Energie-efficiëntie in airconditioningsystemen die gebruik maken van verdampingskoeling. Tweetraps airconditioner met verdampingskoeling voor voertuigen Directe verdampingskoeling

Voor ruimtes met grote overschotten aan voelbare warmte, waar het noodzakelijk is om een ​​hoge luchtvochtigheid in de ruimte te handhaven, worden airconditioningsystemen gebruikt die gebruik maken van het principe van indirecte verdampingskoeling.

Het schema bestaat uit een systeem voor het verwerken van de hoofdluchtstroom en een verdampingskoelsysteem (Fig. 3.3. Fig. 3.4). Voor koelwater kunnen sproeikamers van airconditioners of andere contactapparaten, sproeibaden, koeltorens en andere worden gebruikt.

Water, gekoeld door verdamping in de luchtstroom, met temperatuur, komt de oppervlaktewarmtewisselaar binnen - de luchtkoeler van de airconditioner van het hoofdluchtkanaal, waar de lucht van toestand verandert van waarden naar waarden \u200b \u200b(t.), De watertemperatuur stijgt naar. Het verwarmde water komt het contactapparaat binnen, waar het door verdamping tot een bepaalde temperatuur wordt gekoeld en de cyclus opnieuw wordt herhaald. De lucht die door het contactapparaat gaat, verandert zijn toestand van parameters naar parameters (d.w.z.). De toevoerlucht, die warmte en vocht absorbeert, verandert zijn parameters in de toestand van t., en vervolgens in de staat.

Afb.3.3. Schema van indirecte verdampingskoeling

1-warmtewisselaar-luchtkoeler; 2-polig apparaat

Afb.3.4. diagram van indirecte verdampingskoeling

Lijn - directe verdampingskoeling.

Als er overtollige warmte in de kamer is, dan met indirect verdampingskoeling consumptie luchttoevoer zal zijn

met directe verdampingskoeling

Sinds >, dan<.

<), что позволяет расширить область возможного использования принципа испарительного охлаждения воздуха.

Uit een vergelijking van processen blijkt dat bij indirecte verdampingskoeling de prestatie van SCR lager is dan bij directe koeling. Bovendien is bij indirecte koeling het vochtgehalte van de toevoerlucht lager (<), что позволяет расширить область возможного использования принципа испарительного охлаждения воздуха.

In tegenstelling tot het afzonderlijke schema van indirecte verdampingskoeling zijn er apparaten van een gecombineerd type ontwikkeld (Fig. 3.5). Het apparaat omvat twee groepen afwisselende kanalen, gescheiden door wanden. De hulpluchtstroom loopt door kanaalgroep 1. Het water dat via de waterverdeelinrichting wordt aangevoerd, stroomt langs het oppervlak van de kanaalwanden. Er wordt een deel van het water aan het waterverdeelapparaat toegevoerd. Wanneer water verdampt, neemt de temperatuur van de hulpluchtstroom af (met een toename van het vochtgehalte) en koelt de kanaalwand ook af.

Om de koeldiepte van de hoofdluchtstroom te vergroten, zijn meertraps hoofdstroomverwerkingsschema's ontwikkeld, waarmee het theoretisch mogelijk is om de dauwpunttemperatuur te bereiken (Fig. 3.7).

De installatie bestaat uit een airconditioning en een koeltoren. In de airconditioner wordt indirecte en directe isoenthalpische koeling van de lucht in de onderhouden gebouwen uitgevoerd.

De koeltoren koelt door verdamping het water af dat de oppervlakteluchtkoeler van de airconditioner voedt.

Rijst. 3.5. Schema van het apparaat van het gecombineerde apparaat voor indirecte verdampingskoeling: 1,2 - groep kanalen; 3- waterdistributieapparaat; 4-pallet

Rijst. 3.6. Schema van SCR tweetraps verdampingskoeling. 1-oppervlakte luchtkoeler; 2-irrigatiekamer; 3- koeltoren; 4-pomp; 5-bypass met luchtklep; 6-ventilator

Om de apparatuur voor verdampingskoeling te verenigen, kunnen sproeikamers van typische centrale airconditioners worden gebruikt in plaats van een koeltoren.

Buitenlucht komt de airconditioner binnen en wordt in de eerste koelfase (luchtkoeler) gekoeld met een constant vochtgehalte. De tweede fase van koeling is de irrigatiekamer die werkt in de isenthalpie-koelmodus. Het koelen van het water dat het oppervlak van de waterkoeler voedt, vindt plaats in de koeltoren. Het water in dit circuit wordt gecirculeerd door een pomp. Een koeltoren is een apparaat om water te koelen met atmosferische lucht. Afkoeling vindt plaats door de verdamping van een deel van het water dat door de sprinkler stroomt onder invloed van de zwaartekracht (verdamping van 1% van het water verlaagt de temperatuur met ongeveer 6).

Rijst. 3.7. diagram met tweetraps verdampingsmodus

koeling

De sproeikamer van de airconditioner is uitgerust met een bypasskanaal met een luchtklep of heeft een gereguleerd proces dat de lucht regelt die door de ventilator naar de serviceruimte wordt gestuurd.

