Dvostupanjsko hlađenje isparavanjem na h d dijagramu. Shematski prikaz obrade zraka u lokalnom klima uređaju s dvostupanjskim hlađenjem isparavanjem


Ekologija potrošnje. Povijest stvaranja izravnog klima uređaja hlađenje isparavanjem. Razlike između izravnog i neizravnog hlađenja. Mogućnosti primjene evaporativnih klima uređaja

Hlađenje zraka i ovlaživanje putem hlađenja isparavanjem potpuno je prirodan proces koji koristi vodu kao rashladni medij, a toplina se učinkovito odvodi u atmosferu. Koriste se jednostavni zakoni - kada tekućina isparava, apsorbira se toplina ili se oslobađa hladnoća. Učinkovitost isparavanja raste s povećanjem brzine zraka, što je osigurano prisilnom cirkulacijom ventilatora.

Temperatura suhog zraka može se značajno smanjiti faznom promjenom tekuće vode u paru, a taj proces zahtijeva znatno manje energije od kompresijskog hlađenja. U vrlo suhim klimama, hlađenje isparavanjem također ima prednost povećanja vlažnosti zraka prilikom klimatizacije, što putnicima čini udobnije. Međutim, za razliku od hlađenja kompresijom pare, ono zahtijeva stalni izvor vodu, te je stalno troši tijekom rada.

Povijest razvoja

Tijekom stoljeća civilizacije su pronašle izvorne metode bore se protiv vrućine na svojim teritorijima. Rani oblik rashladnog sustava, "vjetrohvat", izumljen je prije mnogo tisuća godina u Perziji (Iran). Bio je to sustav vjetrenjača na krovu koji je hvatao vjetar, propuštao ga kroz vodu i puhao ohlađeni zrak u unutarnji prostori. Značajno je da su mnoge od tih zgrada imale i dvorišta s velikim zalihama vode, pa ako nije bilo vjetra, onda je prirodni proces isparavanja vode vrući zrak, dižući se prema gore, ispario je vodu u dvorištu, nakon čega je već ohlađeni zrak prošao kroz zgradu. Iran je danas hvatače vjetra zamijenio evaporativnim hladnjacima i široko ih koristi, a tržište, zbog suhe klime, doseže promet od 150.000 isparivača godišnje.

U SAD-u je evaporativni hladnjak bio predmet brojnih patenata u dvadesetom stoljeću. Mnogi od njih, počevši od 1906. godine, predlagali su korištenje drvenih strugotina kao podloge za prijenos veliki broj voda u dodiru s pokretnim zrakom i održavanje intenzivnog isparavanja. Standardni dizajn, kao što je prikazano u patentu iz 1945., uključuje spremnik za vodu (obično opremljen plovnim ventilom za podešavanje razine), pumpu za cirkuliranje vode kroz jastučiće od drvne sječke i ventilator za puhanje zraka kroz jastučiće u stambene prostore. Ovaj dizajn i materijali i dalje su glavni dio tehnologije hladnjaka s isparavanjem u jugozapadnim Sjedinjenim Državama. U ovoj regiji dodatno se koriste za povećanje vlažnosti.

Hlađenje isparavanjem bilo je uobičajeno u zrakoplovnim motorima 1930-ih, poput motora za zračni brod Beardmore Tornado. Ovaj sustav je korišten za smanjenje ili potpuno uklanjanje radijatora, koji bi inače stvarao značajne aerodinamički otpor. U tim se sustavima voda u motoru održavala pod tlakom pomoću pumpi, što joj je omogućilo zagrijavanje na temperaturu veću od 100°C, budući da stvarna točka vrenja ovisi o tlaku. Pregrijana voda je raspršen kroz mlaznicu na otvorenu cijev, gdje je trenutno ispario, primajući svoju toplinu. Te se cijevi mogu nalaziti ispod površine zrakoplova kako bi stvorile nulti otpor.

Na neka su vozila ugrađene vanjske jedinice za hlađenje isparavanjem za hlađenje unutrašnjosti. Često su se prodavale kao dodatna oprema. Upotreba uređaja za hlađenje isparavanjem u automobilima nastavila se sve dok klima uređaj s kompresijom pare nije postao raširen.

Hlađenje isparavanjem drugačiji je princip od rashladnih jedinica s kompresijom pare, iako i one zahtijevaju isparavanje (isparavanje je dio sustava). U ciklusu kompresije pare, nakon što rashladno sredstvo ispari unutar zavojnice isparivača, rashladni plin se komprimira i hladi, kondenzirajući se pod pritiskom u tekuće stanje. Za razliku od ovog ciklusa, u evaporativnom hladnjaku voda isparava samo jednom. Isparena voda u rashladnom uređaju ispušta se u prostor s ohlađenim zrakom. U rashladnom tornju isparenu vodu odnosi strujanje zraka.

