Hiệu quả năng lượng trong hệ thống điều hòa không khí sử dụng làm mát bay hơi. Điều hòa không khí làm mát bay hơi hai giai đoạn để làm mát bay hơi trực tiếp cho xe

Đối với các phòng có lượng nhiệt dư thừa lớn, nơi cần duy trì độ ẩm cao trong không khí bên trong, hệ thống điều hòa không khí sử dụng nguyên lý làm mát bay hơi gián tiếp được sử dụng.

Mạch bao gồm một hệ thống xử lý luồng không khí chính và một hệ thống làm mát bay hơi (Hình 3.3. Hình 3.4). Để làm mát nước, có thể sử dụng buồng tưới của máy điều hòa không khí hoặc các thiết bị tiếp xúc khác, bể phun, tháp giải nhiệt và các thiết bị khác.

Nước, được làm mát bằng sự bay hơi trong luồng không khí, có nhiệt độ, đi vào bộ trao đổi nhiệt bề mặt - bộ làm mát không khí của điều hòa không khí của luồng không khí chính, nơi không khí thay đổi trạng thái từ giá trị này sang giá trị khác (t. ), nhiệt độ nước tăng lên. Nước nóng đi vào thiết bị tiếp xúc, nơi nó được làm mát bằng cách bay hơi đến nhiệt độ và chu trình được lặp lại. Không khí đi qua thiết bị tiếp xúc thay đổi trạng thái từ thông số này sang thông số khác (tức là). Không khí cung cấp, đồng hóa nhiệt và độ ẩm, thay đổi các thông số của nó sang trạng thái t., sau đó sang trạng thái.

Hình.3.3. Mạch làm mát bay hơi gián tiếp

1-bộ trao đổi nhiệt-làm mát không khí; thiết bị 2 tiếp điểm

Hình.3.4. sơ đồ làm mát bay hơi gián tiếp

Line - làm mát bay hơi trực tiếp.

Nếu có nhiệt dư thừa trong phòng thì bằng cách gián tiếp tản nhiệt hơi sự tiêu thụ cung cấp không khí sẽ là

với làm mát bay hơi trực tiếp

Vì > thì<.

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

So sánh các quy trình cho thấy rằng làm mát bay hơi gián tiếp, năng suất SCR thấp hơn so với làm mát trực tiếp. Ngoài ra, với việc làm mát gián tiếp, độ ẩm của không khí cấp thấp hơn (<), что позволяет расширить область возможного использования принципа испарительного охлаждения воздуха.

Ngược lại với sơ đồ làm mát bay hơi gián tiếp riêng biệt, các thiết bị thuộc loại kết hợp đã được phát triển (Hình 3.5). Thiết bị bao gồm hai nhóm kênh xen kẽ được ngăn cách bởi các bức tường. Luồng không khí phụ trợ đi qua nhóm kênh 1. Nước được cung cấp qua thiết bị phân phối nước chảy dọc theo bề mặt thành kênh. Một lượng nước nhất định được cung cấp cho thiết bị phân phối nước. Khi nước bay hơi, nhiệt độ của luồng không khí phụ giảm (với độ ẩm tăng lên) và thành kênh cũng nguội đi.

Để tăng độ sâu làm mát của luồng không khí chính, các sơ đồ xử lý nhiều giai đoạn cho luồng không khí chính đã được phát triển, sử dụng phương pháp này về mặt lý thuyết có thể đạt được nhiệt độ điểm sương (Hình 3.7).

Việc lắp đặt bao gồm một máy điều hòa không khí và một tháp giải nhiệt. Máy điều hòa không khí tạo ra sự làm mát đẳng nhiệt gián tiếp và trực tiếp của không khí trong cơ sở dịch vụ.

Tháp giải nhiệt cung cấp khả năng làm mát bay hơi của nước cấp cho bộ làm mát không khí bề mặt của máy điều hòa không khí.

Cơm. 3.5. Sơ đồ thiết kế thiết bị làm mát bay hơi gián tiếp kết hợp: 1,2 - nhóm kênh; 3- thiết bị phân phối nước; 4- pallet

Cơm. 3.6. Sơ đồ làm mát bay hơi hai giai đoạn của SCR. Máy làm mát không khí 1 bề mặt; 2-buồng tưới; 3- tháp giải nhiệt; 4-bơm; 5-đường vòng có van khí; 6 quạt

Để chuẩn hóa thiết bị làm mát bay hơi, buồng phun của điều hòa trung tâm tiêu chuẩn có thể được sử dụng thay cho tháp giải nhiệt.

