддържане на топлинно-влажностните условия. Те обикновено се управляват от предприятия. различни индустриииндустрия, където е необходимо евтин начинохлаждане на вътрешния въздух при висока топлинна интензивност на помещенията.

Следващият вариант за икономично охлаждане на въздуха в климатичните системи е използването на индиректно изпарително охлаждане.

Система с такова охлаждане най-често се използва в случаите, когато параметрите на вътрешния въздух не могат да бъдат получени чрез директно изпарително охлаждане, което увеличава съдържанието на влага в подавания въздух. При "индиректната" схема подаваният въздух се охлажда в топлообменник от рекуперативен или регенеративен тип в контакт с допълнителен въздушен поток, охлаждан чрез изпарително охлаждане.

Вариант на схемата на климатичната система с индиректно изпарително охлаждане и използване на ротационен топлообменник е показан на фиг. 2. Схема на SCR с индиректно изпарително охлаждане и използване на топлообменници от рекуперативен тип е показана на фиг. 3.

Климатичните системи с индиректно изпарително охлаждане се използват, когато се изисква подаване на въздух без изсушаване. Необходими параметри въздушна средаподдържайте локални затварящи устройства, инсталирани в стаята. Определянето на подавания въздушен поток се извършва в санитарни норми, или според баланса на въздуха в помещението.

Климатичните системи с индиректно изпарително охлаждане използват или външен въздух, или изтеглен въздух като спомагателен въздух. При наличие на локални затварящи устройства, последният е за предпочитане, тъй като повишава енергийната ефективност на процеса. Трябва да се отбележи, че използването на отработен въздух като спомагателен не е разрешено при наличие на токсични, експлозивни примеси, както и високо съдържание на суспендирани частици, които замърсяват топлообменната повърхност.

Външният въздух като спомагателен поток се използва, когато потокът от отработен въздух в захранващия въздух през течовете на топлообменника (тоест топлообменника) е неприемлив.

Спомагателният въздушен поток, преди да бъде подаден за овлажняване, се почиства въздушни филтри. Разположението на климатичната система с регенеративни топлообменници има по-висока енергийна ефективност и по-ниска цена на оборудването.

При проектирането и избора на схеми за климатични системи с индиректно изпарително охлаждане е необходимо да се вземат предвид мерки за регулиране на процесите на възстановяване на топлината през студения сезон, за да се предотврати замръзване на топлообменниците. Трябва да се предвиди повторно нагряване на отработения въздух пред топлообменника, заобикаляйки част от подавания въздух към пластинчат топлообменники контрол на скоростта в ротационния топлообменник.

Използването на тези мерки ще предотврати замръзване на топлообменниците. Също така при изчисленията, когато се използва отработен въздух като допълнителен поток, е необходимо да се провери системата за работоспособност през студения сезон.

Друга енергийно ефективна климатична система е двустепенната изпарителна охладителна система. Охлаждането на въздуха в тази схема се осъществява на два етапа: метод с директно изпарение и индиректен изпарителен метод.

"Двустепенните" системи осигуряват по-прецизно регулиране на параметрите на въздуха при излизане от централния климатик. Такива климатични системи се използват в случаите, когато е необходимо по-дълбоко охлаждане на подавания въздух в сравнение с охлаждането при директно или индиректно изпарително охлаждане.

Охлаждането на въздуха в двустепенните системи се осигурява в регенеративни, пластинчати топлообменници или в повърхностни топлообменници с междинен топлоносител с помощта на допълнителен въздушен поток - в първата степен. Охлаждането на въздуха в адиабатните овлажнители е във втория етап. Основните изисквания за спомагателния въздушен поток, както и за проверка на работата на SCR през студения сезон, са подобни на тези, прилагани за SCR схеми с индиректно изпарително охлаждане.

Използването на климатични системи с изпарително охлаждане ви позволява да постигнете по-добри резултати, които не могат да бъдат постигнати хладилни машини.

Използването на SCR схеми с изпарително, непряко и двустепенно изпарително охлаждане позволява в някои случаи да се откаже от използването на хладилни машини и изкуствено охлаждане, както и значително да се намали натоварването на хладилната система.

Чрез използването на тези три схеми често се постига енергийна ефективност на обработката на въздуха, което е много важно при проектирането на съвременни сгради.