Primjene hlađenja isparavanjem

Postoji izravno, koso i dvostupanjsko hlađenje zrakom isparavanjem (izravno i neizravno). Izravno hlađenje zrakom isparavanjem temelji se na izentalpijskom procesu i koristi se u klima uređajima tijekom hladne sezone; V toplo vrijeme moguće je samo u odsutnosti ili neznatnom oslobađanju vlage u prostoriji i niskoj vlažnosti vanjskog zraka. Zaobilaženje komore za navodnjavanje donekle proširuje opseg njegove primjene.

Izravno hlađenje zraka isparavanjem preporučljivo je u suhim i vrućim klimama u sustavu dovodne ventilacije.

Indirektno hlađenje zraka isparavanjem provodi se u površinskim hladnjacima zraka. Za hlađenje vode koja cirkulira u površinskom izmjenjivaču topline koristi se pomoćni kontaktni uređaj (rashladni toranj). Za neizravno hlađenje zraka isparavanjem možete koristiti uređaje kombiniranog tipa, u kojima izmjenjivač topline istovremeno obavlja obje funkcije - grijanje i hlađenje. Takvi uređaji slični su zračnim rekuperacijskim izmjenjivačima topline.

Ohlađeni zrak prolazi kroz jednu grupu kanala, unutarnja površina druga grupa se navodnjava vodom koja teče u posudu i zatim se ponovno prska. U kontaktu s ispušnim zrakom koji prolazi u drugoj skupini kanala dolazi do hlađenja vode isparavanjem, pri čemu se zrak u prvoj skupini kanala hladi. Neizravno hlađenje zrakom isparavanjem omogućuje smanjenje učinka klimatizacijskog sustava u usporedbi s njegovim djelovanjem s izravnim hlađenjem zrakom isparavanjem i proširuje mogućnosti korištenja ovog principa, jer Sadržaj vlage dovod zraka u drugom slučaju manje.

S dvostupanjskim hlađenjem isparavanjem klima uređaji koriste sekvencijalno neizravno i izravno evaporativno hlađenje zraka u klima uređaju. U ovom slučaju, instalacija za neizravno hlađenje zrakom isparavanjem dopunjena je komorom s mlaznicom za navodnjavanje koja radi u načinu izravnog hlađenja isparavanjem. Tipične komore mlaznica za raspršivanje koriste se u sustavima zračnog hlađenja isparavanjem kao rashladni tornjevi. Uz jednostupanjsko indirektno hlađenje zrakom isparavanjem, moguće je i višestupanjsko hlađenje zrakom kod kojeg se provodi dublje hlađenje zrakom - to je tzv. beskompresorski sustav klimatizacije.

Izravno hlađenje isparavanjem (otvoreni ciklus) koristi se za smanjenje temperature zraka za određena toplina isparavanje, mijenjanje tekućeg stanja vode u plinovito. Pritom se energija u zraku ne mijenja. Suhi, topli zrak zamjenjuje se hladnim i vlažnim zrakom. Toplina vanjskog zraka koristi se za isparavanje vode.

Neizravno hlađenje isparavanjem (zatvorena petlja) proces je sličan izravnom hlađenju isparavanjem, ali koristi posebnu vrstu izmjenjivača topline. U tom slučaju vlažan, ohlađeni zrak ne dolazi u dodir s klimatiziranom okolinom.

Dvostupanjsko hlađenje isparavanjem, ili neizravno/izravno.

Tradicionalni evaporativni hladnjaci koriste samo djelić energije potrebne rashladnim jedinicama s kompresijom pare ili adsorpcijskim klimatizacijskim sustavima. Nažalost, oni povećavaju vlažnost zraka do neugodnih razina (osim u vrlo suhim klimama). Dvostupanjski evaporativni hladnjaci ne povećavaju razinu vlažnosti toliko koliko standardni jednostupanjski evaporativni hladnjaci.

U prvom stupnju dvostupanjskog hladnjaka topli se zrak hladi neizravno bez povećanja vlažnosti (prolaskom kroz izmjenjivač topline hlađen vanjskim isparavanjem). U izravnom stupnju, prethodno ohlađeni zrak prolazi kroz jastučić natopljen vodom, gdje se dodatno hladi i postaje vlažniji. Budući da proces uključuje prvu fazu prethodnog hlađenja, faza izravnog isparavanja zahtijeva manje vlage za postizanje potrebnih temperatura. Kao rezultat toga, prema proizvođačima, proces hladi zrak s relativnom vlagom u rasponu od 50 do 70%, ovisno o klimi. Za usporedbu, tradicionalni sustavi hlađenja povećavaju vlažnost zraka na 70 - 80%.

Svrha

Pri projektiranju središnje sustav opskrbe ventilacije, moguće je dovod zraka opremiti dijelom za isparavanje i time značajno smanjiti troškove hlađenja zraka u toplo razdoblje godine.