Không khí bên ngoài đi vào máy điều hòa và được làm mát ở giai đoạn làm mát đầu tiên (làm mát không khí) với độ ẩm không đổi. Giai đoạn làm mát thứ hai là buồng tưới, hoạt động ở chế độ làm mát đẳng nhiệt. Việc làm mát nước cấp cho bề mặt của bộ làm mát nước được thực hiện trong tháp giải nhiệt. Nước trong mạch này lưu thông bằng máy bơm. Tháp giải nhiệt là thiết bị làm mát nước bằng không khí trong khí quyển. Quá trình làm mát xảy ra do sự bay hơi của một phần nước chảy xuống vòi phun nước dưới tác động của trọng lực (1% nước bay hơi làm giảm nhiệt độ của nó khoảng 6).

Cơm. 3.7. sơ đồ với chế độ bay hơi hai giai đoạn

làm mát

Buồng tưới của máy điều hòa không khí được trang bị kênh rẽ nhánh có van khí hoặc có quy trình điều chỉnh, đảm bảo điều hòa không khí dẫn vào phòng do quạt phục vụ.

Trong công nghệ kiểm soát khí hậu hiện đại, người ta chú ý nhiều đến hiệu quả sử dụng năng lượng của thiết bị. Điều này giải thích sự quan tâm ngày càng tăng gần đây đối với các hệ thống làm mát bay hơi bằng nước dựa trên các bộ trao đổi nhiệt bay hơi gián tiếp (hệ thống làm mát bay hơi gián tiếp). Hệ thống làm mát bay hơi bằng nước có thể là một giải pháp hiệu quả cho nhiều vùng ở nước ta có khí hậu đặc trưng bởi độ ẩm không khí tương đối thấp. Nước đóng vai trò là chất làm lạnh là duy nhất - nó có nhiệt dung cao và nhiệt hóa hơi tiềm ẩn, vô hại và dễ tiếp cận. Ngoài ra, nước đã được nghiên cứu kỹ lưỡng, giúp dự đoán khá chính xác hành vi của nó trong các hệ thống kỹ thuật khác nhau.

Đặc điểm của hệ thống làm mát với bộ trao đổi nhiệt bay hơi gián tiếp

Tính năng và ưu điểm chính của hệ thống bay hơi gián tiếp là khả năng làm mát không khí đến nhiệt độ dưới nhiệt độ bầu ướt. Do đó, công nghệ làm mát bay hơi thông thường (trong máy làm ẩm đoạn nhiệt), khi nước được bơm vào luồng không khí, không chỉ làm giảm nhiệt độ không khí mà còn làm tăng độ ẩm của nó. Trong trường hợp này, đường xử lý trên sơ đồ I của không khí ẩm đi theo đường đoạn nhiệt và nhiệt độ tối thiểu có thể tương ứng với điểm “2” (Hình 1).

Trong hệ thống bay hơi gián tiếp, không khí có thể được làm mát đến điểm “3” (Hình 1). Quá trình trong sơ đồ trong trường hợp này diễn ra theo chiều dọc dọc theo đường có độ ẩm không đổi. Kết quả là nhiệt độ thu được thấp hơn và độ ẩm của không khí không tăng (không đổi).

Ngoài ra, hệ thống bay hơi nước còn có những phẩm chất tích cực sau:

• Khả năng sản xuất kết hợp không khí làm mát và nước lạnh.
• Sự tiêu thụ ít điện năng. Người tiêu dùng điện chính là quạt và máy bơm nước.
• Độ tin cậy cao do không có máy móc phức tạp và sử dụng chất lỏng làm việc không tích cực - nước.
• Độ sạch môi trường: độ ồn và độ rung thấp, chất lỏng làm việc không tích cực, tác động môi trường thấp của hoạt động sản xuất công nghiệp của hệ thống do cường độ lao động sản xuất thấp.
• Thiết kế đơn giản và chi phí tương đối thấp do không có yêu cầu nghiêm ngặt về độ kín của hệ thống và các bộ phận riêng lẻ, không có máy móc phức tạp và đắt tiền (máy nén lạnh), áp suất dư thừa thấp trong chu trình, tiêu thụ kim loại thấp và khả năng về việc sử dụng rộng rãi chất dẻo.

