Dans les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation, l'évaporation adiabatique est généralement associée à l'humidification de l'air, mais dans Ces derniers temps ce processus gagne en popularité dans la plupart des différents pays monde et est de plus en plus utilisé pour le refroidissement « naturel » de l'air.

QU'EST-CE QUE LE REFROIDISSEMENT PAR ÉVAPORATION ?

Le refroidissement par évaporation est au cœur de l'un des premiers systèmes de refroidissement d'espace artificiels, où l'air est refroidi par évaporation naturelle de l'eau. Ce phénomène est très courant et omniprésent : un exemple serait la sensation de froid que vous ressentez lorsque l'eau s'évapore de la surface de votre corps sous l'influence du vent. La même chose se produit avec l'air dans lequel l'eau est pulvérisée : puisque ce processus se déroule sans source externe l'énergie (c'est ce que signifie le mot « adiabatique »), la chaleur nécessaire à l'évaporation de l'eau est prélevée sur l'air qui, par conséquent, devient plus froid.

L'utilisation de cette méthode de refroidissement dans les systèmes de climatisation modernes offre une capacité de refroidissement élevée avec une faible consommation d'énergie, car dans ce cas, l'électricité n'est consommée que pour maintenir le processus d'évaporation de l'eau. En même temps qu'une glacière au lieu de compositions chimiques de l'eau ordinaire est utilisée, ce qui rend le refroidissement par évaporation plus économique et plus respectueux de l'environnement.

TYPES DE REFROIDISSEMENT PAR ÉVAPORATION

Il existe deux méthodes principales de refroidissement par évaporation - directe et indirecte.

Refroidissement direct par évaporation

Le refroidissement par évaporation directe est le processus de réduction de la température de l'air dans une pièce au moyen d'une humidification directe. En d'autres termes, du fait de l'évaporation de l'eau pulvérisée, l'air ambiant est refroidi. Dans ce cas, la répartition de l'humidité s'effectue soit directement dans la pièce à l'aide d'humidificateurs et de buses industriels, soit en saturant l'air soufflé en humidité et en le refroidissant dans la section de l'unité de ventilation.

Il convient de noter que dans des conditions de refroidissement par évaporation directe, une augmentation significative de l'humidité de l'air soufflé à l'intérieur de la pièce est inévitable. Par conséquent, pour évaluer l'applicabilité de cette méthode, il est recommandé de prendre comme base la formule dite l'« indicateur de température et d'inconfort ». La formule calcule la température confortable en degrés Celsius, en tenant compte des lectures d'humidité et de température de bulbe sec (tableau 1). Pour l'avenir, nous notons que le système de refroidissement par évaporation directe n'est utilisé que dans les cas où air de rue v période estivale a des températures de bulbe sec élevées et de faibles niveaux d'humidité absolue.

Refroidissement par évaporation indirecte

Pour améliorer l'efficacité du refroidissement par évaporation lorsque humidité élevée air extérieur, il est recommandé de combiner le refroidissement par évaporation avec la récupération de chaleur. Cette technologie est connue sous le nom de "refroidissement par évaporation indirecte" et convient à presque tous les pays du monde, y compris les pays à climat très humide.

Régime général le fonctionnement du système d'alimentation et de ventilation avec récupération consiste dans le fait que l'air chaud d'alimentation passant à travers une cassette d'échange de chaleur spéciale est refroidi en raison de l'air froid évacué de la pièce. Le principe de fonctionnement du refroidissement par évaporation indirecte consiste à installer un système d'humidification adiabatique dans le conduit d'évacuation des climatiseurs centraux de soufflage et d'extraction, suivi du transfert du froid à travers le récupérateur vers l'air soufflé.

Comme le montre l'exemple, grâce à l'utilisation d'un échangeur de chaleur à plaques, l'air extérieur du système de ventilation est refroidi de 6°C. Applications de refroidissement par évaporation l'air d'échappement augmentera la différence de température de 6 ° C à 10 ° C sans augmenter la consommation d'énergie et l'humidité de la pièce. L'utilisation du refroidissement par évaporation indirecte est efficace à des gains de chaleur élevés, par exemple, dans les bureaux et les centres commerciaux, les centres de données, locaux de production etc.

Système de refroidissement indirect avec humidificateur adiabatique CAREL humiFog :

Cas : Estimation du coût d'un système de réfrigération adiabatique indirect par rapport à une réfrigération utilisant des refroidisseurs.

Sur l'exemple d'un centre de bureaux avec une résidence permanente de 2000 personnes.

Paiement

• Pour le calcul, nous calculons l'humidité relative de l'air à la hotte.
• À une température dans le système de refroidissement de 7/12 ° C, le point de rosée de l'air évacué, en tenant compte du dégagement d'humidité interne, sera de +8 ° C.
• L'humidité relative à la hotte sera de 38 %.

* Il convient de garder à l'esprit que le coût d'installation d'un système de réfrigération, en tenant compte de tous les coûts, est nettement plus élevé que celui des systèmes de refroidissement indirects.

Dépenses en capital

Pour l'analyse, nous prenons le coût de l'équipement - des refroidisseurs pour le système de réfrigération et un système d'humidification pour le refroidissement par évaporation indirecte.

• Le coût en capital du refroidissement de l'air d'alimentation pour un système de refroidissement indirect.

Le coût d'un rack d'humidification Optimist fabriqué par Carel (Italie) dans une centrale de traitement d'air est de 7570 €.

