Klima uređaj dvostepeno evaporativno hlađenje. Šematski dijagram sistema klimatizacije koji koristi dvostepeno evaporativno hlađenje 25 evaporativno hlađenje direktno indirektno dvostepeno i višestepeno hlađenje

Za održavanje pojedinačnih malih prostorija ili njihovih grupa pogodni su lokalni klima uređaji dvostepenog evaporativnog hlađenja, izvedeni na bazi indirektnog evaporativnog hlađenja izmjenjivača topline od aluminijskih valjanih cijevi (Sl. 139). Vazduh se čisti u filteru 1 i ulazi u ventilator 2, nakon čijeg se ispusnog otvora deli na dva toka - glavni 3 i pomoćni 6. Pomoćni protok vazduha prolazi unutar cevi izmenjivača toplote 14 indirektnog evaporativnog hlađenja. i obezbeđuje evaporativno hlađenje vode koja teče niz unutrašnje zidove cevi. Glavni tok zraka prolazi sa strane rebara cijevi izmjenjivača topline i odaje toplinu kroz njihove zidove vodi ohlađenoj isparavanjem. Recirkulacija vode u izmjenjivaču topline vrši se pomoću pumpe 4, koja uzima vodu iz jame 5 i opskrbljuje je za navodnjavanje kroz perforirane cijevi 15. Izmjenjivač topline za indirektno evaporativno hlađenje igra ulogu prve faze u kombinovanim klima uređajima od dva -stepeno evaporativno hlađenje.

Prilikom izgradnje procesa na i-d dijagramu i odabira tehnološke sheme za tretman zraka potrebno je težiti racionalnom korištenju energije, osiguravanju ekonomičnog korištenja hladnoće, topline, električne energije, vode, kao i uštedi građevinskog područja. zauzeto opremom. U tu svrhu potrebno je analizirati mogućnost uštede umjetne hladnoće korištenjem direktnog i indirektnog hlađenja evaporativnim zrakom, korištenjem sheme sa povratom topline odvodnog zraka i korištenjem topline iz sekundarnih izvora, ako je potrebno. , korištenje prve i druge recirkulacije zraka, bypass shema, kao i kontrolirani procesi u izmjenjivačima topline.

Recirkulacija se koristi u prostorijama sa značajnim viškovima topline, kada je protok dovodnog zraka, određen za odvođenje viška topline, veći od potrebnog protoka vanjskog zraka. U toplom periodu godine, recirkulacija omogućava smanjenje troškova hladnoće u odnosu na jednokratnu šemu istog kapaciteta, ako je entalpija vanjskog zraka veća od entalpije odvodnog zraka, kao i odustati od drugog grijanja. U hladnom periodu - značajno smanjiti troškove topline za grijanje vanjskog zraka. Kada se koristi evaporativno hlađenje, kada je entalpija vanjskog zraka niža od unutrašnjeg i odvodnog zraka, recirkulacija nije preporučljiva. Kretanje recirkuliranog zraka kroz mrežu kanala uvijek je povezano s dodatnim troškovima energije, zahtijeva zapreminu zgrade za smještaj recirkulacijskih kanala. Recirkulacija će biti svrsishodna ako su troškovi njegove instalacije i rada manji od rezultirajuće uštede na toplini i hladnoći. Stoga, pri određivanju protoka dovodnog zraka uvijek treba nastojati da se on približi minimalno potrebnoj vrijednosti vanjskog zraka, uzimajući odgovarajuću shemu distribucije zraka u prostoriji i vrstu terminala za zrak i, shodno tome, jednokratnu shema. Recirkulacija također nije kompatibilna s povratom topline izduvnog zraka. Kako bi se smanjila potrošnja topline za grijanje vanjskog zraka u hladnoj sezoni, potrebno je analizirati mogućnost korištenja sekundarne topline iz niskopotencijalnih izvora, i to: itd. Izmjenjivači topline sa povratom topline odvodnog zraka također omogućavaju donekle smanjenje potrošnje hladnoće tokom tople sezone u područjima s toplom klimom.

Da biste napravili pravi izbor, morate znati moguće sheme obrade zraka i njihove karakteristike. Razmotrimo najjednostavnije procese promjene stanja zraka i njihov redoslijed u centralnim klima uređajima koji opslužuju jednu veliku prostoriju.

Obično je odlučujući režim za odabir tehnološke šeme obrade i određivanje performansi sistema klimatizacije topli period godine. U hladnom periodu godine nastoje da održe protok dovodnog vazduha određen za topli period godine i šemu tretmana vazduha.