U hladnim i prijelaznim razdobljima godine, kada se zrak zagrijava dovodnim grijačima ventilacijskih sustava ili unutarnji zrak sustavima grijanja, dolazi do zagrijavanja zraka i povećanja njegove fizičke sposobnosti asimilacije (upijanja), a s porastom temperature i vlage. Ili, što je viša temperatura zraka, to više vlage može usvojiti. Na primjer, kada se vanjski zrak grije pomoću grijača pomoću ventilacijskog sustava s temperature od -22 0 C i vlažnosti od 86% (parametar vanjskog zraka za HP u Kijevu), na +20 0 C - vlažnost pada ispod granične granice za biološke organizme na neprihvatljivih 5-8% vlažnosti zraka. Niska vlažnost zraka zrak - negativno utječe na kožu i sluznicu ljudi, posebno onih s astmom ili plućnim bolestima. Normirana vlažnost zraka za stambene i upravne prostore: od 30 do 60%.

Hlađenje zraka isparavanjem prati oslobađanje vlage ili povećanje vlažnosti zraka, do visokog zasićenja vlage zraka od 60-70%.

Prednosti

Količina isparavanja - a time i prijenos topline - ovisi o vanjskoj temperaturi mokrog termometra koja je, posebno ljeti, puno niža od ekvivalentne temperature suhog termometra. Na primjer, u vrućim ljetnim danima kada temperatura suhog termometra prelazi 40°C, hlađenje isparavanjem može ohladiti vodu na 25°C ili ohladiti zrak.
Budući da se isparavanjem uklanja mnogo više topline od standardnog fizičkog prijenosa topline, prijenos topline koristi četiri puta manji protok zraka od konvencionalnih metoda hlađenja zrakom, čime se štedi značajna količina energije.

Hlađenje isparavanjem naspram tradicionalnih metoda klimatizacije Za razliku od drugih vrsta klimatizacije, hlađenje zraka isparavanjem (bio-hlađenje) ne koristi štetne plinove (freon i dr.) kao rashladna sredstva koja su štetna za okoliš. Također troši manje električne energije, čime se štedi energija, Prirodni resursi i do 80% operativnih troškova u usporedbi s drugim klimatizacijskim sustavima.

Mane

Niska učinkovitost u vlažnim klimatskim uvjetima.
Povećanje vlažnosti zraka, koje je u nekim slučajevima nepoželjno, dovodi do dvostupanjskog isparavanja, pri čemu zrak nema kontakta i nije zasićen vlagom.

Princip rada (opcija 1)

Proces hlađenja odvija se zahvaljujući bliskom kontaktu vode i zraka, te prijenosu topline u zrak isparavanjem male količine vode. Toplina se tada rasipa kroz topli i vlagom zasićeni zrak koji izlazi iz jedinice.

Princip rada (opcija 2) - ugradnja na dovod zraka

Jedinice za hlađenje isparavanjem

postojati Različite vrste instalacije za hlađenje isparavanjem, ali svi imaju:
- dio za izmjenu topline ili prijenos topline, stalno vlažen vodom navodnjavanjem,
- ventilatorski sustav za prisilnu cirkulaciju vanjskog zraka kroz dionicu za izmjenu topline,

U modernoj tehnologiji kontrole klime velika se pažnja posvećuje energetskoj učinkovitosti opreme. To objašnjava povećanje U zadnje vrijeme interes za sustave evaporativnog hlađenja vodom temeljene na neizravnim izmjenjivačima topline isparavanjem (indirektni evaporativni sustavi hlađenja). Sustavi hlađenja isparavanjem vode mogu biti učinkovito rješenje za mnoge regije naše zemlje, čiju klimu karakterizira relativno niska vlažnost zraka. Voda kao rashladno sredstvo je jedinstveno – ima veliki toplinski kapacitet i latentnu toplinu isparavanja, bezopasna je i dostupna. Osim toga, voda je dobro proučena, što omogućuje prilično točno predviđanje njenog ponašanja u različitim tehničkim sustavima.

Značajke rashladnih sustava s neizravnim evaporativnim izmjenjivačima topline

Glavna značajka a prednost neizravnih evaporativnih sustava je mogućnost hlađenja zraka na temperaturu ispod temperature vlažnog termometra. Dakle, tehnologija konvencionalnog hlađenja isparavanjem (u adijabatskim ovlaživačima), kada se voda ubrizgava u struju zraka, ne samo da snižava temperaturu zraka, već i povećava njegovu vlažnost. U ovom slučaju procesna linija na I d-dijagramu vlažnog zraka slijedi adijabatski put, a minimalna moguća temperatura odgovara točki “2” (slika 1).

U neizravnim sustavima isparavanja, zrak se može ohladiti do točke “3” (slika 1). Proces na dijagramu u ovom slučaju ide okomito prema dolje duž linije konstantnog sadržaja vlage. Kao rezultat, rezultirajuća temperatura je niža, a sadržaj vlage u zraku se ne povećava (ostaje konstantan).