• Coût d'investissement pour le refroidissement de l'air soufflé sans refroidissement indirect.

Le coût d'un refroidisseur d'une puissance frigorifique de 62,3 kW est d'environ 12 460 €, sur la base d'un coût de 200 € pour 1 kW de puissance frigorifique. Il convient de garder à l'esprit que le coût d'installation d'un système de réfrigération, en tenant compte de tous les coûts, est nettement plus élevé que celui des systèmes de refroidissement indirects.

Les coûts d'exploitation

Pour l'analyse, nous prenons le coût eau du robinet 0,4 € par 1 m3 et le coût de l'électricité 0,09 € par 1 kWh.

• Coût d'exploitation du refroidissement par air soufflé pour un système de refroidissement indirect.

Consommation d'eau pour refroidissement indirect soit 117 kg/h pour un unité de traitement d'air, en tenant compte des pertes de 10%, nous le prendrons comme 130 kg/h.

La consommation électrique du système d'humidification est de 0,375 kW pour une centrale de traitement d'air.

Le coût total par heure est de 0,343 € pour 1 heure de fonctionnement du système.

• Coût d'exploitation pour le refroidissement par air soufflé sans système de refroidissement indirect.

On prend le coefficient frigorifique égal à 3 (le rapport de la puissance frigorifique à la consommation électrique).

Le coût total par heure est de 7,48 € pour 1 heure de fonctionnement.

Sortir

L'utilisation du refroidissement par évaporation indirecte permet :

Réduire dépenses en capital pour refroidir l'air soufflé de 39%.

Réduire la consommation d'énergie des systèmes de climatisation des bâtiments de 729 kW à 647 kW, soit de 11,3 %.

Réduire les coûts d'exploitation des systèmes de climatisation des bâtiments de 65,61 €/heure à 58,47 €/heure, soit de 10,9%.

Ainsi, malgré le fait que le refroidissement air frais représente environ 10 à 20 % de la demande totale de refroidissement des bureaux et des centres commerciaux, c'est ici qu'il existe les plus grandes réserves pour améliorer l'efficacité énergétique d'un bâtiment sans augmentation significative des coûts d'investissement.

L'article a été préparé par les spécialistes de la société TERMOCOM pour publication dans le magazine ON n°6-7 (5) juin-juillet 2014 (pp. 30-35)

L'utilisation de systèmes de climatisation (SCR) avec refroidissement par évaporation comme l'une des solutions écoénergétiques dans la conception de bâtiments et de structures modernes.

Aujourd'hui, les consommateurs les plus courants de chaleur et de énergie électrique dans l'administration moderne et bâtiments publiques sont des systèmes de ventilation et de climatisation. Lors de la conception de bâtiments publics et administratifs modernes pour réduire la consommation d'énergie dans les systèmes de ventilation et de climatisation, il est logique d'accorder une préférence particulière à la réduction de la puissance au stade de la production. conditions techniques et des coûts d'exploitation réduits. La réduction des coûts d'exploitation est la plus importante pour les propriétaires ou les locataires. De nombreuses méthodes toutes faites et diverses mesures sont connues - pour réduire la consommation d'énergie dans les systèmes de climatisation, mais dans la pratique, le choix de solutions économes en énergie est très difficile.

Certains des nombreux systèmes de ventilation et de climatisation qui peuvent être classés comme économes en énergie sont les systèmes de climatisation à refroidissement par évaporation discutés dans cet article.

Ils sont utilisés dans les locaux résidentiels, publics et industriels. Le processus de refroidissement par évaporation dans les systèmes de climatisation est assuré par des chambres à buses, des dispositifs à film, à garnissage et à mousse. Les systèmes considérés peuvent avoir un refroidissement par évaporation direct, indirect et également à deux étages.

Parmi les options ci-dessus, l'équipement le plus économique pour le refroidissement par air est les systèmes à refroidissement direct. Pour eux, il est supposé que la technique standard est utilisée sans l'utilisation de sources supplémentaireséquipements de froid artificiel et de réfrigération.

Un schéma de principe d'un système de climatisation avec refroidissement direct par évaporation est illustré à la Fig. 1.

Les avantages de tels systèmes comprennent coûts minimaux la maintenance des systèmes pendant le fonctionnement, ainsi que la fiabilité et la simplicité de conception. Leurs principaux inconvénients sont l'impossibilité de maintenir les paramètres de l'air soufflé, l'exclusion de la recirculation dans la pièce habitée et la dépendance aux conditions climatiques extérieures.

Les coûts énergétiques de ces systèmes sont réduits au déplacement de l'air et de l'eau recirculée dans les humidificateurs adiabatiques installés dans une unité de traitement d'air. Lors de l'utilisation de l'humidification adiabatique (refroidissement) dans les CTA, de l'eau potable doit être utilisée. L'utilisation de tels systèmes peut être limitée à zones climatiques avec un climat sec dominant.

Les domaines d'application des systèmes de climatisation avec refroidissement par évaporation sont des objets qui ne nécessitent pas un maintien précis du régime thermique et hygrométrique. Ils sont généralement gérés par des entreprises divers secteurs l'industrie où vous avez besoin moyen pas cher refroidissement de l'air intérieur à haute densité thermique des locaux.

Une autre option pour un refroidissement par air économique dans les systèmes de climatisation est l'utilisation du refroidissement par évaporation indirecte.