Hệ thống làm mát sử dụng hiệu ứng hấp thụ nhiệt trong quá trình bay hơi nước đã được biết đến từ rất lâu. Tuy nhiên, hiện nay hệ thống làm mát bay hơi nước chưa được phổ biến rộng rãi. Hầu như toàn bộ khu vực thích hợp của hệ thống làm mát công nghiệp và dân dụng ở vùng có nhiệt độ vừa phải đều được lấp đầy bằng hệ thống nén hơi môi chất lạnh.

Tình trạng này rõ ràng có liên quan đến các vấn đề khi vận hành hệ thống bay hơi nước ở nhiệt độ dưới 0 và tính không phù hợp của chúng khi vận hành ở độ ẩm tương đối cao của không khí bên ngoài. Nó cũng bị ảnh hưởng bởi thực tế là các thiết bị chính của các hệ thống như vậy (tháp giải nhiệt, bộ trao đổi nhiệt), được sử dụng trước đây, có kích thước, trọng lượng lớn và các nhược điểm khác liên quan đến làm việc trong điều kiện độ ẩm cao. Ngoài ra, họ còn yêu cầu một hệ thống xử lý nước.

Tuy nhiên, ngày nay, nhờ tiến bộ công nghệ, tháp giải nhiệt nhỏ gọn và hiệu suất cao đã trở nên phổ biến, có khả năng làm mát nước đến nhiệt độ chỉ chênh lệch 0,8 ... 1,0 ° C so với nhiệt độ bầu ướt của luồng không khí đi vào tháp giải nhiệt. .

Ở đây đặc biệt phải kể đến tháp giải nhiệt của các hãng Muntes và SRH-Lauer. Sự chênh lệch nhiệt độ thấp như vậy đạt được chủ yếu là do thiết kế ban đầu của vòi phun của tháp giải nhiệt, có các đặc tính độc đáo - khả năng thấm ướt, khả năng sản xuất và độ nén tốt.

Mô tả hệ thống làm mát bay hơi gián tiếp

Trong hệ thống làm mát bay hơi gián tiếp, không khí trong khí quyển từ môi trường có các thông số tương ứng với điểm “0” (Hình 4) được bơm vào hệ thống bằng quạt và được làm mát ở độ ẩm không đổi trong bộ trao đổi nhiệt bay hơi gián tiếp.

Sau bộ trao đổi nhiệt, luồng không khí chính được chia thành hai: phụ trợ và làm việc, hướng đến người tiêu dùng.

Dòng phụ đồng thời đóng vai trò vừa là dòng làm mát vừa là dòng được làm mát - sau bộ trao đổi nhiệt, nó được dẫn trở lại dòng chính (Hình 2).

Đồng thời, nước được cung cấp cho các kênh dòng chảy phụ trợ. Mục đích của việc cung cấp nước là “làm chậm” sự gia tăng nhiệt độ không khí do quá trình tạo ẩm song song của nó: như đã biết, có thể đạt được sự thay đổi tương tự về năng lượng nhiệt bằng cách chỉ thay đổi nhiệt độ hoặc bằng cách thay đổi đồng thời nhiệt độ và độ ẩm. Do đó, khi dòng phụ trợ được làm ẩm, sự trao đổi nhiệt tương tự đạt được nhờ sự thay đổi nhiệt độ nhỏ hơn.

Trong các bộ trao đổi nhiệt bay hơi gián tiếp thuộc loại khác (Hình 3), dòng phụ không được dẫn đến bộ trao đổi nhiệt mà đến tháp giải nhiệt, nơi nó làm mát nước tuần hoàn qua bộ trao đổi nhiệt bay hơi gián tiếp: nước được làm nóng trong đó do dòng chính và được làm mát ở tháp giải nhiệt nhờ dòng phụ. Nước di chuyển dọc theo mạch bằng bơm tuần hoàn.

Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt bay hơi gián tiếp

Để tính toán chu trình của hệ thống làm mát bay hơi gián tiếp có nước tuần hoàn, cần có dữ liệu ban đầu sau:

• φ ос - độ ẩm tương đối của không khí xung quanh, %;
• t ос - nhiệt độ không khí xung quanh, ° C;
• ∆t x - chênh lệch nhiệt độ ở đầu lạnh của bộ trao đổi nhiệt, ° C;
• ∆t m - chênh lệch nhiệt độ ở đầu ấm của bộ trao đổi nhiệt, ° C;
• ∆t wgr - chênh lệch giữa nhiệt độ của nước ra khỏi tháp giải nhiệt và nhiệt độ của không khí cung cấp cho nó theo nhiệt kế ướt, ° C;
• ∆t min - chênh lệch nhiệt độ tối thiểu (chênh lệch nhiệt độ) giữa các dòng chảy trong tháp giải nhiệt (∆t min<∆t wгр), ° С;
• G r - lưu lượng không khí theo yêu cầu của người sử dụng, kg/s;
• η in - hiệu suất của quạt;
• ∆P in - tổn thất áp suất trong các thiết bị và đường dây của hệ thống (áp suất quạt yêu cầu), Pa.

Phương pháp tính toán dựa trên các giả định sau:

• Quá trình truyền nhiệt và truyền khối được coi là cân bằng,
• Không có dòng nhiệt bên ngoài vào tất cả các khu vực của hệ thống,
• Áp suất không khí trong hệ thống bằng áp suất khí quyển (sự thay đổi cục bộ của áp suất không khí do quạt phun vào hoặc đi qua lực cản khí động học là không đáng kể, điều này cho phép sử dụng biểu đồ Id của không khí ẩm cho áp suất khí quyển trong toàn bộ hệ thống. tính toán của hệ thống).

Quy trình tính toán kỹ thuật của hệ thống đang được xem xét như sau (Hình 4):

1. Sử dụng giản đồ Id hoặc sử dụng chương trình tính toán không khí ẩm, xác định được các thông số bổ sung của không khí xung quanh (điểm “0” trong Hình 4): entanpy riêng của không khí i 0, J/kg và độ ẩm d 0 ,kg/kg.
2. Độ tăng entanpy riêng của không khí trong quạt (J/kg) phụ thuộc vào loại quạt. Nếu mô tơ quạt không được thổi (làm mát) bởi luồng khí chính thì:

Nếu mạch sử dụng quạt dạng ống gió (khi động cơ điện được làm mát bằng luồng gió chính) thì:

Ở đâu:
η dv - hiệu suất của động cơ điện;
ρ 0 - mật độ không khí ở đầu vào của quạt, kg/m 3

Ở đâu:
B 0 - áp suất khí quyển xung quanh, Pa;
R in là hằng số khí của không khí, bằng 287 J/(kg.K).

3. Entanpi riêng của không khí sau quạt (điểm “1”), J/kg.

i 1 = i 0 +∆i trong; (3)

Do quá trình “0-1” xảy ra ở độ ẩm không đổi (d 1 = d 0 =const), nên sử dụng các giá trị φ 0, t 0, i 0, i 1 đã biết, chúng ta xác định nhiệt độ không khí t1 sau quạt (điểm “1”).

4. Điểm sương của không khí xung quanh t sương, °C, được xác định từ φ 0, t 0 đã biết.

5. Chênh lệch nhiệt độ tâm lý của luồng không khí chính ở đầu ra của bộ trao đổi nhiệt (điểm “2”) ∆t 2-4, °C

∆t 2-4 =∆t x +∆t wgr; (4)

Ở đâu:
∆t x được chỉ định dựa trên các điều kiện vận hành cụ thể trong khoảng ~ (0,5…5,0), °C. Cần lưu ý rằng các giá trị nhỏ của ∆t x sẽ kéo theo kích thước tương đối lớn của bộ trao đổi nhiệt. Để đảm bảo giá trị nhỏ của ∆t x cần sử dụng các bề mặt truyền nhiệt hiệu suất cao;

∆t wgr được chọn trong khoảng (0,8…3,0), °C; Nên lấy giá trị thấp hơn của ∆t wgr nếu cần đạt được nhiệt độ nước lạnh tối thiểu có thể trong tháp giải nhiệt.