In de moderne klimaattechnologie wordt veel aandacht besteed aan de energie-efficiëntie van apparatuur. Dit verklaart de recentelijk toegenomen belangstelling voor waterverdampingskoelsystemen op basis van indirecte verdampingswarmtewisselaars (indirecte verdampingskoelsystemen). Waterverdampingskoelsystemen kunnen een effectieve oplossing zijn voor veel regio's van ons land, waarvan het klimaat wordt gekenmerkt door een relatief lage luchtvochtigheid. Water als koelmiddel is uniek: het heeft een hoge warmtecapaciteit en latente verdampingswarmte, is onschadelijk en betaalbaar. Bovendien is water goed bestudeerd, waardoor het gedrag ervan in verschillende technische systemen nauwkeurig kan worden voorspeld.

Kenmerken van koelsystemen met indirecte verdampingswarmtewisselaars

Het belangrijkste kenmerk en voordeel van indirecte verdampingssystemen is het vermogen om de lucht af te koelen tot een temperatuur onder de natteboltemperatuur. De technologie van conventionele verdampingskoeling (in luchtbevochtigers van het adiabatische type), wanneer water in de luchtstroom wordt geïnjecteerd, verlaagt dus niet alleen de luchttemperatuur, maar verhoogt ook het vochtgehalte ervan. In dit geval loopt de proceslijn op het I d-diagram van vochtige lucht langs de adiabat en komt de laagst mogelijke temperatuur overeen met punt "2" (Fig. 1).

In indirecte verdampingssystemen kan de lucht worden gekoeld tot punt "3" (Fig. 1). Het proces in het diagram gaat in dit geval verticaal langs de lijn van constant vochtgehalte. Hierdoor is de resulterende temperatuur lager en neemt het vochtgehalte van de lucht niet toe (blijft constant).

Bovendien hebben waterverdampingssystemen de volgende positieve eigenschappen:

• Mogelijkheid tot gezamenlijke productie van gekoelde lucht en koud water.
• Klein stroomverbruik. De belangrijkste verbruikers van elektriciteit zijn ventilatoren en waterpompen.
• Hoge betrouwbaarheid door de afwezigheid van complexe machines en het gebruik van een niet-agressieve werkvloeistof: water.
• Milieuzuiverheid: laag geluids- en trillingsniveau, niet-agressieve werkvloeistof, laag milieurisico van de industriële productie van het systeem vanwege de lage arbeidsintensiteit van de productie.
• Eenvoud van ontwerp en relatief lage kosten in verband met het ontbreken van strikte eisen aan de dichtheid van het systeem en de afzonderlijke componenten ervan, de afwezigheid van complexe en dure machines (koelcompressoren), lage overdrukken in de cyclus, laag metaalverbruik en de mogelijkheid van het wijdverbreide gebruik van kunststoffen.

Koelsystemen die gebruik maken van het effect van warmteabsorptie tijdens de verdamping van water zijn al heel lang bekend. Op dit moment zijn waterverdampingskoelsystemen echter niet wijdverspreid genoeg. Bijna de hele niche van industriële en huishoudelijke koelsystemen in het gebied van gematigde temperaturen is gevuld met freon-dampcompressiesystemen.

Deze situatie houdt duidelijk verband met de problemen bij het werken van waterverdampingssystemen bij negatieve temperaturen en hun ongeschiktheid voor werken bij hoge relatieve vochtigheid van de buitenlucht. Het werd ook beïnvloed door het feit dat de belangrijkste apparaten van dergelijke systemen (koeltorens, warmtewisselaars), die eerder werden gebruikt, grote afmetingen, gewicht en andere nadelen hadden die verband hielden met gebruik in omstandigheden met hoge luchtvochtigheid. Bovendien hadden ze een waterbehandelingssysteem nodig.

Dankzij de technologische vooruitgang zijn tegenwoordig echter zeer efficiënte en compacte koeltorens wijdverspreid geworden, die water kunnen koelen tot temperaturen die slechts 0,8 ... 1,0 ° C verschillen van de natteboltemperatuur van de luchtstroom die de koeltoren binnenkomt.

Hier de koeltorens van de bedrijven Muntes en SRH-Lauer. Een dergelijk klein temperatuurverschil werd voornamelijk bereikt dankzij het oorspronkelijke ontwerp van de koeltorenpakking, die unieke eigenschappen heeft: goede bevochtigbaarheid, produceerbaarheid en compactheid.

Beschrijving van het indirecte verdampingskoelsysteem

In het indirecte verdampingskoelsysteem wordt atmosferische lucht uit de omgeving met parameters die overeenkomen met het “0”-punt (Fig. 4) door een ventilator het systeem binnengedrongen en bij een constant vochtgehalte gekoeld in een indirecte verdampingswarmtewisselaar.

Na de warmtewisselaar wordt de hoofdluchtstroom in tweeën verdeeld: hulp- en werkstroom, gericht op de consument.

De hulpstroom speelt tegelijkertijd de rol van zowel een koelere als een gekoelde stroom - na de warmtewisselaar wordt deze teruggeleid naar de hoofdstroom (Fig. 2).

In dit geval wordt water aan de hulpstroomkanalen toegevoerd. De betekenis van watervoorziening is het “vertragen” van de stijging van de luchttemperatuur als gevolg van de parallelle bevochtiging: zoals u weet kan dezelfde verandering in thermische energie worden bereikt door alleen de temperatuur te veranderen, en door tegelijkertijd de temperatuur en vochtigheid te veranderen. tijd. Wanneer de hulpstroom wordt bevochtigd, wordt daarom dezelfde warmte-uitwisseling bereikt met een kleinere temperatuurverandering.