Un système avec un tel refroidissement est le plus souvent utilisé dans les cas où les paramètres de l'air intérieur ne peuvent pas être obtenus en utilisant un refroidissement par évaporation directe, ce qui augmente la teneur en humidité de l'air soufflé. Dans le schéma « indirect », l'air soufflé est refroidi dans un échangeur de chaleur récupérateur ou régénératif en contact avec un flux d'air auxiliaire refroidi par refroidissement par évaporation.

Une variante du système de climatisation avec refroidissement par évaporation indirecte et utilisant un échangeur de chaleur rotatif est illustrée à la Fig. 2. Le schéma SCR avec refroidissement par évaporation indirecte et utilisation d'échangeurs de chaleur de type récupérateur est illustré à la Fig. 3.

Les systèmes de climatisation avec refroidissement par évaporation indirecte sont utilisés lorsque de l'air soufflé est requis sans déshumidification. Paramètres requis environnement aérien soutenir les ferme-portes locaux installés dans la pièce. La détermination du débit d'air soufflé s'effectue en normes sanitaires, ou selon le bilan d'air dans la pièce.

Dans les systèmes de climatisation avec refroidissement par évaporation indirecte, l'air extérieur ou extrait est utilisé comme air auxiliaire. En présence de fermetures locales, cette dernière est préférée, car elle augmente l'efficacité énergétique du procédé. Il convient de noter que l'utilisation de l'air évacué comme air auxiliaire n'est pas autorisée en présence d'impuretés toxiques et explosives, ainsi que d'une teneur élevée en particules en suspension qui contaminent la surface d'échange thermique.

L'air extérieur est utilisé comme flux auxiliaire lorsqu'il est inacceptable que l'air extrait s'écoule dans l'air soufflé par des fuites dans l'échangeur de chaleur (c'est-à-dire l'échangeur de chaleur).

Le flux d'air auxiliaire est nettoyé avant d'être alimenté en humidification. filtres à air... Un système de climatisation avec des échangeurs de chaleur régénératifs est plus économe en énergie et moins coûteux.

Lors de la conception et du choix des systèmes de climatisation avec refroidissement par évaporation indirecte, il est nécessaire de prendre en compte les mesures de régulation des processus de récupération de chaleur pendant la saison froide afin d'éviter le gel des échangeurs de chaleur. Il est nécessaire de prévoir le chauffage de l'air extrait devant l'échangeur de chaleur, en contournant une partie de l'air soufflé dans Echangeur de chaleur à plaques et la régulation de la vitesse de rotation dans l'échangeur de chaleur rotatif.

L'utilisation de ces mesures éliminera le gel des échangeurs de chaleur. De plus, dans les calculs lors de l'utilisation de l'air extrait comme flux auxiliaire, il est nécessaire de vérifier le fonctionnement du système pendant la saison froide.

Un autre système de climatisation économe en énergie est un système de refroidissement par évaporation à deux étages. Le refroidissement par air dans ce schéma est assuré en deux étapes: méthodes d'évaporation directe et d'évaporation indirecte.

Les systèmes "à deux étages" permettent une régulation plus précise des paramètres d'air à la sortie du climatiseur central. Ces systèmes de climatisation sont utilisés dans des applications où un refroidissement plus profond de l'air d'alimentation est requis par rapport au refroidissement par évaporation directe ou indirecte.

Le refroidissement par air dans les systèmes à deux étages est assuré dans des échangeurs de chaleur à plaques régénératifs ou dans des échangeurs de chaleur à surface avec un caloporteur intermédiaire utilisant un flux d'air auxiliaire - dans le premier étage. Refroidissement par air dans les humidificateurs adiabatiques - dans la deuxième étape. Les exigences de base pour le débit d'air auxiliaire, ainsi que pour vérifier le fonctionnement du SCR pendant la saison froide sont similaires à celles appliquées aux schémas SCR avec refroidissement par évaporation indirecte.

La technologie de climatisation par évaporation (A / C) permet d'obtenir de meilleurs résultats impossibles avec l'utilisation machines de réfrigération.

L'utilisation de schémas SCR avec refroidissement évaporatif, indirect et évaporatif à deux étages permet dans certains cas d'abandonner l'utilisation de machines de réfrigération et de froid artificiel, ainsi que de réduire considérablement la charge de réfrigération.

L'utilisation de ces trois schémas permet souvent d'obtenir une efficacité énergétique dans le traitement de l'air, ce qui est très important dans la conception des bâtiments modernes.

Histoire des systèmes de refroidissement par évaporation d'air

Au fil des siècles, les civilisations ont trouvé des méthodes originales pour faire face à la chaleur sur leurs territoires. L'une des premières formes de système de refroidissement, le "capteur de vent", a été inventée il y a plusieurs milliers d'années en Perse (Iran). C'était un système de puits à vent sur le toit qui captait le vent, le faisait passer dans l'eau et soufflait de l'air frais dans espaces intérieurs... Il est à noter que beaucoup de ces bâtiments avaient également des cours avec de grandes réserves d'eau, donc, s'il n'y avait pas de vent, alors en conséquence Processus naturelévaporation de l'eau air chaud se levant, évaporé l'eau dans la cour, après quoi l'air déjà refroidi a traversé le bâtiment. Aujourd'hui, l'Iran a remplacé les « capteurs de vent » par des refroidisseurs par évaporation et les utilise largement, et le marché iranien, en raison du climat sec, atteint un chiffre d'affaires de 150 000 évaporateurs par an.