Dvostepeno evaporativno hlađenje

Temperatura vlažnog termometra glavnog strujanja zraka nakon hlađenja u površinskom izmjenjivaču topline indirektnog evaporativnog hlađenja ima nižu vrijednost u odnosu na temperaturu vlažnog zraka vanjskog zraka, kao prirodnu granicu evaporativnog hlađenja. Stoga je prilikom naknadne obrade glavnog toka u kontaktnom aparatu direktnim evaporativnim hlađenjem moguće dobiti niže parametre zraka u odnosu na prirodnu granicu. Takva shema sekvencijalnog tretmana zraka glavnog strujanja zraka metodom indirektnog i direktnog evaporativnog hlađenja naziva se dvostepeno evaporativno hlađenje. Shema rasporeda opreme centralne klima uređaja, koja odgovara dvostepenom evaporativnom hlađenju zraka, prikazana je na slici 5.7 a. Također ga karakterizira prisustvo dva strujanja zraka: glavnog i pomoćnog. Vanjski zrak, koji ima nižu temperaturu vlažnog termometra od unutrašnjeg zraka u servisiranoj prostoriji, ulazi u glavni klima uređaj. U prvom zračnom hladnjaku hladi se indirektnim hlađenjem isparavanjem. Zatim ulazi u jedinicu za adijabatsko ovlaživanje, gdje se hladi i ovlažuje. Evaporativno hlađenje vode koja cirkulira kroz površinske hladnjake zraka glavnog klima uređaja vrši se raspršivanjem u adijabatskom ovlaživaču u pomoćnom toku. Cirkulaciona pumpa uzima vodu iz rezervoara adijabatske jedinice za ovlaživanje pomoćnog protoka i dovodi je u hladnjake vazduha glavnog toka i dalje - za prskanje u pomoćnom toku. Gubitak vode isparavanjem u glavnom i pomoćnom toku nadoknađuje se preko plovnih ventila. Nakon dvije faze hlađenja, u prostoriju se dovodi zrak.

U savremenoj klimatskoj tehnologiji velika pažnja se poklanja energetskoj efikasnosti opreme. Ovo objašnjava nedavno povećano interesovanje za vodeno-evaporativne sisteme hlađenja zasnovane na indirektnim evaporativnim izmenjivačima toplote (indirektni evaporativni rashladni sistemi). Sistemi za hlađenje vodenim isparavanjem mogu biti efikasno rešenje za mnoge regione naše zemlje čiju klimu karakteriše relativno niska vlažnost vazduha. Voda kao rashladno sredstvo je jedinstvena - ima veliki toplotni kapacitet i latentnu toplotu isparavanja, bezopasna je i pristupačna. Osim toga, voda je dobro proučena, što omogućava precizno predviđanje njenog ponašanja u različitim tehničkim sistemima.

Karakteristike rashladnih sistema sa indirektnim evaporativnim izmenjivačima toplote

Glavna karakteristika i prednost indirektnih evaporativnih sistema je mogućnost hlađenja vazduha na temperaturu ispod temperature vlažnog termometra. Dakle, tehnologija konvencionalnog evaporativnog hlađenja (kod ovlaživača adijabatskog tipa), kada se voda ubrizgava u struju zraka, ne samo da snižava temperaturu zraka, već i povećava njegov sadržaj vlage. U ovom slučaju, procesna linija na I d-dijagramu vlažnog vazduha ide duž adijabate, a minimalna moguća temperatura odgovara tački "2" (slika 1).

U indirektnim evaporativnim sistemima, vazduh se može ohladiti do tačke "3" (slika 1). Proces na dijagramu u ovom slučaju ide okomito niz liniju konstantnog sadržaja vlage. Kao rezultat toga, rezultirajuća temperatura je niža, a sadržaj vlage u zraku se ne povećava (ostaje konstantan).

Osim toga, sistemi za isparavanje vode imaju sljedeće pozitivne kvalitete:

• Mogućnost zajedničke proizvodnje rashlađenog zraka i hladne vode.
• Mala potrošnja energije. Glavni potrošači električne energije su ventilatori i pumpe za vodu.
• Visoka pouzdanost zbog odsustva složenih mašina i upotrebe neagresivne radne tečnosti - vode.
• Ekološka čistoća: nizak nivo buke i vibracija, neagresivna radna tečnost, niska opasnost po životnu sredinu industrijske proizvodnje sistema zbog niskog radnog intenziteta proizvodnje.
• Jednostavnost dizajna i relativno niska cijena povezana s odsustvom strogih zahtjeva za nepropusnost sistema i njegovih pojedinačnih komponenti, odsustvom složenih i skupih mašina (rashladnih kompresora), niskim viškom pritiska u ciklusu, malom potrošnjom metala i mogućnošću široke upotrebe plastike.

Sistemi za hlađenje koji koriste efekat apsorpcije toplote tokom isparavanja vode poznati su veoma dugo. Međutim, trenutno sistemi hlađenja vodenim isparavanjem nisu dovoljno rasprostranjeni. Gotovo cijela niša industrijskih i kućnih rashladnih sistema u području umjerenih temperatura ispunjena je sistemima kompresije freonske pare.

Ovakva situacija je očigledno povezana sa problemima rada sistema za isparavanje vode na negativnim temperaturama i njihovom neprikladnošću za rad pri visokoj relativnoj vlažnosti spoljašnjeg vazduha. Na to je utjecala i činjenica da su glavni uređaji takvih sistema (rashladni tornjevi, izmjenjivači topline), koji su se ranije koristili, imali velike dimenzije, težinu i druge nedostatke vezane za rad u uvjetima visoke vlažnosti. Osim toga, bio im je potreban sistem za prečišćavanje vode.

Međutim, danas su, zahvaljujući tehnološkom napretku, široko rasprostranjeni visoko efikasni i kompaktni rashladni tornjevi, sposobni da rashlade vodu na temperature koje su samo 0,8 ... 1,0 °C različite od temperature vlažnog termometra protoka zraka koji ulazi u rashladni toranj.