Bij indirecte verdampingswarmtewisselaars van een ander type (Fig. 3) wordt de hulpstroom niet naar de warmtewisselaar geleid, maar naar de koeltoren, waar hij het water afkoelt dat door de indirecte verdampingswarmtewisselaar circuleert: het water wordt daarin verwarmd door de hoofdstroom en koeling in de koeltoren door de hulpstroom. De beweging van water langs het circuit wordt uitgevoerd met behulp van een circulatiepomp.

Berekening van een indirecte verdampingswarmtewisselaar

Om de cyclus van een indirect verdampingskoelsysteem met circulerend water te berekenen, zijn de volgende invoergegevens nodig:

• φ os is de relatieve vochtigheid van de omgevingslucht, %;
• t os - omgevingsluchttemperatuur, ° С;
• ∆t x - temperatuurverschil aan het koude uiteinde van de warmtewisselaar, ° С;
• ∆t m - temperatuurverschil aan het warme uiteinde van de warmtewisselaar, ° С;
• ∆t wgr is het verschil tussen de temperatuur van het water dat de koeltoren verlaat en de temperatuur van de lucht die eraan wordt toegevoerd, volgens een natte bol, ° С;
• ∆t min is het minimale temperatuurverschil (temperatuurverschil) tussen de stromen in de koeltoren (∆t min<∆t wгр), ° С;
• G p is de door de consument vereiste massale luchtstroom, kg/s;
• η in - ventilatorefficiëntie;
• ∆P in - drukverlies in de apparaten en leidingen van het systeem (vereiste ventilatordruk), Pa.

De berekeningsmethodiek is gebaseerd op de volgende aannames:

• Er wordt aangenomen dat de processen van warmte- en massaoverdracht evenwicht zijn,
• Er zijn geen externe warmte-instromen in alle delen van het systeem,
• De luchtdruk in het systeem is gelijk aan de atmosferische druk (lokale veranderingen in de luchtdruk als gevolg van de injectie door een ventilator of het passeren van aerodynamische weerstanden zijn verwaarloosbaar, waardoor het mogelijk is om bij de berekening van de atmosferische druk het Id-diagram van vochtige lucht te gebruiken. systeem).

De volgorde van de technische berekening van het beschouwde systeem is als volgt (Figuur 4):

1. Volgens het I d-diagram of met behulp van het programma voor het berekenen van vochtige lucht worden aanvullende parameters van de omgevingslucht bepaald (punt "0" in figuur 4): specifieke luchtenthalpie i 0, J / kg en vochtgehalte d 0 ,kg/kg.
2. De toename van de specifieke luchtenthalpie in de ventilator (J/kg) is afhankelijk van het type ventilator. Als de ventilatormotor niet door de hoofdluchtstroom wordt geblazen (niet gekoeld), dan:

Als het circuit een kanaalventilator gebruikt (wanneer de elektromotor wordt gekoeld door de hoofdluchtstroom), dan:

Waar:
η dv - efficiëntie van de elektromotor;
ρ 0 - luchtdichtheid bij de ventilatorinlaat, kg / m 3

Waar:
B 0 - barometrische druk van de omgeving, Pa;
R in - gasconstante van lucht, gelijk aan 287 J / (kg.K).

3. Specifieke luchtenthalpie na de ventilator (punt "1"), J/kg.

ik 1 \u003d ik 0 + ∆i in; (3)

Omdat het proces "0-1" plaatsvindt bij een constant vochtgehalte (d 1 \u003d d 0 \u003d const), bepalen we volgens de bekende φ 0, t 0, i 0, i 1 de luchttemperatuur t1 daarna de ventilator (punt "1").

4. Het dauwpunt van de omgevingslucht t groeide, ° С, wordt bepaald uit de bekende φ 0, t 0.

5. Psychrometrisch luchttemperatuurverschil van de hoofdstroom aan de uitlaat van de warmtewisselaar (punt "2") ∆t 2-4, °С

∆t 2-4 =∆t x +∆t wgr; (4)

Waar:
∆t x wordt toegewezen op basis van specifieke bedrijfsomstandigheden in het bereik ~ (0,5 ... 5,0), ° С. In dit geval moet er rekening mee worden gehouden dat kleine waarden van ∆t x relatief grote afmetingen van de warmtewisselaar met zich meebrengen. Om kleine waarden van ∆t x te garanderen, is het noodzakelijk om zeer efficiënte warmteoverdrachtsoppervlakken te gebruiken;

∆t wgr wordt geselecteerd in het bereik (0,8…3,0), °С; kleinere waarden van ∆t wgr moeten worden genomen als het nodig is om de laagst mogelijke temperatuur van koud water in de koeltoren te verkrijgen.

6. We aanvaarden dat het proces van het bevochtigen van de hulpluchtstroom in de koeltoren vanuit de toestand "2-4", met voldoende nauwkeurigheid voor technische berekeningen, langs de lijn i 2 =i 4 =const verloopt.

In dit geval bepalen we, als we de waarde van ∆t 2-4 kennen, de temperaturen t 2 en t 4, respectievelijk punten "2" en "4", °C. Om dit te doen, zullen we zo'n lijn i=const vinden, zodat tussen het punt "2" en het punt "4" het temperatuurverschil de gevonden ∆t 2-4 is. Punt "2" bevindt zich op het snijpunt van de lijnen i 2 =i 4 =const en constant vochtgehalte d 2 =d 1 =d OS. Punt "4" bevindt zich op het snijpunt van de lijn i 2 =i 4 =const en de curve φ 4 = 100% relatieve vochtigheid.

Met behulp van de bovenstaande diagrammen bepalen we dus de resterende parameters op de punten "2" en "4".