Aux États-Unis, le refroidisseur évaporatif a fait l'objet de nombreux brevets au 20e siècle. Beaucoup d'entre eux, à partir de 1906, ont proposé l'utilisation de copeaux de bois comme espaceur, transportant une grande quantité d'eau au contact de l'air en mouvement et favorisant une évaporation intense. La conception standard du brevet de 1945 comprend un réservoir d'eau (généralement équipé d'un robinet à flotteur pour ajuster le niveau), une pompe pour faire circuler l'eau à travers des joints de copeaux de bois et un ventilateur pour fournir de l'air à travers les entretoises aux quartiers d'habitation. Cette conception et ces matériaux restent le pilier de la technologie des refroidisseurs par évaporation dans le sud-ouest des États-Unis. Dans cette région, ils sont en outre utilisés pour augmenter l'humidité.

Le refroidissement par évaporation était courant dans les moteurs d'avion des années 1930, comme le moteur du dirigeable Beardmore Tornado. Ce système a été utilisé pour réduire ou éliminer un radiateur qui, autrement, créerait des traînée aérodynamique... Des dispositifs de refroidissement par évaporation externes ont été installés sur certains véhicules pour refroidir l'intérieur. Ils étaient souvent vendus comme accessoires optionnels. L'utilisation de dispositifs de refroidissement par évaporation dans les automobiles s'est poursuivie jusqu'à ce que la climatisation à compression de vapeur se généralise.

Le principe du refroidissement par évaporation diffère de celui sur lequel fonctionnent les refroidisseurs à compression de vapeur, bien qu'ils nécessitent également une évaporation (l'évaporation fait partie du système). Dans le cycle de compression de vapeur, une fois que le réfrigérant s'est évaporé à l'intérieur du serpentin de l'évaporateur, le gaz de refroidissement est comprimé et refroidi, se condensant sous pression à l'état liquide. Contrairement à ce cycle, dans un refroidisseur par évaporation, l'eau ne s'évapore qu'une seule fois. L'eau évaporée dans le dispositif de refroidissement est évacuée dans l'espace avec de l'air refroidi. Dans la tour de refroidissement, l'eau évaporée est emportée par le courant d'air.

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Union des Soviets

Socialiste

Républiques

Comité d'État

URSS pour inventions et découvertes (53) UDC 629.113 .06.628.83 (088.8) (72) Auteurs de l'invention

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

Institut de génie civil d'Odessa (71) Demandeur (54) CLIMATISATION D'ÉVAPORATEUR À DEUX ÉTAGE

COOL (DENIA POUR VÉHICULE

L'invention se rapporte au domaine de l'ingénierie des transports et peut être utilisée pour la climatisation des véhicules.

Climatiseurs connus pour véhicules contenant une buse d'évaporation à fente d'air avec des canaux d'air et d'eau séparés les uns des autres par des parois de plaques microporeuses, tandis que la partie inférieure de la buse est immergée dans un bac avec du liquide (1)

L'inconvénient de ce climatiseur est la faible efficacité du refroidissement par air.

Le plus proche solution techniqueà l'invention est un climatiseur à refroidissement par évaporation à deux étages pour véhicule contenant un échangeur de chaleur, un plateau avec du liquide dans lequel est immergée la buse, une chambre pour refroidir le liquide entrant dans l'échangeur de chaleur avec des éléments pour un refroidissement supplémentaire du liquide et un canal pour fournir de l'air à la chambre environnement externe, réalisé en se rétrécissant vers l'entrée de la chambre (2

Dans ce compresseur, les éléments de refroidissement d'air supplémentaire sont réalisés sous forme de buses.

Cependant, l'efficacité de refroidissement dans ce compresseur est également insuffisante, puisque la limite de refroidissement par air dans ce cas est la température du bulbe humide du flux d'air auxiliaire dans le puisard.

10 De plus, le climatiseur connu est structurellement complexe et contient des unités en double (deux pompes, deux réservoirs).

L'invention a pour but d'augmenter le degré d'efficacité de refroidissement et la compacité du dispositif.

L'objectif est atteint par le fait que dans le climatiseur proposé les éléments de refroidissement supplémentaire sont réalisés sous la forme d'une cloison d'échange thermique située verticalement et fixée sur l'une des parois de la chambre avec formation d'un espace entre celle-ci et le paroi de la chambre qui lui fait face, et

25, du côté d'une des faces de la cloison, se trouve un réservoir de liquide s'écoulant le long de la surface précitée de la cloison, dans ce cas la chambre et la palette sont réalisées d'un seul tenant.

Le garnissage est réalisé sous la forme d'un bloc de matériau capillaire-poreux.

FIGUE. 1 représente schéma climatiseur, dans la Fig. 2 zone A-A sur la Fig. 1.

Le climatiseur se compose de deux étapes de refroidissement par air: la première étape est le refroidissement de l'air dans l'échangeur de chaleur 1, la deuxième étape - son refroidissement dans la buse 2, qui se présente sous la forme d'un bloc de matériau capillaire-poreux.