Ovdje su rashladni tornjevi kompanija Muntes i SRH-Lauer. Ovako mala temperaturna razlika postignuta je uglavnom zahvaljujući originalnom dizajnu pakovanja rashladnog tornja, koji ima jedinstvena svojstva - dobru kvašenje, produktivnost, kompaktnost.

Opis sistema indirektnog evaporativnog hlađenja

U sistemu indirektnog evaporativnog hlađenja, atmosferski vazduh iz okoline sa parametrima koji odgovaraju tački „0” (slika 4) se ventilatorom uduvava u sistem i hladi pri konstantnom sadržaju vlage u indirektnom evaporativnom izmenjivaču toplote.

Nakon izmjenjivača topline, glavni protok zraka se dijeli na dva: pomoćni i radni, usmjeren prema potrošaču.

Pomoćni tok istovremeno ima ulogu i hladnjaka i hlađenog toka - nakon izmjenjivača topline se usmjerava nazad prema glavnom toku (slika 2).

U tom slučaju voda se dovodi u pomoćne protočne kanale. Smisao vodosnabdijevanja je da "uspori" porast temperature zraka zbog njegovog paralelnog ovlaživanja: kao što znate, ista promjena toplotne energije može se postići kako promjenom samo temperature, tako i promjenom temperature i vlažnosti istovremeno. vrijeme. Stoga, kada se pomoćni tok ovlaži, postiže se ista izmjena topline uz manju promjenu temperature.

U indirektnim evaporativnim izmenjivačima toplote drugog tipa (slika 3), pomoćni tok nije usmeren na izmenjivač toplote, već na rashladni toranj, gde hladi vodu koja cirkuliše kroz indirektni evaporativni izmenjivač toplote: voda se u njemu zagreva. zbog glavnog toka i hladi se u rashladnom tornju zbog pomoćnog. Kretanje vode duž kruga vrši se pomoću cirkulacijske pumpe.

Proračun indirektnog evaporativnog izmjenjivača topline

Da bi se izračunao ciklus indirektnog evaporativnog rashladnog sistema sa cirkulišućom vodom, potrebni su sledeći ulazni podaci:

• φ os je relativna vlažnost okolnog zraka, %;
• t os - temperatura okolnog vazduha, °C;
• ∆t x - temperaturna razlika na hladnom kraju izmjenjivača topline, ° C;
• ∆t m - temperaturna razlika na toplom kraju izmjenjivača topline, ° C;
• ∆t wgr je razlika između temperature vode koja izlazi iz rashladnog tornja i temperature vazduha koji se u njega dovodi, prema mokrom termometru, °C;
• ∆t min je minimalna temperaturna razlika (temperaturna razlika) između tokova u rashladnom tornju (∆t min<∆t wгр), ° С;
• G p je maseni protok zraka potreban potrošaču, kg/s;
• η in - efikasnost ventilatora;
• ∆P in - gubitak pritiska u uređajima i vodovima sistema (potreban pritisak ventilatora), Pa.

Metodologija proračuna zasniva se na sljedećim pretpostavkama:

• Pretpostavlja se da su procesi prijenosa topline i mase ravnotežni,
• Nema spoljnih dovoda toplote u svim delovima sistema,
• Pritisak vazduha u sistemu je jednak atmosferskom (lokalne promene pritiska vazduha usled njegovog ubrizgavanja ventilatorom ili prolaska kroz aerodinamičke otpore su zanemarljive, što omogućava korišćenje Id dijagrama vlažnog vazduha za atmosferski pritisak tokom čitavog proračuna sistem).

Redoslijed inženjerskog proračuna sistema koji se razmatra je sljedeći (slika 4):

1. Prema Id dijagramu ili korišćenjem programa za proračun vlažnog vazduha određuju se dodatni parametri ambijentalnog vazduha (tačka "0" na slici 4): specifična entalpija vazduha i 0, J/kg i sadržaj vlage d 0, kg/kg.
2. Povećanje specifične entalpije vazduha u ventilatoru (J/kg) zavisi od tipa ventilatora. Ako motor ventilatora ne puše (ne hladi) glavni protok zraka, tada:

Ako krug koristi ventilator tipa kanala (kada se električni motor hladi glavnim protokom zraka), tada:

gdje:
η dv - efikasnost elektromotora;
ρ 0 - gustina vazduha na ulazu ventilatora, kg / m 3

gdje:
B 0 - barometarski pritisak okoline, Pa;
R in - gasna konstanta vazduha, jednaka 287 J/(kg.K).

3. Specifična entalpija vazduha iza ventilatora (tačka "1"), J/kg.

i 1 \u003d i 0 + ∆i in; (3)

Budući da se proces "0-1" odvija pri konstantnom sadržaju vlage (d 1 = d 0 = const), tada prema poznatim φ 0, t 0, i 0, i 1 određujemo temperaturu zraka t1 nakon ventilator (tačka "1").

4. Tačka rose ambijentalnog zraka t rasla, °C, određuje se iz poznatog φ 0, t 0.

5. Psihrometrijska razlika temperature zraka glavnog toka na izlazu iz izmjenjivača topline (tačka "2") ∆t 2-4, °S

∆t 2-4 =∆t x +∆t wgr; (4)

gdje:
∆t x se dodeljuje na osnovu specifičnih radnih uslova u opsegu ~ (0,5…5,0), °C. U ovom slučaju treba imati na umu da će male vrijednosti ∆t x povlačiti relativno velike dimenzije izmjenjivača topline. Da bi se osigurale male vrijednosti ∆t x, potrebno je koristiti visokoefikasne površine za prijenos topline;

∆t wgr se bira u opsegu (0,8…3,0), °S; manje vrijednosti ∆t wgr treba uzeti ako je potrebno postići što nižu temperaturu hladne vode u rashladnom tornju.