7. Bepaal t 1w — de temperatuur van het water aan de uitlaat van de koeltoren, op het punt "1w", °C. In de berekeningen kunnen we de verwarming van het water in de pomp verwaarlozen, daarom zal het water bij de inlaat van de warmtewisselaar (punt "1w '") dezelfde temperatuur t 1w hebben

t 1w \u003d t 4 +.∆t wgr; (5)

8. t 2w - watertemperatuur na de warmtewisselaar bij de inlaat van de koeltoren (punt "2w"), °С

t 2w \u003d t 1 -.∆t m; (6)

9. De temperatuur van de lucht die vanuit de koeltoren in de omgeving wordt afgevoerd (punt "5") t 5 wordt bepaald door de grafisch-analytische methode met behulp van het i d-diagram (met groot gemak een combinatie van Q t- en i t-diagrammen kunnen worden gebruikt, maar komen minder vaak voor, daarom is in dit ID-diagram bij de berekening gebruik gemaakt). Deze methode is als volgt (Fig. 5):

• punt "1w", dat de toestand van het water bij de inlaat van de indirecte verdampingswarmtewisselaar karakteriseert, waarbij de waarde van de specifieke enthalpie van punt "4" op de isotherm t 1w wordt geplaatst, op afstand van de isotherm t 4 op een afstand ∆ t wgr.
• Vanaf het punt "1w" langs de isenthalpe leggen we het segment "1w - p" opzij zodat t p \u003d t 1w - ∆t min.
• Wetende dat het proces van luchtverwarming in de koeltoren plaatsvindt volgens φ=const=100%, bouwen we een raaklijn aan φ pr =1 vanaf het punt "p" en verkrijgen we het raakpunt "k".
• Vanaf het contactpunt “k” langs de isoenthalpe (adiabatisch, i = const) leggen we het segment “k - n” opzij zodat t n \u003d t k + ∆t min. Zo wordt het minimale temperatuurverschil tussen het gekoelde water en de hulpstroomlucht in de koeltoren gegarandeerd (toegekend). Dit temperatuurverschil zorgt ervoor dat de koeltoren in de ontwerpmodus functioneert.
• We trekken een rechte lijn van het punt "1w" door het punt "n" naar het snijpunt met de rechte lijn t=const= t 2w . We krijgen het punt "2w".
• Trek vanaf het punt "2w" een rechte lijn i=const naar het snijpunt met φ pr =const=100%. We krijgen het punt "5", dat de toestand van de lucht aan de uitlaat van de koeltoren karakteriseert.
• Volgens het diagram bepalen we de gewenste temperatuur t5 en de overige parameters van punt "5".

10. We stellen een systeem van vergelijkingen samen voor het vinden van onbekende massastroomsnelheden van lucht en water. Thermische belasting van de koeltoren door hulpluchtstroom, W:

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

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

Waar:
C pw is de soortelijke warmtecapaciteit van water, J/(kg.K).

Warmtebelasting van de warmtewisselaar voor de hoofdluchtstroom, W:

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

Thermische belasting van de warmtewisselaar in termen van waterstroom, W:

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

Materiaalbalans per luchtstroom:

Go =G tot +Gp; (11)

Thermische balans over de koeltoren:

Qgr =Qwgr; (12)

De warmtebalans van de warmtewisselaar als geheel (de hoeveelheid warmte die door elk van de stromen wordt overgedragen is hetzelfde):

Qwmo = Qmo; (13)

Gecombineerde warmtebalans van koeltoren en warmtewisselaar voor water:

Qwgr =Qwmo; (14)

11. Door de vergelijkingen van (7) tot (14) samen op te lossen, verkrijgen we de volgende afhankelijkheden:
massale luchtstroom in de hulpstroom, kg/s:

massale luchtstroom in de hoofdluchtstroom, kg/s:

Go =Gp; (16)

Massastroom water door de koeltoren langs de hoofdstroom, kg/s:

12. De hoeveelheid water die nodig is om het watercircuit van de koeltoren te voeden, kg/s:

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

13. Het stroomverbruik tijdens de cyclus wordt bepaald door het vermogen dat aan de ventilatoraandrijving wordt besteed, W:

N in =G o ∆i in; (19)

Zo zijn alle parameters gevonden die nodig zijn voor constructieve berekeningen van de elementen van het indirecte verdampingsluchtkoelsysteem.

Opgemerkt moet worden dat de werkstroom van gekoelde lucht die aan de consument wordt geleverd (punt "2") aanvullend kan worden gekoeld, bijvoorbeeld door adiabatische bevochtiging of door een andere methode. Als voorbeeld: in afb. 4 toont het punt "3*" dat overeenkomt met adiabatische bevochtiging. In dit geval vallen de punten "3*" en "4" samen (Fig. 4).

Praktische aspecten van indirecte verdampingskoelsystemen

Op basis van de praktijk van het berekenen van indirecte verdampingskoelsystemen moet worden opgemerkt dat het hulpdebiet in de regel 30-70% van de hoofdstroom bedraagt ​​en afhangt van het potentiële koelvermogen van de aan het systeem toegevoerde lucht.

Als we koeling door adiabatische en indirecte verdampingsmethoden vergelijken, dan blijkt uit het I d-diagram dat in het eerste geval lucht met een temperatuur van 28 ° C en een relatieve vochtigheid van 45% kan worden gekoeld tot 19,5 ° C , terwijl in het tweede geval — tot 15°С (Fig. 6).