История на системите за охлаждане с изпарителен въздух

От векове цивилизациите са намирали оригинални методи за справяне с горещините на своите територии. Ранна форма на охладителна система, "уловител на вятър", е изобретен преди много хиляди години в Персия (Иран). Това беше система от вятърни шахти на покрива, която улавяше вятъра, прекарваше го през водата и духаше хладен въздух в вътрешни пространства. Трябва да се отбележи, че много от тези сгради също имаха дворове с големи запаси от вода, така че ако нямаше вятър, тогава в резултат естествен процесизпаряване на водата горещ въздух, издигайки се нагоре, изпарява водата в двора, след което вече охладеният въздух преминава през сградата. Днес Иран е заменил уловителите на вятъра с изпарителни охладители и ги използва широко, а иранският пазар, поради сухия климат, достига оборот от 150 000 изпарители годишно.

В САЩ изпарителният охладител е бил обект на множество патенти през 20 век. Много от тях, започвайки още през 1906 г., предлагат използването на дървени стърготини като дистанционер, пренасящ голямо количество вода в контакт с движещия се въздух и поддържащ интензивно изпарение. Стандартният дизайн от патента от 1945 г. включва резервоар за вода (обикновено оборудван с поплавъчен клапан за контрол на нивото), помпа за циркулация на вода през уплътнения, направени от дървени стърготинии вентилатор за издухване на въздух през уплътненията в жилищните помещения. Този дизайн и материали остават централни за технологията на изпарителния охладител в югозападната част на САЩ. В този регион те се използват допълнително за повишаване на влажността.

Изпарителното охлаждане е често срещано в двигателите на самолетите от 30-те години на миналия век, като двигателя на дирижабъла Beardmore Tornado. Тази система беше използвана за намаляване или премахване на радиатора, който иначе би създал значителни аеродинамично съпротивление. Външни изпарителни охлаждащи устройства са монтирани на някои превозни средства за охлаждане на купето. Често те се продават като допълнителни аксесоари. Използването на устройства за охлаждане с изпаряване в автомобилите продължи, докато климатизацията с компресия на пара не стана широко разпространена.

Принципът на изпарителното охлаждане е различен от този на компресионното охлаждане с пара, въпреки че те също изискват изпаряване (изпарението е част от системата). В цикъл на компресия на пара, след като хладилният агент в намотката на изпарителя се изпари, хладилният газ се компресира и охлажда, кондензирайки под налягане в течно състояние. За разлика от този цикъл, в изпарителния охладител водата се изпарява само веднъж. Изпарената вода в охладителното устройство се изхвърля в пространството с охладен въздух. В охладителната кула изпарената вода се отвежда от въздушния поток.

1. Богословски В.Н., Кокорин О.Я., Петров Л.В. Климатик и хладилник. - М.: Стройиздат, 1985. 367 с.
2. Бъркалов Б.В., Карпис Е.Е. Климатизация в промишлени, обществени и жилищни сгради. - М.: Стройиздат, 1982. 312 с.
3. Королева Н.А., Тарабанов М.Г., Копышков А.В. Енергоефективни системивентилация и климатизация търговски център// АБОК, 2013. № 1. стр. 24–29.
4. Хомуцки Ю.Н. Прилагане на адиабатно овлажняване за охлаждане на въздуха // Светът на климата, 2012. № 73. стр. 104–112.
5. Участкин П.В. Вентилация, климатизация и отопление в предприятия от леката промишленост: учеб. надбавка за университети. - М.: Лека промишленост, 1980. 343 с.
6. Хомуцки Ю.Н. Изчисляване на индиректна изпарителна охладителна система // Светът на климата, 2012. № 71. стр. 174–182.
7. Тарабанов М.Г. Индиректно изпарително охлаждане на подавания въздух в ACS с затварящи устройства // ABOK, 2009. № 3. стр. 20–32.
8. Кокорин О.Я. Съвременни системиклиматик. - М.: Физматлит, 2003. 272 ​​с.

съюз на съветските

социалистически

републики

Държавен комитет

СССР за изобретения и открития (53) УДК 629. 113. .06.628.83 (088.8) (72) Изобретатели

В. С. Майсоценко, А. Б. Цимерман, М. Г. и И. Н. Печерская

Одески строителен институт (71) Кандидат (54) ДВУСТЪПЕНЕН КЛИМАТИК С ИЗПАРЕНИЕ

ОХЛАЖДАНЕ ЗА АВТОМОБИЛ

Изобретението се отнася до областта на транспортната техника и може да се използва за климатизация на превозни средства.