6. Prihvatamo da proces vlaženja pomoćnog toka vazduha u rashladnom tornju iz stanja "2-4", sa dovoljnom tačnošću za inženjerske proračune, ide linijom i 2 =i 4 =const.

U ovom slučaju, znajući vrijednost ∆t 2-4, određujemo temperature t 2 i t 4, tačke "2" i "4", respektivno, °C. Da bismo to uradili, naći ćemo takvu pravu i=const, tako da između tačke "2" i tačke "4" temperaturna razlika bude pronađena ∆t 2-4. Tačka "2" se nalazi na preseku linija i 2 =i 4 =const i konstantnog sadržaja vlage d 2 =d 1 =d OS. Tačka "4" je na presjeku prave i 2 =i 4 =const i krive φ 4 = 100% relativne vlažnosti.

Dakle, koristeći gornje dijagrame, određujemo preostale parametre u tačkama "2" i "4".

7. Odrediti t 1w — temperaturu vode na izlazu iz rashladnog tornja, u tački „1w“, °C. U proračunima možemo zanemariti zagrijavanje vode u pumpi, pa će na ulazu u izmjenjivač topline (tačka "1w'") voda imati istu temperaturu t 1w

t 1w \u003d t 4 +.∆t wgr; (5)

8. t 2w - temperatura vode nakon izmjenjivača topline na ulazu u rashladni toranj (tačka "2w"), °S

t 2w \u003d t 1 -.∆t m; (6)

9. Temperatura vazduha koji se ispušta iz rashladnog tornja u okolinu (tačka "5") t 5 određuje se grafičko-analitičkom metodom pomoću id dijagrama (uz veliku pogodnost, kombinacija Q t i i t-dijagrama mogu se koristiti, međutim, rjeđe su, stoga je u ovom id dijagram korišten u proračunu). Ova metoda je sljedeća (slika 5):

• tačka "1w", koja karakteriše stanje vode na ulazu u indirektni evaporativni izmenjivač toplote, sa vrednošću specifične entalpije tačke "4" postavljena je na izotermu t 1w, udaljenu od izoterme t 4 na udaljenosti ∆ t wgr.
• Od tačke "1w" duž izentalpe odvajamo segment "1w - p" tako da je t p = t 1w - ∆t min.
• Znajući da se proces zagrijavanja zraka u rashladnom tornju odvija prema φ=const=100%, gradimo tangentu na φ pr =1 iz tačke "p" i dobijamo tačku tangente "k".
• Od kontaktne tačke “k” duž izoentalpe (adijabatske, i = const), odvajamo segment “k - n” tako da je t n = t k + ∆t min. Time je osigurana (dodijeljena) minimalna temperaturna razlika između ohlađene vode i pomoćnog protoka zraka u rashladnom tornju. Ova temperaturna razlika osigurava da rashladni toranj radi u projektovanom režimu.
• Povlačimo pravu liniju od tačke "1w" kroz tačku "n" do preseka sa pravom linijom t=const= t 2w . Dobijamo tačku "2w".
• Od tačke "2w" povući pravu liniju i=const do preseka sa φ pr =const=100%. Dobijamo tačku "5", koja karakteriše stanje vazduha na izlazu iz rashladnog tornja.
• Prema dijagramu određujemo željenu temperaturu t5 i preostale parametre tačke "5".

10. Sastavljamo sistem jednačina za pronalaženje nepoznatih masenih protoka zraka i vode. Toplotno opterećenje rashladnog tornja protokom pomoćnog zraka, W:

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

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

gdje:
C pw je specifični toplinski kapacitet vode, J/(kg.K).

Toplotno opterećenje izmjenjivača topline za glavni protok zraka, W:

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

Toplinsko opterećenje izmjenjivača topline u smislu protoka vode, W:

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

Materijalni balans protokom vazduha:

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

Toplotna ravnoteža preko rashladnog tornja:

Q gr =Q wgr; (12)

Toplotni bilans izmjenjivača topline u cjelini (količina topline koju prenosi svaki od tokova je ista):

Q wmo = Q mo ; (13)

Kombinovani toplotni bilans rashladnog tornja i izmenjivača toplote za vodu:

Q wgr =Q wmo ; (14)

11. Zajedno rješavajući jednačine od (7) do (14), dobijamo sljedeće zavisnosti:
maseni protok vazduha u pomoćnom protoku, kg/s:

maseni protok zraka u glavnom protoku zraka, kg/s:

G o =G p ; (16)

Maseni protok vode kroz rashladni toranj duž glavnog toka, kg/s:

12. Količina vode potrebna za napajanje vodenog kruga rashladnog tornja, kg/s:

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

13. Potrošnja energije u ciklusu određena je snagom potrošenom na pogon ventilatora, W:

N in =G o ∆i in; (19)

Tako su pronađeni svi parametri neophodni za konstruktivne proračune elemenata sistema indirektnog evaporativnog vazdušnog hlađenja.