"Pseudo-indirecte" verdamping

Zoals hierboven vermeld, kunt u met het indirecte verdampingskoelsysteem een ​​lagere temperatuur bereiken dan met het traditionele adiabatische luchtbevochtigingssysteem. Het is ook belangrijk om te benadrukken dat het vochtgehalte van de gewenste lucht niet verandert. Soortgelijke voordelen ten opzichte van adiabatische bevochtiging kunnen worden bereikt door het introduceren van een extra luchtstroom.

Er zijn momenteel weinig praktische toepassingen van het indirecte verdampingskoelsysteem. Er zijn echter apparaten verschenen met een soortgelijk, maar enigszins ander werkingsprincipe: lucht-lucht-warmtewisselaars met adiabatische bevochtiging van de buitenlucht (systemen van "pseudo-indirecte" verdamping, waarbij de tweede stroom in de warmtewisselaar niet wordt een bevochtigd deel van de hoofdstroom, maar een ander, absoluut onafhankelijk circuit).

Dergelijke apparaten worden gebruikt in systemen met een grote hoeveelheid gerecirculeerde lucht die moet worden gekoeld: in airconditioningsystemen van treinen, auditoria voor verschillende doeleinden, datacentra en andere faciliteiten.

Het doel van hun introductie is de maximaal mogelijke verkorting van de werkingsduur van energie-intensieve compressorkoelapparatuur. In plaats daarvan wordt voor buitentemperaturen tot 25°C (en soms zelfs hoger) een lucht-lucht warmtewisselaar toegepast, waarbij de gerecirculeerde ruimtelucht wordt gekoeld door de buitenlucht.

Voor een grotere efficiëntie van het apparaat wordt de buitenlucht vooraf bevochtigd. In complexere systemen wordt bevochtiging ook uitgevoerd tijdens het proces van warmte-uitwisseling (injectie van water in de kanalen van de warmtewisselaar), wat de efficiëntie ervan verder verhoogt.

Dankzij het gebruik van dergelijke oplossingen wordt het huidige energieverbruik van het airconditioningsysteem met wel 80% verminderd. Het totale jaarlijkse energieverbruik is afhankelijk van de klimaatregio van de systeemwerking en wordt gemiddeld met 30-60% verminderd.

Yury Khomutsky, technisch redacteur van het tijdschrift "Climate World"

Het artikel maakt gebruik van de methodologie van de Technische Staatsuniversiteit van Moskou. N. E. Bauman voor de berekening van een indirect verdampingskoelsysteem.

Voor het onderhoud van individuele kleine kamers of groepen ervan zijn lokale airconditioners met tweetraps verdampingskoeling handig, uitgevoerd op basis van een indirecte verdampingskoeling-warmtewisselaar gemaakt van aluminium rolbuizen (Fig. 139). De lucht wordt gereinigd in het filter 1 en komt de ventilator 2 binnen, na de afvoeropening waarvan deze is verdeeld in twee stromen: hoofdstroom 3 en hulpluchtstroom 6. De hulpluchtstroom passeert in de buizen van de warmtewisselaar 14 van indirecte verdampingskoeling en zorgt voor verdampingskoeling van het water dat langs de binnenwanden van de buizen stroomt. De hoofdluchtstroom loopt vanaf de zijkant van de vinnen van de warmtewisselaarbuizen en geeft via de wanden warmte af aan het door verdamping afgekoelde water. Waterrecirculatie in de warmtewisselaar wordt uitgevoerd met behulp van pomp 4, die water uit de put 5 haalt en dit voor irrigatie levert via geperforeerde buizen 15. De warmtewisselaar voor indirecte verdampingskoeling speelt de rol van de eerste fase in gecombineerde airconditioners van twee -traps verdampingskoeling.

Het beschouwde systeem bestaat uit twee airconditioners.

de belangrijkste, waarin de lucht wordt verwerkt voor de onderhouden gebouwen, en de extra - de koeltoren. Het hoofddoel van de koeltoren is luchtverdampingskoeling van het water dat de eerste trap van de hoofdairconditioner voedt tijdens de warme periode van het jaar (oppervlaktewarmtewisselaar PT). De tweede fase van de hoofdairconditioner - de OK-irrigatiekamer, die werkt in de adiabatische bevochtigingsmodus, heeft een bypasskanaal - bypass B om de vochtigheid in de kamer te regelen.

Naast airconditioners kunnen koeltorens, industriële koeltorens, fonteinen, sproeibaden, enz. worden gebruikt om water te koelen. In gebieden met een warm en vochtig klimaat kan in sommige gevallen, naast indirecte verdampingskoeling, machinekoeling ook worden toegepast. gebruikt.

meertraps systemen verdampingskoeling. De theoretische limiet voor luchtkoeling met behulp van dergelijke systemen is de dauwpunttemperatuur.

Airconditioningsystemen die gebruik maken van directe en indirecte verdampingskoeling hebben een breder toepassingsgebied vergeleken met systemen die alleen directe (adiabatische) verdampingskoeling gebruiken.