Известни са климатици за превозни средства, съдържащи въздушна прорезна изпарителна дюза с въздушни и водни канали, разделени един от друг чрез стени от микропорести плочи, докато долната част на дюзата е потопена в тава с течност (1)

Недостатъкът на този климатик е ниската ефективност на охлаждане на въздуха.

най-близо техническо решениекъм изобретението е двустепенен климатик с изпарително охлаждане за превозно средствосъдържаща топлообменник, тава с течност в която се потапя дюзата, камера за охлаждане на постъпващата в топлообменника течност с елементи за допълнително охлаждане на течността и канал за подаване на въздух към камерата т.е. външна среда, направен стесняващ се към входа на камерата (2

В този компресор елементите за допълнително въздушно охлаждане са направени под формата на дюзи.

Ефективността на охлаждане в този компресор обаче също е недостатъчна, тъй като границата на въздушното охлаждане в този случай е температурата на мокрия термометър на спомагателния въздушен поток в картера.

10 в допълнение, добре познатият климатик е конструктивно сложен и съдържа дублиращи се агрегати (две помпи, два резервоара).

Целта на изобретението е да повиши степента на ефективност на охлаждане и компактност на устройството.

Целта се постига с това, че в предлагания климатик елементите за допълнително охлаждане са изпълнени под формата на топлообменна преграда, разположена вертикално и закрепена на една от стените на камерата с образуване на междина между нея и противоположната камера. стена и

25, отстрани на една от повърхностите на преградата е монтиран резервоар с течност, която тече надолу по споменатата повърхност на преградата, докато камерата и тавата са направени в едно цяло.

Дюзата е направена под формата на блок от капилярно-порест материал.

На фиг. 1 на снимката електрическа схемаклиматик, на фиг. 2 raeeee A-A на фиг. един.

Климатикът се състои от два етапа на охлаждане на въздуха: първият етап е охлаждане на въздуха в топлообменника 1, вторият етап е охлаждането му в дюзата 2, която е направена под формата на блок от капилярно-порест материал.

Пред топлообменника е монтиран 3 вентилатор, задвижван от 4 ° електродвигател. Топлообменникът 1 е монтиран върху палета 10, който е направен в едно цяло с камерата

8. Към топлообменника минава канал

11 за подаване на въздух от външната среда, като каналът е направен като план, стесняващ се към входа 12 на въздушната кухина

13 камери 8. Вътре в камерата има елементи за допълнително въздушно охлаждане. Те са изпълнени под формата на топлообменна преграда 14, разположена вертикално и фиксирана към стената 15 на камерата срещу стената 16, спрямо която преградата е разположена с междина.Преградата разделя камерата на две комуникиращи кухини 17. и 18.

В камерата е предвиден прозорец 19, в който е монтиран капкоотделител 20 и е направен отвор 21 на палета.поток L

Във връзка с изпълнението на канал 11, стесняващ се към входа 12 ! кухина 13, скоростта на потока се увеличава и външният въздух се засмуква в междината, образувана между споменатия канал и входа, като по този начин се увеличава масата на спомагателния поток. Този поток навлиза в кухината 17. След това този въздушен поток, закръгляйки преградата 14, навлиза в кухината 18 на камерата, където се движи в обратна посока на движението си в кухината 17. В кухината 17, по посока на движението на въздушния поток, филм 22 от течност тече надолу по преградата по протежение на преградата - вода от резервоара 9.

Когато потокът от въздух и вода влязат в контакт, в резултат на изпарителния ефект, топлината от кухината 17 се прехвърля през преградата 14 към филма 22 от вода, допринасяйки за нейното допълнително изпарение. След това в кухината 18 навлиза въздушен поток с по-ниска температура. Това от своя страна води до още по-голямо намаляване на температурата на преградата 14, което причинява допълнително охлаждане на въздушния поток в кухината 17. Следователно температурата на въздушния поток отново ще намалее, след като преградата се закръгли и влезе кухината.