Treba napomenuti da se radni tok ohlađenog zraka koji se dovodi do potrošača (tačka "2") može dodatno ohladiti, na primjer, adijabatskim ovlaživanjem ili na bilo koji drugi način. Kao primjer, na sl. 4 prikazuje tačku "3*" koja odgovara adijabatskom vlaženju. U ovom slučaju, tačke "3*" i "4" se poklapaju (slika 4).

Praktični aspekti indirektnih sistema evaporativnog hlađenja

Na osnovu prakse proračuna indirektnih sistema evaporativnog hlađenja, treba napomenuti da je, po pravilu, pomoćni protok 30-70% glavnog protoka i zavisi od potencijalne sposobnosti hlađenja vazduha koji se dovodi u sistem.

Ako uporedimo hlađenje adijabatskim i indirektnim metodama isparavanja, onda se iz I d-dijagrama može vidjeti da se u prvom slučaju zrak temperature od 28°C i relativne vlažnosti od 45% može ohladiti na 19,5°C. , dok u drugom slučaju — do 15°S (slika 6).

"Pseudoindirektno" isparavanje

Kao što je gore spomenuto, indirektni sistem evaporativnog hlađenja omogućava postizanje niže temperature od tradicionalnog adijabatskog sistema ovlaživanja zraka. Također je važno naglasiti da se sadržaj vlage željenog zraka ne mijenja. Slične prednosti u odnosu na adijabatsko ovlaživanje mogu se postići uvođenjem pomoćnog protoka zraka.

Trenutno postoji nekoliko praktičnih primjena sistema indirektnog evaporativnog hlađenja. Međutim, pojavili su se uređaji sličnog, ali nešto drugačijeg principa rada: izmenjivači toplote vazduh-vazduh sa adijabatskim vlaženjem spoljašnjeg vazduha (sistemi „pseudoindirektnog“ isparavanja, gde drugi tok u izmenjivaču toplote nije neki vlažni dio glavnog toka, ali drugi, apsolutno neovisni krug).

Ovakvi uređaji se koriste u sistemima sa velikom zapreminom recirkulisanog vazduha koji treba da se ohladi: u sistemima klimatizacije vozova, salama različite namene, data centrima i drugim objektima.

Svrha njihovog uvođenja je maksimalno moguće smanjenje trajanja rada energetski intenzivne kompresorske rashladne opreme. Umjesto toga, za vanjske temperature do 25°C (a ponekad i više), koristi se izmjenjivač topline zrak-zrak u kojem se recirkulacijski zrak iz prostorije hladi vanjskim zrakom.

Za veću efikasnost uređaja, vanjski zrak je prethodno navlažen. U složenijim sistemima ovlaživanje se vrši i u procesu razmene toplote (ubrizgavanje vode u kanale izmenjivača toplote), što dodatno povećava njegovu efikasnost.

Zahvaljujući upotrebi ovakvih rješenja, trenutna potrošnja energije klimatizacijskog sistema smanjena je i do 80%. Ukupna godišnja potrošnja energije zavisi od klimatskog regiona rada sistema, u proseku je smanjena za 30-60%.

Yury Khomutsky, tehnički urednik časopisa "Climate World"

U članku je korištena metodologija Moskovskog državnog tehničkog univerziteta. N. E. Bauman za proračun indirektnog evaporativnog rashladnog sistema.

Ekologija potrošnje. Istorija klima uređaja sa direktnim isparavanjem. Razlike između direktnog i indirektnog hlađenja. Primjena evaporativnih klima uređaja

Hlađenje i ovlaživanje zraka putem evaporativnog hlađenja je potpuno prirodan proces u kojem se voda koristi kao rashladni medij, a toplina se efikasno raspršuje u atmosferi. Koriste se jednostavni zakoni – kada tečnost ispari, toplota se apsorbuje ili se oslobađa hladnoća. Efikasnost isparavanja - povećava se sa povećanjem brzine vazduha, što obezbeđuje prisilnu cirkulaciju ventilatora.

Temperatura suhog zraka može se značajno sniziti faznom promjenom tekuće vode u paru, a ovaj proces zahtijeva mnogo manje energije od kompresijskog hlađenja. U veoma suvim klimama, hlađenje isparavanjem takođe ima prednost u povećanju vlažnosti vazduha kada je klimatizovan, a to stvara veću udobnost za ljude u prostoriji. Međutim, za razliku od parnog kompresijskog hlađenja, on zahtijeva stalan izvor vode, a tokom rada je stalno troši.

Istorija razvoja

Vekovima su civilizacije pronalazile originalne metode suočavanja sa vrućinom na svojim teritorijama. Rani oblik sistema za hlađenje, "hvatač vjetra", izumljen je prije mnogo hiljada godina u Perziji (Iran). Bio je to sistem vjetrobranskih okna na krovu koji je hvatao vjetar, propuštao ga kroz vodu i duvao hladan zrak u unutrašnjost. Značajno je da su mnoge od ovih zgrada imale i dvorišta sa velikim zalihama vode, pa ako nije bilo vjetra, onda je kao rezultat prirodnog procesa isparavanja vode, vrući zrak, podižući se, isparavao vodu u dvorištu, nakon čega je već ohlađeni vazduh je prolazio kroz zgradu. Iran je danas hvatače vjetra zamijenio evaporativnim hladnjakima i intenzivno ih koristi, a tržište zbog suhe klime dostiže promet od 150.000 isparivača godišnje.