Het is bekend dat tweetrapsverdampingskoeling het meest geschikt is

droge en hete gebieden. Met tweetrapskoeling is het mogelijk lagere temperaturen, minder luchtuitwisseling en een lagere relatieve luchtvochtigheid in de ruimtes te bereiken dan met eentrapskoeling. Deze eigenschap van tweetrapskoeling heeft aanleiding gegeven tot een voorstel om geheel op indirecte koeling over te gaan, en tot een aantal andere voorstellen. Als echter alle overige omstandigheden gelijk blijven, hangt het effect van mogelijke verdampingskoelsystemen rechtstreeks af van veranderingen in de toestand van de buitenlucht. Daarom zorgen dergelijke systemen niet altijd voor het behoud van de vereiste luchtparameters in kamers met airconditioning gedurende het seizoen en zelfs op één dag. Een idee van de voorwaarden en grenzen van het doelmatige gebruik van tweetraps verdampingskoeling kan worden verkregen door de genormaliseerde parameters van de binnenlucht te vergelijken met mogelijke veranderingen in de parameters van de buitenlucht in gebieden met een droog en warm klimaat.

de berekening van dergelijke systemen moet worden uitgevoerd met behulp van het J-d-diagram in de volgende volgorde.

Punten worden uitgezet op het J-d-diagram met de berekende parameters van buitenlucht (H) en binnenlucht (B). In het beschouwde voorbeeld worden volgens de ontwerpopdracht de volgende waarden genomen: tн = 30 °С; tv = 24 °С; fa = 50%.

Voor de punten H en B bepalen we de temperatuurwaarde van de natte bol:

tmin = 19,72 °С; tmv = 17,0 °C.

Zoals u kunt zien is de waarde van tm bijna 3 °C hoger dan die van tmw. Voor een grotere koeling van het water en vervolgens van de toevoerlucht van buitenaf is het daarom raadzaam om lucht aan de koeltoren toe te voeren, die door uitlaatsystemen wordt verwijderd. uit kantoorpanden.

Houd er rekening mee dat bij het berekenen van de koeltoren de vereiste luchtstroom groter kan zijn dan de luchtstroom die uit de kamers met airconditioning wordt afgevoerd. In dit geval moet een mengsel van buitenlucht en afvoerlucht aan de koeltoren worden toegevoerd en moet de natteboltemperatuur van het mengsel als ontwerpwaarde worden genomen.

Uit de rekencomputerprogramma's van de toonaangevende koeltorenfabrikanten blijkt dat het minimale verschil tussen de eindtemperatuur van het water aan de uitlaat van de koeltoren tw1 en de natteboltemperatuur twm van de aan de koeltoren toegevoerde lucht moet worden genomen. minimaal 2 °C, d.w.z.:

tw2 \u003d tw1 + (2,5 ... 3) ° С. (1)

Om een ​​diepere luchtkoeling in de centrale airconditioner te bereiken wordt aangenomen dat de eindwatertemperatuur aan de uitlaat van de luchtkoeler en aan de inlaat van de koeltoren tw2 niet meer dan 2,5 hoger is dan aan de uitlaat van de koeltoren, dat wil zeggen is:

tvk ≥ tw2 +(1...2) °С. (2)

Merk op dat de eindtemperatuur van de gekoelde lucht en het oppervlak van de luchtkoeler afhankelijk is van de temperatuur tw2, aangezien bij een dwarse stroming van lucht en water de eindtemperatuur van de gekoelde lucht niet lager kan zijn dan tw2.

Normaal gesproken wordt aanbevolen dat de eindtemperatuur van de gekoelde lucht 1-2 °C hoger is dan de eindtemperatuur van het water aan de uitlaat van de luchtkoeler:

tvk ≥ tw2 +(1...2) °С. (3)

Als dus aan de vereisten (1, 2, 3) wordt voldaan, is het mogelijk een afhankelijkheid te verkrijgen die de natteboltemperatuur van de aan de koeltoren toegevoerde lucht relateert aan de uiteindelijke luchttemperatuur aan de uitlaat van de koeler:

tvk \u003d tm +6 ° С. (4)

Merk op dat in het voorbeeld in Fig. 7.14 de waarden twm = 19 °С en tw2 – tw1 = 4 °С worden geaccepteerd. Maar met dergelijke initiële gegevens is het, in plaats van de in het voorbeeld aangegeven waarde tvc = 23 °С, mogelijk om een ​​uiteindelijke luchttemperatuur aan de uitlaat van de luchtkoeler van minimaal 26–27 °С te verkrijgen, waardoor het hele schema betekenisloos bij tн = 28,5 °С.

2018-08-15

Het gebruik van airconditioningsystemen (ACS) met verdampingskoeling als een van de energie-efficiënte oplossingen bij het ontwerp van moderne gebouwen en constructies.

Tot op heden zijn ventilatie- en airconditioningsystemen de meest voorkomende verbruikers van thermische en elektrische energie in moderne administratieve en openbare gebouwen. Bij het ontwerpen van moderne openbare en administratieve gebouwen om het energieverbruik in ventilatie- en airconditioningsystemen te verminderen, is het zinvol om speciale voorkeur te geven aan het verminderen van het vermogen in de fase van het verkrijgen van specificaties en het verlagen van de bedrijfskosten. Het verlagen van de exploitatiekosten is van het grootste belang voor eigenaren of huurders van faciliteiten. Er zijn veel kant-en-klare methoden en verschillende maatregelen om de energiekosten in airconditioningsystemen te verlagen, maar in de praktijk is de keuze voor energie-efficiënte oplossingen erg moeilijk.

Een van de vele ventilatie- en airconditioningsystemen die als energiezuinig kunnen worden geclassificeerd, is het vdat in dit artikel wordt besproken.

Ze worden gebruikt in residentiële, openbare en industriële gebouwen. Het proces van verdampingskoeling in airconditioningsystemen wordt verzorgd door mondstukkamers, film-, mondstuk- en schuimapparaten. De systemen in kwestie kunnen zowel directe, indirecte als tweetraps verdampingskoeling hebben.