Un ventilateur 3 est installé devant l'échangeur de chaleur, entraîné par un moteur électrique de 4 °.Pour faire circuler l'eau dans l'échangeur de chaleur coaxialement au moteur électrique, une pompe à eau 5 est installée, qui alimente en eau par les canalisations 6 et 7 de chambre 8 à un réservoir 9 avec du liquide. L'échangeur de chaleur 1 est installé sur la palette 10, qui est faite d'un seul tenant avec la chambre

8. Le canal jouxte l'échangeur de chaleur

11 pour fournir de l'air ee du milieu extérieur, tandis que le canal est réalisé de manière plane s'effilant vers l'entrée 12 de la cavité d'air

13 chambres 8. À l'intérieur de la chambre, il y a des éléments pour un refroidissement par air supplémentaire. Ils sont réalisés sous la forme d'une cloison d'échange thermique 14, située verticalement et fixée sur la paroi 15 de la chambre, opposée à la paroi 16, par rapport à laquelle la cloison est située avec un interstice. La cloison divise la chambre en deux communiquants cavités 17 et 18.

Une fenêtre 19 est prévue dans la chambre, dans laquelle un séparateur de gouttelettes 20 est installé, et une ouverture 21 est réalisée sur le puisard.

En rapport avec la conception du canal 11 effilé vers l'entrée 12 ! de la cavité 13, le débit augmente, et de l'air extérieur est aspiré dans l'interstice formé entre ledit canal et l'ouverture d'admission, augmentant ainsi la masse du flux auxiliaire. Ce flux pénètre dans la cavité 17. Puis ce flux d'air, contournant la cloison 14, pénètre dans la cavité 18 de la chambre, où il se déplace en sens inverse de son déplacement dans la cavité 17. Dans la cavité 17, à l'encontre du mouvement du flux d'air le long de la cloison, un film 22 de liquide - eau provenant du réservoir 9 s'écoule vers le bas.

Lorsque le flux d'air et d'eau entre en contact sous l'effet de l'évaporation, la chaleur de la cavité 17 est transférée à travers la cloison 14 au film 22 d'eau, contribuant à son évaporation supplémentaire. Après cela, un flux d'air avec une température plus basse pénètre dans la cavité 18. Ceci, à son tour, conduit à une diminution encore plus importante de la température du déflecteur 14, ce qui provoque un refroidissement supplémentaire du flux d'air dans la cavité 17. Par conséquent, la température du flux d'air diminuera à nouveau après avoir contourné le déflecteur et heurté la cavité

18. En théorie, le processus de refroidissement se poursuivra jusqu'à ce que sa force motrice soit nulle. V ce cas force motrice le processus de refroidissement par évaporation est la différence psychométrique des températures du flux d'air après l'avoir tourné par rapport à la cloison et entré en contact avec le film d'eau dans la cavité 18. Puisque le flux d'air est pré-refroidi dans la cavité 17 avec une constante teneur en humidité, la différence de température psychrométrique du flux d'air dans la cavité 18 tend vers zéro à l'approche du point de rosée. Par conséquent, la limite de refroidissement par eau est ici la température du point de rosée de l'air extérieur. La chaleur de l'eau pénètre dans le flux d'air dans la cavité 18, tandis que l'air se réchauffe, s'humidifie et traverse la fenêtre 19 et le séparateur de gouttelettes 20 est rejeté dans l'atmosphère.

Ainsi, dans l'enceinte 8, un mouvement proto-courant du média échangeant de la chaleur est organisé, et la chicane séparatrice d'échange thermique permet de pré-refroidir indirectement le flux d'air fourni pour l'eau de refroidissement grâce au processus d'évaporation de l'ensemble avec la palette , puis de là, il est pompé dans l'échangeur de chaleur 1, et est également utilisé pour mouiller la buse en raison des forces intracapillaires.

Ainsi, le flux d'air principal L., s'étant préalablement refroidi sans modification de la teneur en humidité dans l'échangeur de chaleur 1, pénètre dans le garnissage 2 pour un refroidissement supplémentaire sans modifier sa teneur en chaleur. De plus, le flux d'air principal à travers l'ouverture dans la palette

59 et se refroidit, refroidissant en même temps la cloison. Entrer dans la cavité

17 chambres, le flux d'air, circulant autour de la cloison, est également refroidi, mais aucun changement dans le taux d'humidité. Réclamer

1. Climatiseur de refroidissement évaporatif à deux étages pour un véhicule contenant un échangeur de chaleur, une sous-zone avec un liquide dans laquelle une buse est immergée, une chambre pour refroidir le liquide entrant dans l'échangeur de chaleur avec des éléments pour un refroidissement supplémentaire du liquide et un canal d'amenée d'air de l'environnement extérieur à la chambre, réalisé en s'effilant en direction de l'entrée de la caméra, à partir de la chaleur. le fait qu'afin d'augmenter le degré d'efficacité de refroidissement et la compacité du compresseur, les éléments de refroidissement d'air supplémentaire sont réalisés sous la forme d'une cloison d'échange thermique située verticalement et fixée sur l'une des parois de la chambre avec formation d'un interstice entre celle-ci et la paroi de la chambre qui lui est opposée, et du côté de l'un des Sur les surfaces de la cloison, il y a un réservoir avec du liquide s'écoulant le long de ladite surface de la cloison, tandis que la chambre et la palette sont faites d'une seule pièce .

Dans la technologie climatique moderne, une grande attention est accordée à l'efficacité énergétique des équipements. Cela explique le récent intérêt accru pour les systèmes de refroidissement par évaporation d'eau basés sur des échangeurs de chaleur à évaporation indirecte (systèmes de refroidissement à évaporation indirecte). Les systèmes de refroidissement par évaporation peuvent être solution efficace pour de nombreuses régions de notre pays, dont le climat se caractérise par une humidité de l'air relativement faible. L'eau en tant que réfrigérant est unique - elle a une capacité calorifique élevée et une chaleur latente de vaporisation, elle est inoffensive et disponible. De plus, l'eau est bien étudiée, ce qui permet de prédire avec précision son comportement dans divers systèmes techniques.