U SAD-u, evaporativni hladnjak je bio predmet brojnih patenata u dvadesetom vijeku. Mnogi od njih, od 1906. godine, predlažu upotrebu strugotine kao podloge za nošenje velike količine vode u kontaktu s pokretnim zrakom i za podršku intenzivnom isparavanju. Standardni dizajn, kao što je prikazano u patentu iz 1945. godine, uključuje rezervoar za vodu (obično opremljen plutajućim ventilom za kontrolu nivoa), pumpu za cirkulaciju vode kroz odstojnike drvene iverice i ventilator za upuhivanje vazduha kroz odstojnike u stambeni prostor. četvrtine. Ovaj dizajn i materijali ostaju centralni u tehnologiji evaporativnih hladnjaka na jugozapadu SAD-a. U ovoj regiji se dodatno koriste za povećanje vlažnosti.

Hlađenje isparavanjem bilo je uobičajeno u motorima aviona 1930-ih, kao što je motor za vazdušni brod Beardmore Tornado. Ovaj sistem je korišten za smanjenje ili potpuno uklanjanje hladnjaka, koji bi inače mogao stvoriti značajan aerodinamički otpor. U ovim sistemima, voda u motoru je bila pod pritiskom pumpama koje su mu omogućavale da se zagreje do preko 100°C, pošto stvarna tačka ključanja zavisi od pritiska. Pregrijana voda je raspršena kroz mlaznicu na otvorenu cijev, gdje je momentalno isparila, uzimajući svoju toplinu. Ove cijevi bi mogle biti smještene ispod površine aviona kako bi stvorile nulti otpor.

Na nekim vozilima ugrađeni su eksterni rashladni uređaji za hlađenje isparavanjem za hlađenje putničkog prostora. Često su se prodavali kao dodatni pribor. Upotreba uređaja za hlađenje isparavanjem u automobilima se nastavila sve dok klimatizacija pare nije postala široko rasprostranjena.

Princip evaporativnog hlađenja se razlikuje od hlađenja parnom kompresijom, iako i oni zahtijevaju isparavanje (isparavanje je dio sistema). U ciklusu kompresije pare, nakon što rashladno sredstvo unutar zavojnice isparivača ispari, rashladni plin se komprimira i hladi, kondenzirajući pod pritiskom u tečno stanje. Za razliku od ovog ciklusa, u evaporativnom hladnjaku voda se isparava samo jednom. Isparena voda u rashladnom uređaju se ispušta u prostor sa ohlađenim vazduhom. U rashladnom tornju, isparena voda se odnosi strujanjem zraka.

Primene evaporativnog hlađenja

Razlikovati evaporativno hlađenje zrakom direktno, koso i dvostepeno (direktno i indirektno). Direktno evaporativno hlađenje zrakom bazirano je na izentalpijskom procesu i koristi se u klima-uređajima u hladnoj sezoni; po toplom vremenu, to je moguće samo ako u prostoriji nema ili ima malo otpuštanja vlage i niskog sadržaja vlage u vanjskom zraku. Zaobilaženje komore za navodnjavanje donekle proširuje granice njene primjene.

Direktno hlađenje zraka isparavanjem se preporučuje u suhim i vrućim klimama u sistemu dovodne ventilacije.

Indirektno evaporativno hlađenje zraka provodi se u površinskim hladnjacima zraka. Pomoćni kontaktni aparat (rashladni toranj) koristi se za hlađenje vode koja cirkulira u površinskom izmjenjivaču topline. Za indirektno evaporativno hlađenje zraka moguće je koristiti uređaje kombiniranog tipa, u kojima izmjenjivač topline obavlja obje funkcije istovremeno - grijanje i hlađenje. Takvi uređaji su slični izmjenjivačima topline s rekuperacijom zraka.

Ohlađeni vazduh prolazi kroz jednu grupu kanala, unutrašnja površina druge grupe se navodnjava vodom koja teče u posudu, a zatim se ponovo prska. U kontaktu sa izduvnim vazduhom koji prolazi u drugoj grupi kanala, dolazi do evaporativnog hlađenja vode, usled čega se vazduh u prvoj grupi kanala hladi. Indirektno evaporativno hlađenje vazduhom omogućava smanjenje performansi sistema klimatizacije u odnosu na njegove performanse sa direktnim evaporativnim vazdušnim hlađenjem i proširuje mogućnosti korišćenja ovog principa, jer. sadržaj vlage dovodnog zraka u drugom slučaju je manji.

Sa dvostepenim evaporativnim hlađenjem korištenje zraka sekvencijalno indirektno i direktno evaporativno hlađenje zraka u klima uređaju. Istovremeno, instalacija za indirektno evaporativno hlađenje zraka dopunjena je komorom mlaznice za navodnjavanje koja radi u načinu direktnog evaporativnog hlađenja. Tipične komore mlaznica za prskanje koriste se u sistemima za hlađenje isparavanjem vazduha kao rashladni tornjevi. Pored jednostepenog indirektnog evaporativnog hlađenja vazduhom, moguće je i višestepeno, u kojem se vrši dublje hlađenje vazduha - to je takozvani sistem klimatizacije bez kompresora.

Direktno hlađenje isparavanjem (otvoreni ciklus) se koristi za smanjenje temperature vazduha upotrebom specifične toplote isparavanja, menjajući tečno stanje vode u gasovito. U ovom procesu, energija u zraku se ne mijenja. Suhi, topli vazduh zamenjuje se hladnim, vlažnim vazduhom. Toplota iz vanjskog zraka koristi se za isparavanje vode.