Osim toga, sustavi za isparavanje vode imaju sljedeće pozitivne osobine:

  • Mogućnost kombinirane proizvodnje ohlađenog zraka i hladne vode.
  • Mala potrošnja energije. Glavni potrošači električne energije su ventilatori i vodene pumpe.
  • Visoka pouzdanost zbog odsutnosti složenih strojeva i upotrebe neagresivne radne tekućine - vode.
  • Ekološki prihvatljiv: niske razine buke i vibracija, neagresivna radna tekućina, niska opasnost za okoliš industrijska proizvodnja sustava zbog male složenosti proizvodnje.
  • Jednostavnost oblikovati i relativno niska cijena povezan s nedostatkom strogih zahtjeva za nepropusnost sustava i njegovih pojedinačnih komponenti, nepostojanje složenih i skupih strojeva ( rashladni kompresori), niske prekomjerne tlakove u ciklusu, nisku potrošnju metala i mogućnost široke uporabe plastike.

Sustavi hlađenja koji koriste efekt apsorpcije topline tijekom isparavanja vode poznati su jako dugo. Međutim, trenutno sustavi hlađenja isparavanjem vode nisu dovoljno rašireni. Gotovo cijela niša industrijske i kućanskih sustava hlađenje u području umjerenih temperatura ispunjeno je sustavima kompresije pare rashladnog sredstva.

Ova situacija je očito povezana s problemima u radu sustava za isparavanje vode kada negativne temperature te njihovu neprikladnost za rad pri visokoj relativnoj vlažnosti vanjskog zraka. Na to je također utjecala činjenica da su glavni uređaji takvih sustava (rashladni tornjevi, izmjenjivači topline), koji su se prethodno koristili, imali velike dimenzije, težinu i druge nedostatke povezane s radom u uvjetima visoke vlažnosti. Osim toga, zahtijevali su sustav za pročišćavanje vode.

Međutim, danas su, zahvaljujući tehnološkom napretku, vrlo učinkoviti i kompaktni rashladni tornjevi postali široko rasprostranjeni, sposobni hladiti vodu do temperatura koje se samo 0,8 ... 1,0 °C razlikuju od temperature vlažnog termometra protoka zraka koji ulazi u rashladni toranj .

Ovdje vrijedi posebno istaknuti rashladne tornjeve poduzeća Muntes i SRH-Lauer. Tako niska temperaturna razlika postignuta je uglavnom zahvaljujući originalni dizajn mlaznice rashladnog tornja s jedinstvenim svojstvima - dobra sposobnost vlaženja, proizvodnost, kompaktnost.

Opis neizravnog sustava hlađenja isparavanjem

U neizravnom sustavu hlađenja isparavanjem, atmosferski zrak iz okoliš s parametrima koji odgovaraju točki "0" (slika 4), pumpa se u sustav pomoću ventilatora i hladi na konstantan sadržaj vlage u neizravnom isparljivom izmjenjivaču topline.

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

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

Istodobno se voda dovodi u pomoćne protočne kanale. Smisao dovoda vode je „usporiti“ porast temperature zraka zbog njegovog paralelnog ovlaživanja: kao što je poznato, ista promjena toplinske energije može se postići ili samo promjenom temperature ili istovremenom promjenom temperature i vlage. Stoga, kada se pomoćni protok ovlaži, ista izmjena topline postiže se manjom temperaturnom promjenom.

U neizravnim izmjenjivačima topline za isparavanje drugog tipa (slika 3), pomoćni tok nije usmjeren na izmjenjivač topline, već u rashladni toranj, gdje hladi vodu koja cirkulira kroz neizravni izmjenjivač topline za isparavanje: voda se zagrijava u njemu zbog glavnog toka i hlađen u rashladnom tornju zbog pomoćnog. Voda se kreće duž kruga pomoću cirkulacijske pumpe.

Proračun neizravnog evaporativnog izmjenjivača topline

Kako bi se izračunao ciklus neizravnog sustava za hlađenje isparavanjem s cirkulacijskom vodom, potrebni su sljedeći početni podaci:
  • φ os — relativna vlažnost okolnog zraka, %;
  • t os - temperatura okolnog zraka, ° C;
  • ∆t x - temperaturna razlika na hladnom kraju izmjenjivača topline, ° C;
  • ∆t m - temperaturna razlika na toplom kraju izmjenjivača topline, ° C;
  • ∆t wgr - razlika između temperature vode koja napušta rashladni toranj i temperature zraka koji mu se dovodi prema mokrom termometru, ° C;
  • ∆t min - minimalna temperaturna razlika (temperaturna razlika) između protoka u rashladnom tornju (∆t min<∆t wгр), ° С;
  • G r — maseni protok zraka potreban potrošaču, kg/s;
  • η in — učinkovitost ventilatora;
  • ∆P in - gubitak tlaka u uređajima i vodovima sustava (potrebni tlak ventilatora), Pa.