Caractéristiques des systèmes de refroidissement avec échangeurs de chaleur à évaporation indirecte

Dans les systèmes à évaporation indirecte, l'air peut être refroidi jusqu'au point "3" (Fig. 1). Le processus dans le diagramme dans ce cas descend verticalement le long de la ligne de teneur en humidité constante. En conséquence, la température résultante est plus basse et la teneur en humidité de l'air n'augmente pas (reste constante).

De plus, les systèmes d'évaporation d'eau ont les caractéristiques suivantes des qualités positives:

• Possibilité de production conjointe d'air refroidi et d'eau froide.
• Basse consommation énergétique. Les principaux consommateurs d'électricité sont les ventilateurs et les pompes à eau.
• Haute fiabilité grâce à l'absence de machines sophistiquées et à l'utilisation d'un fluide de travail non agressif - l'eau.
• Respect de l'environnement : faible niveau de bruit et de vibration, fluide de travail non agressif, faible risque environnemental production industrielle systèmes en raison de la faible complexité de fabrication.
• Simplicité performances structurelles et un coût relativement faible associé à l'absence d'exigences strictes pour l'étanchéité du système et de ses unités individuelles, l'absence de complexes et voitures chères (compresseurs frigorifiques), de faibles surpressions dans le cycle, une faible consommation de métal et la possibilité d'une utilisation généralisée des plastiques.

Les systèmes de refroidissement utilisant l'effet d'absorption de chaleur par évaporation d'eau sont connus depuis très longtemps. Cependant, à l'heure actuelle, les systèmes de refroidissement par évaporation d'eau ne sont pas assez répandus. Presque toute la niche des systèmes de refroidissement industriels et domestiques dans le domaine des températures modérées est remplie de systèmes de compression de vapeur de fréon.

Cette situation est évidemment liée aux problèmes de fonctionnement des systèmes d'évaporation d'eau à des températures négatives et à leur inadaptation à un fonctionnement à une humidité relative élevée de l'air extérieur. Cela a également affecté le fait que les principaux dispositifs de ces systèmes (tours de refroidissement, échangeurs de chaleur), utilisés auparavant, présentaient des dimensions, un poids importants et d'autres inconvénients associés au travail dans des conditions d'humidité élevée. De plus, ils avaient besoin d'un système de traitement de l'eau.

Cependant, aujourd'hui, grâce aux progrès techniques, les tours de refroidissement très efficaces et compactes se sont généralisées, capables de refroidir l'eau à des températures qui ne diffèrent que de 0,8 ... 1,0 ° C de la température de bulbe humide du flux d'air entrant dans la tour de refroidissement.

Les tours de refroidissement des entreprises doivent être notées ici d'une manière particulière. Muntes et SRH-Lauer... Une si petite différence de température a été obtenue principalement en raison de dessin original emballage de tour de refroidissement propriétés uniques- bonne mouillabilité, fabricabilité, compacité.

Description du système de refroidissement par évaporation indirecte

Après l'échangeur de chaleur, le flux d'air principal est divisé en deux: auxiliaire et de travail, dirigé vers le consommateur.

Le flux auxiliaire joue simultanément le rôle de refroidisseur et de flux refroidi - après l'échangeur de chaleur, il est redirigé vers le flux principal (Fig. 2).

Dans ce cas, de l'eau est fournie aux canaux du flux auxiliaire. Le sens de l'alimentation en eau est de « ralentir » la montée en température de l'air du fait de son humidification parallèle : comme vous le savez, un même changement d'énergie thermique peut être obtenu à la fois en changeant uniquement la température, et en changeant la température et l'humidité en même temps. Par conséquent, lorsque le flux auxiliaire est humidifié, le même échange de chaleur est obtenu avec un changement de température plus faible.

Dans les échangeurs de chaleur à évaporation indirecte d'un autre type (Fig. 3), le flux auxiliaire n'est pas dirigé vers l'échangeur de chaleur, mais vers la tour de refroidissement, où il refroidit l'eau circulant dans l'échangeur de chaleur à évaporation indirecte: l'eau y est chauffée en raison du flux principal et se refroidit dans la tour de refroidissement en raison de l'auxiliaire. Le mouvement de l'eau le long du circuit s'effectue à l'aide d'une pompe de circulation.

Calcul d'un échangeur de chaleur à évaporation indirecte

• OS est l'humidité relative de l'air ambiant,% ;
• t OS - température de l'air ambiant, ° С;
• ∆t х - différence de température à l'extrémité froide de l'échangeur de chaleur, ° С;
• ∆t m - différence de température à l'extrémité chaude de l'échangeur de chaleur, ° С;
• ∆t wgr est la différence entre la température de l'eau sortant de la tour de refroidissement et la température de l'air qui lui est fourni selon un bulbe humide, ° С ;
• ∆t min est la différence de température minimale (hauteur de température) entre les débits dans la tour de refroidissement (∆t min<∆t wгр), ° С;
• G p est le débit massique d'air requis par le consommateur, en kg/s ;
• η in - efficacité du ventilateur ;
• ∆P in - perte de charge dans les appareils et les conduites du système (pression du ventilateur requise), Pa.