Indirektno hlađenje isparavanjem (zatvorena petlja) je proces sličan direktnom evaporativnom hlađenju, ali uz korištenje određene vrste izmjenjivača topline. U tom slučaju vlažan, ohlađen vazduh ne dolazi u kontakt sa klimatizovanom okolinom.

Dvostepeno evaporativno hlađenje, ili indirektno/direktno.

Tradicionalni rashladni uređaji za isparavanje koriste samo djelić energije potrebne parnom kompresijskom hlađenju ili adsorpcijskim klimatizacijskim sistemima. Nažalost, oni podižu vlažnost na neprijatan nivo (osim u veoma suvim klimama). Dvostepeni evaporativni rashladni uređaji ne povećavaju nivo vlažnosti koliko to čine standardni jednostepeni rashladni uređaji.

U prvoj fazi dvostepenog hladnjaka, topli vazduh se hladi indirektno bez povećanja vlažnosti (prolaskom kroz izmenjivač toplote koji se hladi isparavanjem izvana). U direktnoj fazi, prethodno ohlađeni vazduh prolazi kroz podlogu natopljenu vodom, dalje se hladi i postaje vlažniji. Budući da proces uključuje prvu, fazu prethodnog hlađenja, faza direktnog isparavanja zahtijeva manje vlage da bi se postigla potrebna temperatura. Kao rezultat, prema proizvođačima, proces hladi zrak sa relativnom vlažnošću u rasponu od 50 do 70%, ovisno o klimi. Za poređenje, tradicionalni rashladni sistemi podižu vlažnost vazduha na 70 - 80%.

Svrha

Prilikom projektovanja sistema centralne dovodne ventilacije moguće je opremiti dovod vazduha isparivim delom i na taj način značajno smanjiti troškove hlađenja vazduha u toploj sezoni.

U hladnim i prelaznim periodima godine, kada se vazduh zagreva dovodnim grejačima vazduha ventilacionih sistema ili unutrašnji vazduh sistemima grejanja, vazduh se zagreva i povećava se njegova fizička sposobnost asimilacije (apsorbovanja) u sebe, sa porastom temperature. - vlaga. Ili, što je temperatura zraka viša, to više vlage može asimilirati u sebe. Na primjer, kada se vanjski zrak zagrijava grijačem sa ventilacijskim sistemom sa temperature od -22 0 C i vlažnosti od 86% (parametar vanjskog zraka za KhP Kijeva), do +20 0 C - vlažnost opada ispod graničnih granica za biološke organizme do neprihvatljivih 5-8% vlažnosti vazduha. Niska vlažnost vazduha - negativno utiče na kožu i sluzokožu osobe, posebno onih sa astmom ili plućnim oboljenjima. Normalizovana vlažnost vazduha za stambene i administrativne prostorije: od 30 do 60%.

Vazdušno hlađenje isparavanjem praćeno je oslobađanjem vlage ili povećanjem vlažnosti vazduha, do visoke zasićenosti vlažnošću vazduha od 60-70%.

Prednosti

Količina isparavanja – a time i prijenosa topline – ovisi o vanjskoj temperaturi mokrog termometra, koja je, posebno ljeti, mnogo niža od ekvivalentne temperature suhog termometra. Na primjer, u vrućim ljetnim danima kada suve temperature premašuju 40°C, hlađenje isparavanjem može ohladiti vodu do 25°C ili hladan zrak.
Budući da isparavanje uklanja mnogo više topline od standardnog prijenosa topline, prijenos topline koristi četiri puta manje zraka od konvencionalnih metoda hlađenja zraka, štedeći značajnu količinu energije.

Hlađenje isparavanjem u odnosu na konvencionalnu klimatizaciju Za razliku od drugih tipova klima uređaja, evaporativno hlađenje zraka (bio-hlađenje) ne koristi štetne plinove (freon i druge) kao rashladne tvari koje štete okolišu. Takođe troši manje električne energije, čime štedi energiju, prirodne resurse i do 80% operativnih troškova u odnosu na druge sisteme klimatizacije.

nedostatke

Loše performanse u vlažnoj klimi.
Povećanje vlažnosti zraka, što je u nekim slučajevima nepoželjno - izlaz je dvostepeno isparavanje, gdje zrak ne dolazi u kontakt i nije zasićen vlagom.

Princip rada (opcija 1)

Proces hlađenja se odvija zbog bliskog kontakta vode i zraka, te prijenosa topline u zrak isparavanjem male količine vode. Nadalje, toplina se odvodi kroz topli zrak zasićen vlagom koji napušta jedinicu.

Princip rada (opcija 2) - ugradnja na dovod zraka

Postrojenja za evaporativno hlađenje

Postoje različite vrste evaporativnih rashladnih jedinica, ali sve imaju:
- dio za izmjenu ili prijenos topline trajno natopljen vodom prskanjem,
- sistem ventilatora za prinudnu cirkulaciju vanjskog zraka kroz dio za izmjenu topline,

Sistem koji se razmatra sastoji se od dva klima uređaja.

glavni, u kojem se obrađuje vazduh za opsluživane prostorije, i pomoćni - rashladni toranj. Osnovna namena rashladnog tornja je vazdušno-evaporativno hlađenje vode kojom se snabdeva prvi stepen glavnog klima uređaja u toplom periodu godine (površinski razmenjivač toplote PT). Druga faza glavnog klima uređaja - OK komora za navodnjavanje, koja radi u adijabatskom režimu ovlaživanja, ima bajpas kanal - bypass B za kontrolu vlažnosti u prostoriji.