Metodologija izračuna temelji se na sljedećim pretpostavkama:

  • Pretpostavlja se da su procesi prijenosa topline i mase ravnotežni,
  • Nema vanjskih dotoka topline u svim područjima sustava,
  • Tlak zraka u sustavu jednak je atmosferskom tlaku (lokalne promjene tlaka zraka zbog njegovog upuhivanja ventilatorom ili prolaska kroz aerodinamički otpor su zanemarive, što omogućuje korištenje I d dijagrama vlažnog zraka za atmosferski tlak kroz cijeli proračun sustava).

Postupak inženjerskog proračuna razmatranog sustava je sljedeći (slika 4):

1. Pomoću I d dijagrama ili pomoću programa za proračun vlažnog zraka određuju se dodatni parametri okolnog zraka (točka “0” na sl. 4): specifična entalpija zraka i 0, J/kg i sadržaj vlage d 0 , kg/kg.
2. Povećanje specifične entalpije zraka u ventilatoru (J/kg) ovisi o vrsti ventilatora. Ako motor ventilatora nije puhan (hlađen) glavnim protokom zraka, tada:

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

Gdje:
η dv — učinkovitost elektromotora;
ρ 0 — gustoća zraka na ulazu u ventilator, kg/m 3

Gdje:
B 0 - barometarski tlak okoline, Pa;
R in je plinska konstanta zraka, jednaka 287 J/(kg.K).

3. Specifična entalpija zraka iza ventilatora (točka “1”), J/kg.

i 1 = i 0 +∆i in; (3)

Budući da se proces “0-1” odvija pri konstantnom sadržaju vlage (d 1 =d 0 =const), tada pomoću poznatih φ 0, t 0, i 0, i 1 određujemo temperaturu zraka t1 nakon ventilatora (točka “1”).

4. Rosište okolnog zraka t dew, °C, određuje se iz poznatog φ 0, t 0.

5. Psihrometrijska temperaturna razlika glavnog protoka zraka na izlazu iz izmjenjivača topline (točka “2”) ∆t 2-4, °C

∆t 2-4 =∆t x +∆t wgr; (4)

Gdje:
∆t x se dodjeljuje na temelju specifičnih radnih uvjeta u rasponu ~ (0,5…5,0), °C. Treba imati na umu da će male vrijednosti ∆t x podrazumijevati relativno velike dimenzije izmjenjivača topline. Za osiguranje malih vrijednosti ∆t x potrebno je koristiti visoko učinkovite površine za prijenos topline;

∆t wgr je odabran u rasponu (0,8…3,0), °C; Niže vrijednosti ∆t wgr treba uzeti ako je potrebno postići minimalnu moguću temperaturu hladne vode u rashladnom tornju.

6. Prihvaćamo da se proces ovlaživanja pomoćnog strujanja zraka u rashladnom tornju iz stanja “2-4”, s dovoljnom točnošću za inženjerske proračune, odvija po liniji i 2 =i 4 =const.

U ovom slučaju, znajući vrijednost ∆t 2-4, određujemo temperature t 2 i t 4, točke “2” odnosno “4”, °C. Da bismo to učinili, pronaći ćemo liniju i=const tako da između točke “2” i točke “4” temperaturna razlika bude pronađena ∆t 2-4. Točka “2” nalazi se na sjecištu pravaca i 2 =i 4 =const i konstantnog sadržaja vlage d 2 =d 1 =d OS. Točka “4” nalazi se na sjecištu pravca i 2 =i 4 =const i krivulje φ 4 = 100% relativne vlažnosti.

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

7. Odredite t 1w - temperaturu vode na izlazu iz rashladnog tornja, u točki “1w”, °C. U izračunima možemo zanemariti zagrijavanje vode u crpki, stoga će na ulazu u izmjenjivač topline (točka “1w’”) voda imati istu temperaturu t 1w

t 1w =t 4 +.∆t wgr; (5)

8. t 2w - temperatura vode nakon izmjenjivača topline na ulazu u rashladni toranj (točka “2w”), °C

t 2w =t 1 -.∆t m; (6)

9. Temperatura zraka koji se ispušta iz rashladnog tornja u okolinu (točka “5”) t 5 određuje se grafičko-analitičkom metodom pomoću i d dijagrama (uz veliku pogodnost može se odrediti skup Q t i i t dijagrama korišteni, ali su rjeđi, stoga je u ovom i d dijagram korišten u izračunima). Navedena metoda je sljedeća (slika 5):