La méthodologie de calcul repose sur les hypothèses suivantes :

• Les processus de transfert de chaleur et de masse sont supposés être à l'équilibre,
• Il n'y a pas d'apports de chaleur externes dans toutes les parties du système,
• La pression d'air dans le système est égale à l'atmosphérique (les variations locales de pression d'air dues à son injection par un ventilateur ou passant par des résistances aérodynamiques sont négligeables, ce qui permet d'utiliser le diagramme I d de l'air humide pour la pression atmosphérique tout au long du calcul du système).

La procédure de calcul technique du système considéré est la suivante (Figure 4) :

1. Selon le diagramme I d ou à l'aide du programme de calcul de l'air humide, des paramètres supplémentaires de l'air ambiant sont déterminés (point "0" sur la Fig. 4) : enthalpie spécifique de l'air i 0, J / kg et teneur en humidité d 0, kg/kg.
2. L'augmentation de l'enthalpie spécifique de l'air dans le ventilateur (J / kg) dépend du type de ventilateur. Si le moteur du ventilateur n'est pas soufflé (refroidi) par le flux d'air principal, alors :

Si le circuit utilise un ventilateur de type gaine (lorsque le moteur électrique est refroidi par le flux d'air principal), alors :

où:
η dv - efficacité du moteur électrique;
ρ 0 - densité de l'air à l'entrée du ventilateur, kg / m 3

où:
B 0 - pression barométrique de l'environnement, Pa;
R in - constante de gaz de l'air, égale à 287 J / (kg.K).

3. Enthalpie spécifique de l'air après le ventilateur (point "1"), J/kg.

i 1 = i 0 + ∆i dans ; (3)

Étant donné que le processus "0-1" se produit à une teneur en humidité constante (d 1 = d 0 = const), alors en utilisant les valeurs connues φ 0, t 0, i 0, i 1 nous déterminons la température de l'air t1 après le ventilateur (point "1").

4. Le point de rosée de l'air ambiant t rosée, ° C, est déterminé par le 0, t 0 connu.

5. Différence psychrométrique des températures de l'air du flux principal à la sortie de l'échangeur de chaleur (point "2") ∆t 2-4, ° С

t 2-4 = t x + ∆t wgr; (4)

où:
∆t х est attribué en fonction de conditions de fonctionnement spécifiques dans la plage de ~ (0,5 ... 5,0), ° С. Il convient de garder à l'esprit que de petites valeurs de t x entraîneront des dimensions relativement importantes de l'échangeur de chaleur. Pour garantir de faibles valeurs de ∆t x, il est nécessaire d'utiliser des surfaces de transfert de chaleur très performantes ;

∆t wgr est sélectionné dans la plage (0,8 ... 3,0), ° С ; des valeurs plus faibles de ∆t wgr doivent être prises s'il est nécessaire d'obtenir la température la plus basse possible de l'eau froide dans la tour de refroidissement.

6. Nous supposons que le processus d'humidification du flux d'air auxiliaire dans la tour de refroidissement à partir de l'état "2-4", avec une précision suffisante pour les calculs techniques, se déroule le long de la ligne i 2 = i 4 = const.

Dans ce cas, connaissant la valeur de ∆t 2-4, on détermine les températures t 2 et t 4, points "2" et "4", respectivement, °C. Pour ce faire, on trouve une telle droite i = const de sorte qu'entre le point "2" et le point "4" on trouve la différence de température ∆t 2-4. Le point "2" est à l'intersection des lignes i 2 = i 4 = const et teneur en humidité constante d 2 = d 1 = d OS. Le point "4" est à l'intersection de la ligne i 2 = i 4 = const et de la courbe φ 4 = 100% d'humidité relative.

Ainsi, à l'aide des diagrammes ci-dessus, nous déterminons les paramètres restants aux points "2" et "4".

7. Déterminez t 1w - température de l'eau à la sortie de la tour de refroidissement, au point "1w", ° С. Dans les calculs, le chauffage de l'eau dans la pompe peut être négligé, par conséquent, à l'entrée de l'échangeur de chaleur (point "1w"), l'eau aura la même température t 1w

t 1w = t 4 + .∆t wgr; (5)

8.t 2w - température de l'eau après l'échangeur de chaleur à l'entrée de la tour de refroidissement (point "2w"), ° С

t 2w = t 1 - .∆t m; (6)

9. La température de l'air évacué de la tour de refroidissement dans l'environnement (point "5") t 5 est déterminée par la méthode graphique-analytique en utilisant le diagramme id Le diagramme id est utilisé pour le calcul). La méthode spécifiée est la suivante (Fig. 5) :

• le point "1w", caractérisant l'état de l'eau à l'entrée de l'échangeur de chaleur indirect à évaporation, avec la valeur de l'enthalpie spécifique du point "4" est placé sur l'isotherme t 1w, espacé de l'isotherme t 4 à une distance ∆t wgr.
• À partir du point "1w" le long de l'isenthalp, nous détachons le segment "1w - p" de sorte que t p = t 1w - ∆t min.
• Sachant que le processus de chauffage de l'air dans la tour de refroidissement se déroule selon φ = const = 100%, on construit à partir du point "p" une tangente à φ pr = 1 et on obtient le point de contact "k".
• A partir du point de contact "k" le long de l'isenthalp (adiabat, i = const) on reporte le segment "k - n" de sorte que t n = t k + ∆t min. Ainsi, la différence de température minimale entre l'eau refroidie et l'air du flux auxiliaire dans la tour de refroidissement est assurée (affectée). Cette différence de température garantit que la tour de refroidissement fonctionnera comme prévu.
• Tracez une ligne droite du point "1w" au point "n" jusqu'à l'intersection avec la ligne droite t = const = t 2w. On obtient le point "2w".
• Du point "2w" tracez une ligne droite i = const jusqu'à l'intersection avec φ pr = const = 100%. On obtient le point "5", qui caractérise la climatisation à la sortie de la tour de refroidissement.
• À l'aide du diagramme, nous déterminons la température souhaitée t5 et d'autres paramètres du point "5".