6. Chúng tôi chấp nhận rằng quá trình làm ẩm luồng không khí phụ trong tháp giải nhiệt từ trạng thái “2-4”, với độ chính xác đủ cho các tính toán kỹ thuật, diễn ra theo đường i 2 = i 4 =const.

Trong trường hợp này, khi biết giá trị của ∆t 2-4, chúng ta xác định nhiệt độ t 2 và t 4, các điểm “2” và “4” tương ứng, °C. Để làm điều này, chúng ta sẽ tìm một đường thẳng i=const sao cho giữa điểm “2” và điểm “4” chênh lệch nhiệt độ là tìm được ∆t 2-4. Điểm “2” nằm ở giao điểm của đường i 2 =i 4 =const và độ ẩm không đổi d 2 = d 1 = d OS. Điểm “4” nằm ở giao điểm của đường i 2 =i 4 =const và đường cong φ 4 = độ ẩm tương đối 100%.

Do đó, sử dụng sơ đồ trên, chúng ta xác định được các tham số còn lại tại các điểm “2” và “4”.

7. Xác định t 1w - nhiệt độ nước ở đầu ra của tháp giải nhiệt, tại điểm “1w”, °C. Trong tính toán, chúng ta có thể bỏ qua việc làm nóng nước trong máy bơm, do đó, ở lối vào bộ trao đổi nhiệt (điểm “1w”), nước sẽ có cùng nhiệt độ t 1w

t 1w =t 4 +.∆t wgr; (5)

8. t 2w - nhiệt độ nước sau bộ trao đổi nhiệt ở đầu vào tháp giải nhiệt (điểm “2w”), °C

t 2w =t 1 -.∆t m; (6)

9. Nhiệt độ của không khí thải từ tháp giải nhiệt ra môi trường (điểm “5”) t 5 được xác định bằng phương pháp phân tích đồ họa sử dụng sơ đồ id (rất thuận tiện, có thể sử dụng bộ sơ đồ Q t và it t được sử dụng, nhưng chúng ít phổ biến hơn, do đó trong sơ đồ i d này được sử dụng trong tính toán). Phương pháp được chỉ định như sau (Hình 5):

• Điểm “1w”, đặc trưng cho trạng thái của nước ở đầu vào thiết bị trao đổi nhiệt bay hơi gián tiếp, có giá trị entanpy riêng của điểm “4” được đặt trên đường đẳng nhiệt t 1w, cách xa đường đẳng nhiệt t 4 một khoảng ∆t wgr .
• Từ điểm “1w” dọc theo isenthalp, chúng ta vẽ đoạn “1w - p” sao cho t p = t 1w - ∆t min.
• Biết rằng quá trình làm nóng không khí trong tháp giải nhiệt xảy ra ở φ = const = 100%, ta dựng tiếp tuyến với φ pr = 1 từ điểm “p” và thu được điểm tiếp tuyến “k”.
• Từ điểm tiếp tuyến “k” dọc theo isenthalpe (đoạn nhiệt, i=const), chúng ta vẽ đoạn “k - n” sao cho t n = t k + ∆t min. Do đó, đảm bảo chênh lệch nhiệt độ tối thiểu giữa nước làm mát và không khí phụ trong tháp giải nhiệt (được chỉ định). Sự chênh lệch nhiệt độ này đảm bảo hoạt động của tháp giải nhiệt ở chế độ thiết kế.
• Ta vẽ một đường thẳng từ điểm “1w” đến điểm “n” cho đến khi nó cắt đường thẳng t=const= t 2w. Chúng tôi nhận được điểm “2w”.
• Từ điểm “2w” ta vẽ đường thẳng i=const cho đến khi nó cắt φ pr =const=100%. Chúng ta nhận được điểm “5”, đặc trưng cho trạng thái của không khí ở đầu ra của tháp giải nhiệt.
• Sử dụng sơ đồ, chúng tôi xác định nhiệt độ mong muốn t5 và các thông số khác của điểm “5”.

10. Chúng ta lập hệ phương trình để tìm vận tốc khối lượng chưa biết của không khí và nước. Tải nhiệt của tháp giải nhiệt theo luồng không khí phụ, W:

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

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

Ở đâu:
C pw là nhiệt dung riêng của nước, J/(kg.K).