Van deze opties is het direct gekoelde systeem de meest economische luchtkoelingsapparatuur. Voor hen wordt verondersteld dat er standaardapparatuur wordt gebruikt zonder het gebruik van aanvullende bronnen van kunstmatige koude- en koelapparatuur.

Een schematisch diagram van een airconditioningsysteem met directe verdampingskoeling wordt getoond in Fig. 1.

De voordelen van dergelijke systemen omvatten minimale onderhoudskosten van systemen tijdens bedrijf, evenals betrouwbaarheid en structurele eenvoud. Hun belangrijkste nadelen zijn de onmogelijkheid om de parameters van de toevoerlucht te handhaven, de uitsluiting van recirculatie in de onderhouden gebouwen en de afhankelijkheid van externe klimatologische omstandigheden.

Het energieverbruik in dergelijke systemen wordt beperkt tot de beweging van lucht en gerecirculeerd water in adiabatische luchtbevochtigers die in de centrale airconditioning zijn geïnstalleerd. Bij gebruik van adiabatische bevochtiging (koeling) in centrale airconditioners is drinkwater van goede kwaliteit vereist. Het gebruik van dergelijke systemen kan beperkt zijn in klimaatzones met een overwegend droog klimaat.

Toepassingsgebieden voor airconditioningsystemen met verdampingskoeling zijn objecten die geen nauwkeurig onderhoud van de warmte- en vochtigheidsomstandigheden vereisen. Meestal worden ze gerund door bedrijven uit verschillende industrieën waar een goedkope manier nodig is om de binnenlucht te koelen met hoge hittestress in het pand.

De volgende optie voor het economisch koelen van lucht in airconditioningsystemen is het gebruik van indirecte verdampingskoeling.

Een systeem met een dergelijke koeling wordt meestal gebruikt in gevallen waarin de parameters van de binnenlucht niet kunnen worden verkregen met behulp van directe verdampingskoeling, waardoor het vochtgehalte van de toevoerlucht toeneemt. In het "indirecte" schema wordt de toevoerlucht gekoeld in een warmtewisselaar van het recuperatieve of regeneratieve type in contact met een hulpluchtstroom die wordt gekoeld door verdampingskoeling.

Een variant van het schema van het airconditioningsysteem met indirecte verdampingskoeling en het gebruik van een roterende warmtewisselaar wordt getoond in Fig. 2. Schema van SCR met indirecte verdampingskoeling en het gebruik van warmtewisselaars van het recuperatieve type wordt getoond in Fig. 3.

Airconditioningsystemen met indirecte verdampingskoeling worden gebruikt wanneer toevoerlucht nodig is zonder ontvochtiging. De vereiste parameters van de luchtomgeving worden ondersteund door lokale sluiters die in de kamer zijn geïnstalleerd. De bepaling van de toevoerluchtstroom wordt uitgevoerd in overeenstemming met de sanitaire normen of op basis van de luchtbalans in de kamer.

Airconditioningsystemen met indirecte verdampingskoeling maken gebruik van buitenlucht of afvoerlucht als hulplucht. In de aanwezigheid van lokale sluiters verdient dit laatste de voorkeur, omdat het de energie-efficiëntie van het proces verhoogt. Opgemerkt moet worden dat het gebruik van afvoerlucht als hulpmiddel niet is toegestaan ​​in de aanwezigheid van giftige, explosieve onzuiverheden, evenals een hoog gehalte aan zwevende deeltjes die het warmtewisselingsoppervlak vervuilen.

Buitenlucht als hulpstroom wordt gebruikt wanneer de stroom afvoerlucht naar de toevoerlucht via de lekken van de warmtewisselaar (dat wil zeggen de warmtewisselaar) onaanvaardbaar is.

De hulpluchtstroom wordt in luchtfilters gereinigd voordat deze wordt toegevoerd voor bevochtiging. De lay-out van het airconditioningsysteem met regeneratieve warmtewisselaars zorgt voor een grotere energie-efficiëntie en lagere apparatuurkosten.

Bij het ontwerpen en selecteren van schema's voor airconditioningsystemen met indirecte verdampingskoeling moet rekening worden gehouden met maatregelen om de processen van warmteterugwinning in het koude seizoen te reguleren om bevriezing van warmtewisselaars te voorkomen. Er moet worden gedacht aan het opnieuw verwarmen van de afvoerlucht vóór de warmtewisselaar, het omzeilen van een deel van de toevoerlucht in de platenwarmtewisselaar en een snelheidsregeling in de roterende warmtewisselaar.

Het gebruik van deze maatregelen voorkomt bevriezing van warmtewisselaars. Ook bij de berekeningen bij het gebruik van afvoerlucht als hulpstroom is het noodzakelijk om het systeem te controleren op werking in het koude seizoen.

Een ander energiezuinig airconditioningsysteem is het tweetraps verdampingskoelsysteem. Luchtkoeling in dit schema wordt in twee fasen geleverd: directe verdampings- en indirecte verdampingsmethoden.

"Tweetraps" systemen zorgen voor een nauwkeurigere aanpassing van de luchtparameters bij het verlaten van de centrale airconditioner. Dergelijke airconditioningsystemen worden gebruikt in gevallen waarin een diepere koeling van de toevoerlucht vereist is vergeleken met koeling bij directe of indirecte verdampingskoeling.