18. Теоретично, процесът на охлаждане ще продължи, докато движещата му сила стане нула. AT този случай движеща силапроцес на изпарително охлаждане е психометричната разлика -температурите на въздушния поток след завъртането му спрямо преградата и влизането в контакт с водния филм в кухината 18. нула при приближаване до точката на оросяване. Следователно границата на водното охлаждане тук е температурата на точката на оросяване на външния въздух. Топлината от водата навлиза във въздушния поток в кухината 18, докато въздухът се нагрява, овлажнява и през прозореца 19 и елиминатора на капки 20 се освобождава в атмосферата.

По този начин в камера 8 се организира движението на потока на топлообменната среда, а разделителната топлообменна преграда позволява индиректно предварително охлаждане на въздушния поток, подаден за охлаждане на водата поради процеса на изпаряване на водата. водата се стича по преградата до дъното на камерата и тъй като последната е направена в едно цяло с палет, оттам се изпомпва в топлообменника 1 и също се изразходва за намокряне на дюзата поради вътрекапилярни сили.

По този начин главният въздушен поток L .n, след като е бил предварително охладен, без да променя съдържанието на влага в топлообменника 1, влиза за по-нататъшно охлаждане в дюза 2. Тук, поради пренос на топлина и маса между мократа повърхност на дюзата и основната въздушен поток, последният се овлажнява и охлажда, без да променя топлосъдържанието си. Освен това, основният въздушен поток през отвора в тигана

59 да охлажда, докато охлажда дяла. Навлизане в кухината

17 на камерата въздушният поток, обтичащ преградата, също се охлажда, но без промени във влагосъдържанието. Иск

1. Климатик за двустепенно изпарително охлаждане на МПС, съдържащ топлообменник, течен абонамент, в който е потопена дюза, камера за охлаждане на постъпващата в топлообменника течност с елементи за допълнително охлаждане на течността, и канал за подаване на въздух от външната среда в камерата, направен стесняващ се в посока към входа на камерата, различен от фактът, че за да се повиши степента на ефективност на охлаждане и компактността на компресора, елементите за допълнително въздушно охлаждане са изпълнени под формата на топлообменна преграда, разположена вертикално и фиксирана върху една от стените на камерата с образуване на междина между него и противоположната стена на камерата, а отстрани на една от повърхностите на преградата е монтиран резервоар с течност, която тече по споменатата повърхност на преградата, докато камерата и тавата са направени като едно цяло .

В съвременните климатични технологии се обръща голямо внимание на енергийната ефективност на оборудването. Това обяснява нарасналия напоследък интерес към водно-изпарителни охладителни системи, базирани на индиректни изпарителни топлообменници (индиректни изпарителни охладителни системи). Системите за охлаждане с водно изпаряване могат да бъдат ефективно решениеза много региони на нашата страна, чийто климат се характеризира с относително ниска влажност. Водата като хладилен агент е уникална – има висок топлинен капацитет и латентна топлина на изпарение, безвредна е и достъпна. Освен това водата е добре проучена, което дава възможност да се предвиди точно нейното поведение в различни технически системи.

Характеристики на охладителните системи с индиректни изпарителни топлообменници

При индиректни изпарителни системи въздухът може да се охлади до точка "3" (фиг. 1). Процесът в диаграмата в този случай върви вертикално надолу по линията на постоянно съдържание на влага. В резултат на това получената температура е по-ниска и съдържанието на влага във въздуха не се увеличава (остава постоянно).

В допълнение системите за изпаряване на вода имат следното положителни качества:

• Възможност за съвместно производство на охладен въздух и студена вода.
• Малка консумация на енергия. Основните консуматори на електроенергия са вентилатори и водни помпи.
• Висока надеждност поради липсата на сложни машини и използването на неагресивен работен флуид - вода.
• Екологична чистота: ниски нива на шум и вибрации, неагресивен работен флуид, ниска опасност за околната среда промишлено производствосистеми поради ниската трудоемкост на производството.
• Простота дизайни относително ниска цена, свързана с липсата на строги изисквания за херметичност на системата и нейните отделни компоненти, липсата на сложни и скъпи коли (хладилни компресори), ниско свръхналягане в цикъла, ниска консумация на метал и възможност за широко използване на пластмаси.

Охлаждащите системи, които използват ефекта на поглъщане на топлина по време на изпарението на водата, са известни от много дълго време. В момента обаче системите за водно-изпарително охлаждане не са достатъчно разпространени. Почти цялата ниша от промишлени и битови охладителни системи в района на умерени температури е изпълнена със системи за компресиране на фреонови пари.