Pored klima uređaja - za hlađenje vode mogu se koristiti rashladni tornjevi, industrijski rashladni tornjevi, fontane, bazeni za prskanje itd. U područjima sa toplom i vlažnom klimom, u pojedinim slučajevima, pored indirektnog hlađenja isparavanjem, koristi se i mašinsko hlađenje. korišteno.

višestepeni sistemi hlađenje isparavanjem. Teoretska granica za vazdušno hlađenje pomoću takvih sistema je temperatura tačke rose.

Sistemi klimatizacije koji koriste direktno i indirektno hlađenje isparavanjem imaju širi spektar primjena u odnosu na sisteme koji koriste samo direktno (adijabatsko) hlađenje isparavanjem.

Poznato je da je dvostepeno evaporativno hlađenje najprikladnije

suhih i toplih krajeva. Kod dvostepenog hlađenja moguće je postići niže temperature, manju razmjenu zraka i nižu relativnu vlažnost u prostorijama nego kod jednostepenog hlađenja. Ovo svojstvo dvostepenog hlađenja potaklo je prijedlog da se u potpunosti pređe na indirektno hlađenje i niz drugih prijedloga. Međutim, pod svim ostalim uslovima, efekat mogućih sistema evaporativnog hlađenja direktno zavisi od promene stanja spoljašnjeg vazduha. Stoga ovakvi sistemi ne osiguravaju uvijek održavanje potrebnih parametara zraka u klimatizovanim prostorijama tokom sezone, pa čak i jednog dana. Ideja o uvjetima i granicama svrsishodne upotrebe dvostepenog evaporativnog hlađenja može se dobiti poređenjem normaliziranih parametara zraka u zatvorenom prostoru s mogućim promjenama parametara vanjskog zraka u područjima sa suhom i toplom klimom.

proračun takvih sistema treba izvršiti pomoću J-d dijagrama u sljedećem redoslijedu.

Na J-d dijagramu su ucrtane tačke sa izračunatim parametrima vanjskog (H) i unutrašnjeg (B) zraka. U primjeru koji se razmatra, prema projektnom zadatku, uzimaju se sljedeće vrijednosti: tn = 30 °S; tv = 24 °S; fa = 50%.

Za tačke H i B određujemo temperaturnu vrijednost mokrog termometra:

tmin = 19,72 °S; tmv = 17,0 °S.

Kao što se može vidjeti, vrijednost tm je za skoro 3 °C viša od tmw, pa je za veće hlađenje vode, a zatim i vanjskog dovodnog zraka, preporučljivo dovod zraka u rashladni toranj koji se uklanja izduvnim putem. sistemi iz kancelarijskih prostorija.

Imajte na umu da pri proračunu rashladnog tornja, potreban protok zraka može biti veći od onog koji se uklanja iz klimatizovanih prostorija. U tom slučaju se u rashladni toranj mora dovoditi mješavina vanjskog i izduvnog zraka, a za izračunatu vrijednost treba uzeti temperaturu vlažnog termometra mješavine.

Iz računskih kompjuterskih programa vodećih proizvođača rashladnih tornja nalazimo da treba uzeti minimalnu razliku između konačne temperature vode na izlazu iz rashladnog tornja tw1 i temperature mokrog termometra twm zraka koji se dovodi u rashladni toranj. najmanje 2 °C, odnosno:

tw2 \u003d tw1 + (2,5 ... 3) ° S. (jedan)

Za postizanje dubljeg hlađenja zraka u centralnom klima-uređaju, konačna temperatura vode na izlazu iz rashladnog tornja i na ulazu u rashladni toranj tw2 pretpostavlja se da nije više od 2,5 viša nego na izlazu iz rashladnog tornja, tj. je:

tvk ≥ tw2 +(1...2) °S. (2)

Imajte na umu da konačna temperatura ohlađenog zraka i površine hladnjaka zraka zavise od temperature tw2, jer kod poprečnog strujanja zraka i vode konačna temperatura ohlađenog zraka ne može biti niža od tw2.

Obično se preporučuje da konačna temperatura ohlađenog zraka bude 1-2 °C viša od konačne temperature vode na izlazu iz hladnjaka:

tvk ≥ tw2 +(1...2) °S. (3)

Dakle, ako su ispunjeni zahtjevi (1, 2, 3), moguće je dobiti odnos koji povezuje temperaturu vlažnog termometra zraka koji se dovodi u rashladni toranj i konačnu temperaturu zraka na izlazu iz hladnjaka:

tvk \u003d tm +6 ° S. (4)

Imajte na umu da u primjeru na sl. 7.14 Prihvaćene su vrijednosti twm = 19 °S i tw2 – tw1 = 4 °S. Ali s takvim početnim podacima, umjesto vrijednosti tvk = 23 °S naznačene u primjeru, moguće je dobiti konačnu temperaturu zraka na izlazu iz hladnjaka zraka od najmanje 26–27 °S, što čini cijelu shemu besmisleno na tn = 28,5 °S.