  • točka "1w", koja karakterizira stanje vode na ulazu u izmjenjivač topline neizravnog isparavanja, sa specifičnom vrijednošću entalpije točke "4" nalazi se na izotermi t 1w, odvojena od izoterme t 4 na udaljenosti ∆t wgr .
  • Iz točke “1w” duž izentalpa crtamo segment “1w - p” tako da je t p = t 1w - ∆t min.
  • Znajući da se proces zagrijavanja zraka u rashladnom tornju odvija pri φ = const = 100%, konstruiramo tangentu na φ pr = 1 iz točke “p” i dobijemo tangentu “k”.
  • Od točke dodira “k” duž izentalpe (adijabatske, i=const) crtamo segment “k - n” tako da je t n = t k + ∆t min. Time je osigurana (zadana) minimalna temperaturna razlika između ohlađene vode i pomoćnog zraka u rashladnom tornju. Ova temperaturna razlika jamči rad rashladnog tornja u projektiranom načinu rada.
  • Povlačimo ravnu liniju od točke “1w” kroz točku “n” dok se ne siječe s pravom linijom t=const= t 2w. Dobivamo točku "2w".
  • Iz točke “2w” povlačimo ravnu liniju i=const dok se ne siječe s φ pr =const=100%. Dobivamo točku "5", koja karakterizira stanje zraka na izlazu iz rashladnog tornja.
  • Pomoću dijagrama određujemo željenu temperaturu t5 i ostale parametre točke "5".

10. Sastavljamo sustav jednadžbi za pronalaženje nepoznatih masenih protoka zraka i vode. Toplinsko opterećenje rashladnog tornja pomoćnim protokom zraka, W:

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

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

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

Toplinsko opterećenje izmjenjivača topline duž glavnog protoka zraka, W:

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

Toplinsko opterećenje izmjenjivača topline protokom vode, W:

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

Materijalna ravnoteža protokom zraka:

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

Toplinska bilanca za rashladni toranj:

Q gr =Q wgr; (12)

Toplinska bilanca izmjenjivača topline kao cjeline (količina topline prenesena svakim protokom je ista):

Q wmo = Q mo; (13)

Kombinirana toplinska ravnoteža rashladnog tornja i vodenog izmjenjivača topline:

Q wgr = Q wmo; (14)

11. Zajedničkim rješavanjem jednadžbi od (7) do (14) dobivamo sljedeće ovisnosti:
maseni protok zraka uz pomoćni protok, kg/s:

maseni protok zraka duž glavnog protoka zraka, kg/s:

G o = G p; (16)

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

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

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

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

N in =G o ∆i in; (19)

Time su pronađeni svi parametri potrebni za konstrukcijski proračun elemenata neizravnog sustava zračnog hlađenja isparavanjem.

Imajte na umu da se radni tok ohlađenog zraka koji se dovodi do potrošača (točka “2”) može dodatno ohladiti, na primjer, adijabatskim ovlaživanjem ili nekom drugom metodom. Kao primjer na Sl. 4 označava točku "3*", koja odgovara adijabatskom ovlaživanju. U ovom slučaju, točke "3*" i "4" se podudaraju (slika 4).

Praktični aspekti neizravnih sustava za hlađenje isparavanjem

Na temelju prakse proračuna neizravnih evaporativnih rashladnih sustava, treba napomenuti da je u pravilu pomoćni protok 30-70% glavnog protoka i ovisi o potencijalnoj rashladnoj sposobnosti zraka koji se dovodi u sustav.

Usporedimo li hlađenje adijabatskim i neizravnim metodama isparavanja, tada se iz I d-dijagrama može vidjeti da se u prvom slučaju zrak s temperaturom od 28 ° C i relativnom vlagom od 45% može ohladiti na 19,5 ° C , dok u drugom slučaju - do 15°C (slika 6).

"Pseudo-indirektno" isparavanje

Kao što je gore spomenuto, neizravni sustav hlađenja isparavanjem može postići niže temperature od tradicionalnog adijabatskog sustava ovlaživanja. Također je važno naglasiti da se sadržaj vlage željenog zraka ne mijenja. Slične prednosti u usporedbi s adijabatskim ovlaživanjem mogu se postići uvođenjem pomoćnog protoka zraka.

Trenutno postoji nekoliko praktičnih primjena neizravnih sustava hlađenja isparavanjem. Međutim, pojavili su se uređaji sličnog, ali malo drugačijeg principa rada: izmjenjivači topline zrak-zrak s adijabatskim ovlaživanjem vanjskog zraka (sustavi "pseudoindirektnog" isparavanja, gdje drugi tok u izmjenjivaču topline nije neki ovlaženi dio glavnog protoka, ali drugi, potpuno neovisni krug).

Takvi se uređaji koriste u sustavima s velikom količinom recirkuliranog zraka koji treba hladiti: u klimatizacijskim sustavima za vlakove, gledalištima raznih namjena, centrima za obradu podataka i drugim objektima.

Svrha njihove implementacije je maksimalno smanjiti vrijeme 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 recirkulirani sobni zrak hladi vanjskim zrakom.

Za veću učinkovitost uređaja, vanjski zrak je prethodno ovlažen. U složenijim sustavima ovlaživanje se također provodi tijekom procesa izmjene topline (ubrizgavanje vode u kanale izmjenjivača topline), što dodatno povećava njegovu učinkovitost.

Zahvaljujući korištenju ovakvih rješenja trenutna potrošnja energije klimatizacijskog sustava smanjena je do 80%. Godišnja potrošnja energije ovisi o klimatskom području rada sustava, u prosjeku se smanjuje za 30-60%.