Тази ситуация очевидно е свързана с проблемите на работата на водоизпарителните системи при отрицателни температури и непригодността им за работа при висока относителна влажност на външния въздух. Това беше повлияно и от факта, че основните устройства на такива системи (охладителни кули, топлообменници), които бяха използвани по-рано, имаха големи размери, тегло и други недостатъци, свързани с работата при условия на висока влажност. Освен това те се нуждаеха от система за пречистване на водата.

Въпреки това, днес, благодарение на технологичния прогрес, високоефективните и компактни охладителни кули са широко разпространени, способни да охлаждат водата до температури, които са само 0,8 ... 1,0 ° C различни от температурата на мокрия термометър на въздушния поток, влизащ в охладителната кула.

Тук са охладителните кули на компаниите Muntes и SRH-Lauer. Такава малка температурна разлика е постигната главно поради оригинален дизайндюзи за охладителна кула с уникални свойства— добра омокряемост, технологичност, компактност.

Описание на системата за индиректно изпарително охлаждане

След топлообменника основният въздушен поток се разделя на два: спомагателен и работен, насочен към потребителя.

Спомагателният поток едновременно играе ролята и на охладител, и на охладен поток - след топлообменника той се насочва обратно към основния поток (фиг. 2).

В този случай водата се подава към каналите на спомагателния поток. Смисълът на водоснабдяването е да "забави" повишаването на температурата на въздуха поради паралелното му овлажняване: както знаете, същата промяна в топлинната енергия може да се постигне както чрез промяна на температурата, така и чрез промяна на температурата и влажността едновременно време. Следователно, когато спомагателният поток се овлажнява, същият топлообмен се постига с по-малка промяна на температурата.

При индиректни изпарителни топлообменници от друг тип (фиг. 3) спомагателният поток не се насочва към топлообменника, а към охладителната кула, където охлажда водата, циркулираща през индиректния изпарителен топлообменник: водата се нагрява в него поради основния поток и охлажда в охладителната кула поради спомагателния. Движението на водата по веригата се извършва с помощта на циркулационна помпа.

Изчисляване на индиректен изпарителен топлообменник

• φ os е относителната влажност на околния въздух, %;
• t os - температура на околния въздух, ° С;
• ∆t x - температурна разлика в студения край на топлообменника, ° С;
• ∆t m - температурна разлика в топлия край на топлообменника, ° С;
• ∆t wgr е разликата между температурата на водата, излизаща от охладителната кула, и температурата на подавания към нея въздух, по мокър термометър, ° С;
• ∆t min е минималната температурна разлика (температурна разлика) между потоците в охладителната кула (∆t min<∆t wгр), ° С;
• G p е масовият въздушен поток, необходим на потребителя, kg/s;
• η in - ефективност на вентилатора;
• ∆P in - загуба на налягане в устройствата и линиите на системата (необходимо налягане на вентилатора), Pa.

Методологията за изчисление се основава на следните допускания:

• Процесите на пренос на топлина и маса се приемат за равновесни,
• Няма външни топлинни притоци във всички части на системата,
• Налягането на въздуха в системата е равно на атмосферното налягане (локалните промени в налягането на въздуха, дължащи се на впръскването му от вентилатор или преминаване през аеродинамични съпротивления, са незначителни, което позволява използването на I d диаграмата на влажен въздух за атмосферно налягане по време на изчисляването на система).

Редът на инженерното изчисление на разглежданата система е както следва (Фигура 4):

1. Съгласно диаграмата I d или с помощта на програмата за изчисляване на влажен въздух се определят допълнителни параметри на околния въздух (точка "0" на фиг. 4): специфична въздушна енталпия i 0, J / kg и съдържание на влага d 0 , кг / кг.
2. Увеличаването на специфичната енталпия на въздуха във вентилатора (J/kg) зависи от вида на вентилатора. Ако моторът на вентилатора не се обдухва (не се охлажда) от главния въздушен поток, тогава:

Ако веригата използва вентилатор от канален тип (когато електрическият мотор се охлажда от основния въздушен поток), тогава:

където:
η dv - ефективност на електродвигателя;
ρ 0 - плътност на въздуха на входа на вентилатора, kg / m 3

където:
B 0 - барометрично налягане на околната среда, Pa;
R in - газова константа на въздуха, равна на 287 J / (kg.K).