Luchtkoeling in tweetrapssystemen wordt geleverd in regeneratieve platenwarmtewisselaars of in oppervlaktewarmtewisselaars met een tussenliggende warmtedrager met behulp van een hulpluchtstroom - in de eerste fase. Luchtkoeling in adiabatische luchtbevochtigers bevindt zich in de tweede fase. De basisvereisten voor de hulpluchtstroom en voor het controleren van de werking van SCR tijdens het koude seizoen zijn vergelijkbaar met die welke worden toegepast op SCR-schema's met indirecte verdampingskoeling.

Door het gebruik van airconditioningsystemen met verdampingskoeling kunt u betere resultaten bereiken die niet kunnen worden behaald met koelmachines.

Het gebruik van SCR-schema's met verdampings-, indirecte en tweetraps verdampingskoeling maakt het in sommige gevallen mogelijk om het gebruik van koelmachines en kunstmatige kou achterwege te laten, en de koelbelasting aanzienlijk te verminderen.

Door het gebruik van deze drie schema's wordt vaak de energie-efficiëntie van luchtbehandeling bereikt, wat erg belangrijk is bij het ontwerp van moderne gebouwen.

Geschiedenis van verdampingsluchtkoelsystemen

Eeuwenlang hebben beschavingen originele methoden gevonden om met de hitte in hun territoria om te gaan. Een vroege vorm van koelsysteem, de "windvanger", werd vele duizenden jaren geleden uitgevonden in Perzië (Iran). Het was een systeem van windschachten op het dak, die de wind opvingen, door het water voerden en koele lucht naar binnen bliezen. Het is opmerkelijk dat veel van deze gebouwen ook tuinen hadden met grote watervoorraden, dus als er geen wind was, verdampte er als gevolg van het natuurlijke proces van waterverdamping, opstijgende hete lucht, water in de tuin, waarna de reeds gekoelde lucht stroomde door het gebouw. Tegenwoordig heeft Iran windvangers vervangen door verdampingskoelers en gebruikt deze op grote schaal, en de Iraanse markt bereikt, vanwege het droge klimaat, een omzet van 150.000 verdampers per jaar.

In de VS was de verdampingskoeler in de 20e eeuw het onderwerp van talrijke patenten. Velen van hen stelden, al in 1906, het gebruik voor van houtkrullen als afstandhouder, die een grote hoeveelheid water in contact brengt met bewegende lucht en een intense verdamping ondersteunt. Het standaardontwerp uit het patent uit 1945 omvat een waterreservoir (meestal uitgerust met een vlotter voor niveauregeling), een pomp om water door de afstandhouders voor houtsnippers te laten circuleren en een ventilator om lucht door de afstandhouders de woonruimte in te blazen. Dit ontwerp en deze materialen blijven centraal staan ​​in de verdampingskoelertechnologie in het zuidwesten van de VS. In deze regio worden ze bovendien gebruikt om de luchtvochtigheid te verhogen.

Verdampingskoeling was gebruikelijk in vliegtuigmotoren uit de jaren dertig, zoals de motor van het luchtschip Beardmore Tornado. Dit systeem werd gebruikt om de radiator te verminderen of volledig te elimineren, die anders een aanzienlijke aerodynamische weerstand zou kunnen veroorzaken. Op sommige voertuigen zijn externe verdampingskoelingsapparaten geïnstalleerd om het passagierscompartiment te koelen. Vaak werden ze verkocht als extra accessoires. Het gebruik van verdampingskoeling in auto's ging door totdat airconditioning met dampcompressie wijdverspreid werd.

Het principe van verdampingskoeling verschilt van dat van dampcompressiekoeling, hoewel ze ook verdamping vereisen (verdamping is onderdeel van het systeem). In een dampcompressiecyclus, nadat het koelmiddel in de verdamperspiraal is verdampt, wordt het koelgas gecomprimeerd en gekoeld, waarbij het onder druk condenseert tot een vloeibare toestand. In tegenstelling tot deze cyclus wordt water in een verdampingskoeler slechts één keer verdampt. Het verdampte water in de koelinrichting wordt met gekoelde lucht in de ruimte afgevoerd. In de koeltoren wordt het verdampte water door de luchtstroom afgevoerd.

1. Bogoslovsky VN, Kokorin O.Ya., Petrov L.V. Airconditioning en koeling. - M.: Stroyizdat, 1985. 367 p.
2. Barkalov B.V., Karpis E.E. Airconditioning in industriële, openbare en residentiële gebouwen. - M.: Stroyizdat, 1982. 312 p.
3. Koroleva N.A., Tarabanov M.G., Kopyshkov A.V. Energiezuinige ventilatie- en airconditioningsystemen van een groot winkelcentrum // ABOK, 2013. Nr. 1. blz. 24–29.
4. Khomutsky Yu.N. Toepassing van adiabatische bevochtiging voor luchtkoeling // World of climate, 2012. Nr. 73. blz. 104–112.
5. Uchastkin P.V. Ventilatie, airconditioning en verwarming bij lichte industriële bedrijven: Proc. toelage voor universiteiten. - M.: Lichte industrie, 1980. 343 p.
6. Khomutsky Yu.N. Berekening van een indirect verdampingskoelsysteem // World of Climate, 2012. Nr. 71. blz. 174–182.
7. Tarabanov M.G. Indirecte verdampingskoeling van toevoerlucht in ACS met sluiters // ABOK, 2009. Nr. 3. blz. 20–32.
8. Kokorin O.Ya. Moderne airconditioningsystemen. - M.: Fizmatlit, 2003. 272 ​​p.