Yuri Khomutski, tehnički urednik časopisa Climate World

U članku se koristi metodologija MSTU-a. N. E. Bauman za proračun neizravnog sustava hlađenja isparavanjem.

Savez sovjeta

Socijalista

Republike

Državni odbor

SSSR za izume i otkrića (53) UDK 629. 113. .06.628.83 (088.8) (72) Autori izuma

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

Građevinski institut u Odesi (71) Podnositelj (54) DVOSTUPANJSKI ISPARIVAČKI KLIMA UREĐAJ

HLAĐENJE ZA VOZILA

Izum se odnosi na područje transportnog strojarstva i može se koristiti za klimatizaciju vozila.

Poznati su klima uređaji za vozila koji sadrže mlaznicu isparivača sa zračnim prorezom čiji su kanali za zrak i vodu međusobno odvojeni stijenkama od mikroporoznih ploča, dok je donji dio mlaznice uronjen u posudu s tekućinom (1).

Nedostatak ovog klima uređaja je niska učinkovitost hlađenja zraka.

Najbliže tehničko rješenje izumu je dvostupanjski isparivački rashladni klima uređaj za vozilo, koji sadrži izmjenjivač topline, posudu s tekućinom u koju je uronjena mlaznica, komoru za hlađenje tekućine koja ulazi u izmjenjivač topline s elementima za dop. hlađenje tekućine, te kanal za dovod zraka iz vanjskog okruženja u komoru, napravljen sužavajući se prema ulazu u komoru (2

U ovom kompresoru elementi za dodatno hlađenje zraka izrađeni su u obliku mlaznica.

Međutim, učinkovitost hlađenja u ovom kompresoru također je nedovoljna, budući da je granica hlađenja zraka u ovom slučaju temperatura mokrog termometra pomoćnog strujanja zraka u posudi.

10 Osim toga, poznati klima uređaj je konstrukcijski složen i sadrži duple komponente (dvije pumpe, dva spremnika).

Svrha izuma je povećanje stupnja učinkovitosti hlađenja i kompaktnosti uređaja.

Cilj se postiže činjenicom da su u predloženom klimatizacijskom uređaju elementi za dodatno hlađenje izrađeni u obliku pregrade za izmjenu topline postavljene okomito i pričvršćene na jednu od stijenki komore s formiranjem razmaka između nje i stijenke komore. nasuprot njemu, i

25, sa strane jedne od ploha pregrade nalazi se rezervoar sa tekućinom koja teče niz navedenu plohu pregrade, dok su komora i tacna izrađeni u jednom komadu.

Mlaznica je izrađena u obliku bloka od kapilarno-poroznog materijala.

Na sl. 1 prikazuje shematski dijagram klima uređaja; Sl. 2 raeree A-A na sl. 1.

Klima uređaj se sastoji od dva stupnja hlađenja zraka: prvi stupanj je hlađenje zraka u izmjenjivaču topline 1, drugi stupanj je hlađenje u mlaznici 2 koja je izrađena u obliku bloka od kapilarno-poroznog materijala.

Ventilator 3 je instaliran ispred izmjenjivača topline, pogonjen tako da se vrti pomoću elektromotora 4 °. Za cirkulaciju vode u izmjenjivaču topline, pumpa za vodu 5 postavljena je koaksijalno s elektromotorom, opskrbljujući vodom kroz cjevovode 6 i 7 iz komore 8 do spremnika 9 s tekućinom. Izmjenjivač topline 1 ugrađen je na ladicu 10 koja je sastavljena od komore

8. Kanal je uz izmjenjivač topline

11 za dovod zraka iz vanjske sredine, dok je kanal izveden planski sužen u smjeru prema ulazu 12 zračne šupljine.

13 komora 8. Unutar komore su smješteni elementi za dodatno hlađenje zrakom. Izrađene su u obliku pregrade za izmjenu topline 14, smještene okomito i pričvršćene na zid 15 komore, nasuprot zidu 16, u odnosu na koji se pregrada nalazi s razmakom. Pregrada dijeli komoru u dvije međusobno povezane šupljine 17 i 18.

Komora ima prozor 19, u koji je ugrađen eliminator kapanja 20, au posudi je napravljen otvor 21. Kada klima uređaj radi, ventilator 3 pokreće ukupni protok zraka kroz izmjenjivač topline 1. U ovom slučaju , ukupni protok zraka L se hladi, a jedan njegov dio je glavni protok L

Zbog izvedbe kanala 11 sužava se prema ulaznom otvoru 12! šupljine 13, protok se povećava, a vanjski zrak se usisava u raspor formiran između spomenutog kanala i ulaznog otvora, čime se povećava masa pomoćnog protoka. Ovaj protok ulazi u šupljinu 17. Zatim ovaj protok zraka, obilazeći pregradu 14, ulazi u šupljinu komore 18, gdje se kreće u suprotnom smjeru od svog kretanja u šupljini 17. U šupljini 17, film 22 tekućine teče niz pregradu prema kretanju protoka zraka - vode iz spremnika 9.