3. Специфична енталпия на въздуха след вентилатора (точка "1"), J/kg.

i 1 \u003d i 0 + ∆i in; (3)

Тъй като процесът "0-1" протича при постоянно съдържание на влага (d 1 \u003d d 0 \u003d const), тогава според известните φ 0, t 0, i 0, i 1, определяме температурата на въздуха t1 след вентилатора (точка "1").

4. Точката на оросяване на околния въздух t нараства, ° С, се определя от известния φ 0, t 0.

5. Психрометрична температурна разлика на въздуха на основния поток на изхода на топлообменника (точка "2") ∆t 2-4, °С

∆t 2-4 =∆t x +∆t wgr; (4)

където:
∆t x се определя въз основа на специфични работни условия в диапазона ~ (0,5…5,0), °C. В този случай трябва да се има предвид, че малките стойности на ∆t x ще доведат до относително големи размери на топлообменника. За да се осигурят малки стойности на ∆t x, е необходимо да се използват високоефективни топлопреносни повърхности;

∆t wgr се избира в диапазона (0,8…3,0), °С; трябва да се вземат по-малки стойности на ∆t wgr, ако е необходимо да се получи възможно най-ниската температура на студената вода в охладителната кула.

6. Приемаме, че процесът на овлажняване на спомагателния въздушен поток в охладителната кула от състояние "2-4", с достатъчна за инженерни изчисления точност, протича по линията i 2 =i 4 =const.

В този случай, знаейки стойността на ∆t 2-4, ние определяме температурите t 2 и t 4, точки "2" и "4", съответно, °C. За да направим това, ще намерим такава линия i=const, така че между точката "2" и точката "4" температурната разлика е намерената ∆t 2-4. Точка "2" се намира в пресечната точка на линиите i 2 =i 4 =const и постоянно съдържание на влага d 2 =d 1 =d OS. Точка "4" е в пресечната точка на правата i 2 =i 4 =const и кривата φ 4 = 100% относителна влажност.

По този начин, използвайки горните диаграми, ние определяме останалите параметри в точки "2" и "4".

7. Определя се t 1w — температурата на водата на изхода на охладителната кула, в точката "1w", °C. При изчисленията можем да пренебрегнем нагряването на водата в помпата, следователно на входа на топлообменника (точка "1w '") водата ще има същата температура t 1w

t 1w \u003d t 4 +.∆t wgr; (5)

8. t 2w - температура на водата след топлообменника на входа на охладителната кула (точка "2w"), °С

t 2w \u003d t 1 -.∆t m; (6)

9. Температурата на въздуха, изпускан от охладителната кула в околната среда (точка "5") t 5 се определя чрез графично-аналитичен метод, като се използва i d диаграмата (с голямо удобство, комбинация от Q t и i t-диаграми могат да се използват, но те са по-рядко срещани, следователно в тази i d диаграма е използвана при изчислението). Този метод е както следва (фиг. 5):

• точка "1w", характеризираща състоянието на водата на входа на индиректния изпарителен топлообменник, със стойността на специфичната енталпия на точка "4" се поставя върху изотермата t 1w, отдалечена от изотермата t 4 на разстояние ∆ t wgr.
• От точката "1w" по дължината на изенталпа отделяме сегмента "1w - p", така че t p \u003d t 1w - ∆t min.
• Знаейки, че процесът на нагряване на въздуха в охладителната кула протича съгласно φ=const=100%, изграждаме допирателна към φ pr =1 от точката "p" и получаваме допирателната точка "k".
• От точката на контакт „k“ по протежение на изоенталпа (адиабатичен, i = const), отделяме сегмента „k - n“, така че t n \u003d t k + ∆t min. По този начин се осигурява (задава) минималната температурна разлика между охладената вода и спомагателния поток въздух в охладителната кула. Тази температурна разлика гарантира, че охладителната кула работи в проектния режим.
• Начертаваме права линия от точката "1w" през точката "n" до пресечната точка с правата t=const= t 2w . Получаваме точката "2w".
• От точката "2w" начертайте права линия i=const до пресечната точка с φ pr =const=100%. Получаваме точката "5", която характеризира състоянието на въздуха на изхода на охладителната кула.
• Според диаграмата определяме желаната температура t5 и останалите параметри на точка "5".