10. Nous établissons un système d'équations pour trouver les débits massiques inconnus d'air et d'eau. Charge thermique de la tour de refroidissement par flux d'air auxiliaire, W :

Q gr = G dans (i 5 - i 2); (7)

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

où:
С pw - capacité thermique spécifique de l'eau, J / (kg.K).

Charge thermique de l'échangeur de chaleur par le flux d'air principal, W :

Q mo = Go (i 1 - i 2); (9)

Charge thermique de l'échangeur de chaleur par le débit d'eau, W :

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

Bilan matière par flux d'air :

G o = G in + G p ; (11)

Bilan thermique de la tour de refroidissement :

Q gr = Q wgr; (12)

Bilan thermique de l'échangeur de chaleur dans son ensemble (la quantité de chaleur transférée par chacun des flux est la même):

Q wmo = Q mo; (13)

Bilan thermique combiné de la tour de refroidissement et de l'échangeur de chaleur par eau :

Q wgr = Q wmo ; (14)

11. En résolvant ensemble les équations de (7) à (14), on obtient les dépendances suivantes :
débit d'air massique pour débit auxiliaire, kg / s :

débit d'air massique pour le débit d'air principal, kg / s :

G o = G p ; (16)

Débit massique d'eau traversant la tour de refroidissement en fonction du débit principal, kg/s :

12. Quantité d'eau nécessaire pour constituer le circuit d'eau de la tour de refroidissement, kg/s :

G wn = (d 5 -d 2) G in; (18)

13. La consommation électrique dans le cycle est déterminée par la puissance consommée pour entraîner le ventilateur, W :

N in = G o i in; (19)

Ainsi, tous les paramètres nécessaires aux calculs structuraux des éléments du système de refroidissement par air évaporatif indirect ont été trouvés.

A noter que le flux de travail d'air refroidi fourni au consommateur (point "2") peut être refroidi en plus, par exemple, par humidification adiabatique ou de toute autre manière. A titre d'exemple, la fig. 4 désigne le point "3*", qui correspond à l'humidification adiabatique. Dans ce cas, les points "3*" et "4" coïncident (Fig. 4).

Aspects pratiques des systèmes de refroidissement par évaporation indirecte

Si nous comparons le refroidissement par des méthodes d'évaporation adiabatique et indirecte, le diagramme I d montre que dans le premier cas, l'air avec une température de 28 ° C et une humidité relative de 45 % peut être refroidi à 19,5 ° C, tandis que dans le second cas - jusqu'à 15 ° (fig. 6).

Evaporation « pseudo-indirecte »

Comme mentionné ci-dessus, un système de refroidissement par évaporation indirecte atteint une température plus basse qu'un système d'humidification de l'air adiabatique traditionnel. Il est également important de souligner que la teneur en humidité de l'air souhaité ne change pas. De tels avantages par rapport à l'humidification adiabatique peuvent être obtenus grâce à l'introduction d'un flux d'air auxiliaire.

Il existe actuellement peu d'applications pratiques du système de refroidissement par évaporation indirecte. Cependant, des appareils d'un principe de fonctionnement similaire mais quelque peu différent sont apparus : échangeurs de chaleur air-air avec humidification adiabatique de l'air extérieur (systèmes d'évaporation "pseudo-indirecte", où le deuxième flux dans l'échangeur de chaleur n'est pas partie humidifiée du flux principal, mais un autre circuit absolument indépendant).

De tels dispositifs sont utilisés dans des systèmes avec un grand volume d'air recyclé qui a besoin de refroidissement : dans les systèmes de climatisation pour les trains, les auditoriums à des fins diverses, les centres de données et autres installations.

Le but de leur mise en œuvre est la réduction maximale possible de la durée de fonctionnement des équipements de réfrigération à compresseur énergivores. Au lieu de cela, pour des températures extérieures allant jusqu'à 25 ° C (et parfois même plus), un échangeur de chaleur air-air est utilisé, dans lequel l'air ambiant recirculé est refroidi avec de l'air extérieur.

Pour un fonctionnement plus efficace de l'appareil, l'air extérieur est pré-humidifié. Dans les systèmes plus complexes, l'humidification est également effectuée lors du processus d'échange de chaleur (injection d'eau dans les canaux de l'échangeur de chaleur), ce qui augmente encore son efficacité.

Grâce à l'utilisation de telles solutions, la consommation d'énergie actuelle du système de climatisation est réduite jusqu'à 80 %. La consommation énergétique annuelle totale dépend de la région climatique de fonctionnement du système, elle diminue en moyenne de 30 à 60 %.

Yuri Khomutsky, rédacteur technique du magazine "Climate World"

L'article utilise la méthodologie de l'Université technique d'État de Moscou. N.E.Bauman pour le calcul d'un système de refroidissement indirect par évaporation.