Kada protok zraka i voda dođu u kontakt, kao rezultat efekta isparavanja, toplina iz šupljine 17 prenosi se kroz pregradu 14 na vodeni film 22, potičući njegovo dodatno isparavanje. Nakon toga, protok zraka s nižom temperaturom ulazi u šupljinu 18. To pak dovodi do još većeg pada temperature pregrade 14, što uzrokuje dodatno hlađenje protoka zraka u šupljini 17. Posljedično, temperatura protoka zraka će se ponovno smanjiti nakon što obiđe pregradu i uđe u šupljina

18. Teoretski, proces hlađenja će se nastaviti sve dok njegova pokretačka sila ne postane nula. U ovom slučaju, pokretačka sila procesa hlađenja isparavanjem je psihometrijska temperaturna razlika protoka zraka nakon njegove rotacije u odnosu na pregradu i kontakta s filmom vode u šupljini 18. Budući da je protok zraka prethodno ohlađen u šupljina 17 s konstantnim sadržajem vlage, psihrometrijska temperaturna razlika strujanja zraka u šupljini 18 teži nuli kako se približava točki rosišta. Stoga je granica vodenog hlađenja ovdje temperatura rosišta vanjskog zraka. Toplina iz vode ulazi u struju zraka u šupljini 18, dok se zrak zagrijava, ovlažuje i ispušta u atmosferu kroz prozor 19 i eliminator kapanja 20.

Tako je u komori 8 organizirano protustrujno kretanje medija za izmjenu topline, a razdjelna pregrada za izmjenu topline omogućuje indirektno predhlađenje protoka zraka koji se dovodi za rashladnu vodu uslijed procesa isparavanja vode. ohlađena voda teče duž pregrade do dna komore, a budući da je potonja u jednoj cjelini s pladnjem, odatle se pumpa u izmjenjivač topline 1, a također se troši na vlaženje mlaznice zbog intrakapilarnih sila.

Dakle, glavni tok zraka.L.„, koji je prethodno ohlađen bez promjena u sadržaju vlage u izmjenjivaču topline 1, dovodi se za daljnje hlađenje u mlaznicu 2. Ovdje, zbog izmjene topline i mase između navlažene površine mlaznice i glavnog protoka zraka, potonji se vlaži i hladi bez promjene sadržaja topline. Zatim, glavni protok zraka kroz otvor u posudi

59 da, hladi, ujedno hladi i pregradu. Ulazak u šupljinu

17 komore, protok zraka koji struji oko pregrade također se hladi, ali nema promjene u sadržaju vlage. Zahtjev

1. Dvostupanjski isparivački rashladni klima uređaj za vozilo, koji sadrži izmjenjivač topline, podspremnik s tekućinom u koji je uronjena mlaznica, komoru za hlađenje tekućine koja ulazi u izmjenjivač topline s elementima za dodatno hlađenje tekućine. , i kanal za dovod zraka iz vanjskog okruženja u komoru, napravljen sužavajući se u smjeru ulaza u komoru, tj. pri čemu su, radi povećanja stupnja učinkovitosti hlađenja i kompaktnosti kompresora, elementi za dodatno hlađenje zraka izrađeni u obliku pregrade za izmjenu topline postavljene okomito i postavljene na jednu od stijenki komore s formiranjem raspora. između nje i stijenke komore koja joj je nasuprot, a sa strane jedne od njih. Na površini pregrade ugrađen je spremnik tekućine koja teče niz navedenu površinu pregrade, a komora i tacna su izrađene kao jedna cjelina. .

Za servisiranje pojedinačnih malih prostorija ili njihovih skupina prikladni su lokalni klima uređaji s dvostupanjskim evaporativnim hlađenjem, koji se temelje na neizravnom evaporativnom hlađenju izmjenjivaču topline od aluminijskih kotrljajućih cijevi (slika 139). Zrak se pročišćava u filtru 1 i dovodi do ventilatora 2, nakon čijeg ispusnog otvora se dijeli na dva toka - glavni 3 i pomoćni 6. Pomoćni tok zraka prolazi unutar cijevi neizravnog izmjenjivača topline 14 za hlađenje isparavanjem i osigurava hlađenje isparavanjem vode koja teče niz unutarnje stijenke cijevi. Glavni protok zraka prolazi s rebraste strane cijevi izmjenjivača topline i prenosi toplinu kroz njihove stijenke vodi koja se hladi isparavanjem. Recirkulacija vode u izmjenjivaču topline provodi se pomoću pumpe 4, koja uzima vodu iz posude 5 i dovodi je za navodnjavanje kroz perforirane cijevi 15. Izmjenjivač topline neizravnog evaporativnog hlađenja ima ulogu prvog stupnja u kombiniranom dvostupanjskom evaporativnom hlađenju. klima uređaji.