10. Съставяме система от уравнения за намиране на неизвестни масови дебити на въздух и вода. Топлинно натоварване на охладителната кула от спомагателния въздушен поток, W:

Q gr \u003d G in (i 5 - i 2); (7)

Q wgr \u003d G ow C pw (t 2w - t 1w) ; (8)

където:
C pw е специфичният топлинен капацитет на водата, J/(kg.K).

Топлинно натоварване на топлообменника за основния въздушен поток, W:

Q mo =G o (i 1 - i 2); (9)

Топлинно натоварване на топлообменника по отношение на водния поток, W:

Q wmo = G ow C pw (t 2w - t 1w) ; (10)

Материален баланс по въздушен поток:

G o =G до +G p; (11)

Топлинен баланс над охладителната кула:

Q gr =Q wgr; (12)

Топлинният баланс на топлообменника като цяло (количеството топлина, пренесено от всеки от потоците, е същото):

Q wmo = Q mo; (13)

Комбиниран топлинен баланс на охладителна кула и топлообменник за вода:

Q wgr =Q wmo; (14)

11. Решавайки заедно уравненията от (7) до (14), получаваме следните зависимости:
масов въздушен поток в спомагателния поток, kg/s:

масов въздушен поток в основния въздушен поток, kg/s:

G o =G p; (16)

Масов поток на водата през охладителната кула по протежение на главния поток, kg/s:

12. Количеството вода, необходимо за захранване на водния кръг на охладителната кула, kg / s:

G wn \u003d (d 5 -d 2) G in; (18)

13. Консумираната мощност в цикъла се определя от мощността, изразходвана за задвижването на вентилатора, W:

N in =G o ∆i in; (19)

По този начин са намерени всички параметри, необходими за конструктивни изчисления на елементите на системата за индиректно изпарително охлаждане на въздуха.

Трябва да се отбележи, че работният поток от охладен въздух, подаван на потребителя (точка "2"), може да бъде допълнително охладен, например чрез адиабатно овлажняване или по друг начин. Като пример, на фиг. 4 показва точката "3*", съответстваща на адиабатното овлажняване. В този случай точките "3*" и "4" съвпадат (фиг. 4).

Практически аспекти на системите за индиректно изпарително охлаждане

Ако сравним охлаждането чрез адиабатичен и индиректен изпарителен метод, тогава от I d-диаграмата може да се види, че в първия случай въздухът с температура 28 ° C и относителна влажност 45% може да се охлади до 19,5 ° C , докато във втория случай — до 15°С (фиг. 6).

"Псевдоиндиректно" изпарение

Както бе споменато по-горе, системата за индиректно изпарително охлаждане ви позволява да постигнете по-ниска температура от традиционната система за адиабатно овлажняване на въздуха. Също така е важно да се подчертае, че съдържанието на влага в желания въздух не се променя. Подобни предимства в сравнение с адиабатното овлажняване могат да бъдат постигнати чрез въвеждане на допълнителен въздушен поток.

Понастоящем има малко практически приложения на индиректната изпарителна охладителна система. Въпреки това се появиха устройства с подобен, но малко по-различен принцип на работа: топлообменници въздух-въздух с адиабатно овлажняване на външния въздух (системи за „псевдоиндиректно“ изпарение, където вторият поток в топлообменника не е някаква навлажнена част от основния поток, но друга, абсолютно независима верига).

Такива устройства се използват в системи с голям обем рециркулиран въздух, който трябва да се охлади: в климатични системи на влакове, аудитории за различни цели, центрове за данни и други съоръжения.

Целта на въвеждането им е максимално възможно намаляване на продължителността на работа на енергоемките компресорни хладилни съоръжения. Вместо това, за външни температури до 25°C (а понякога и по-високи), се използва топлообменник въздух-въздух, в който рециркулиращият въздух в помещението се охлажда от външния въздух.

За по-голяма ефективност на устройството, външният въздух е предварително овлажнен. При по-сложните системи овлажняването се извършва и в процеса на топлообмен (впръскване на вода в каналите на топлообменника), което допълнително повишава неговата ефективност.

Благодарение на използването на такива решения текущата консумация на енергия на климатичната система се намалява с до 80%. Общото годишно потребление на енергия зависи от климатичния регион на работа на системата, средно се намалява с 30-60%.

Юрий Хомуцки, технически редактор на списание "Климатичен свят"

Статията използва методологията на Московския държавен технически университет. N. E. Bauman за изчисляване на индиректна изпарителна охладителна система.