Tải nhiệt của bộ trao đổi nhiệt dọc theo luồng không khí chính, W:

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

Tải nhiệt của bộ trao đổi nhiệt theo lưu lượng nước, W:

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

Cân bằng vật chất theo luồng không khí:

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

Cân bằng nhiệt cho tháp giải nhiệt:

Q gr =Q wgr; (12)

Cân bằng nhiệt của toàn bộ bộ trao đổi nhiệt (lượng nhiệt truyền qua mỗi luồng là như nhau):

Q wmo =Q mo ; (13)

Cân bằng nhiệt kết hợp của tháp giải nhiệt và bộ trao đổi nhiệt nước:

Q wgr =Q wmo; (14)

11. Giải các phương trình từ (7) đến (14), ta thu được các phụ thuộc sau:
Lưu lượng không khí khối dọc theo dòng phụ, kg/s:

Lưu lượng không khí khối dọc theo luồng không khí chính, kg/s:

G o = G p ; (16)

Lưu lượng khối lượng nước qua tháp giải nhiệt dọc theo dòng chính, kg/s:

12. Lượng nước cần thiết để nạp lại mạch nước của tháp giải nhiệt, kg/s:

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

13. Điện năng tiêu thụ trong chu trình được xác định bởi công suất tiêu thụ trên ổ quạt, W:

N trong =G o ∆i trong; (19)

Như vậy, tất cả các thông số cần thiết cho việc tính toán cấu trúc của các bộ phận của hệ thống làm mát không khí bay hơi gián tiếp đã được tìm thấy.

Lưu ý rằng luồng không khí làm việc được làm mát cung cấp cho người tiêu dùng (điểm “2”) có thể được làm mát bổ sung, ví dụ, bằng cách làm ẩm đoạn nhiệt hoặc bất kỳ phương pháp nào khác. Như một ví dụ trong hình. 4 biểu thị điểm “3*”, tương ứng với quá trình tạo ẩm đoạn nhiệt. Trong trường hợp này, các điểm “3*” và “4” trùng nhau (Hình 4).

Các khía cạnh thực tế của hệ thống làm mát bay hơi gián tiếp

Dựa trên thực tế tính toán hệ thống làm mát bay hơi gián tiếp, cần lưu ý rằng, theo quy luật, tốc độ dòng phụ là 30-70% dòng chính và phụ thuộc vào khả năng làm mát tiềm năng của không khí cung cấp cho hệ thống.

Nếu chúng ta so sánh việc làm mát bằng phương pháp bay hơi đoạn nhiệt và bay hơi gián tiếp thì từ sơ đồ I có thể thấy rằng trong trường hợp đầu tiên, không khí có nhiệt độ 28 ° C và độ ẩm tương đối 45% có thể được làm lạnh đến 19,5 ° C , trong khi ở trường hợp thứ hai - lên tới 15°C (Hình 6).

Sự bay hơi "giả gián tiếp"

Như đã đề cập ở trên, hệ thống làm mát bay hơi gián tiếp có thể đạt được nhiệt độ thấp hơn hệ thống tạo ẩm đoạn nhiệt truyền thống. Điều quan trọng cần nhấn mạnh là độ ẩm của không khí mong muốn không thay đổi. Những lợi ích tương tự so với tạo ẩm đoạn nhiệt có thể đạt được thông qua việc đưa vào luồng không khí phụ trợ.

Hiện tại có rất ít ứng dụng thực tế của hệ thống làm mát bay hơi gián tiếp. Tuy nhiên, các thiết bị có nguyên lý hoạt động tương tự nhưng hơi khác một chút đã xuất hiện: bộ trao đổi nhiệt không khí với độ ẩm đoạn nhiệt của không khí bên ngoài (hệ thống bay hơi “giả gián tiếp”, trong đó dòng thứ hai trong bộ trao đổi nhiệt không phải là một số phần được làm ẩm của dòng chính, nhưng một phần khác, mạch hoàn toàn độc lập).

Các thiết bị như vậy được sử dụng trong các hệ thống có lượng không khí tuần hoàn lớn cần làm mát: trong hệ thống điều hòa không khí cho tàu hỏa, khán phòng cho nhiều mục đích khác nhau, trung tâm xử lý dữ liệu và các cơ sở khác.

Mục đích của việc thực hiện chúng là giảm thời gian vận hành của thiết bị làm lạnh máy nén tiêu tốn nhiều năng lượng nhất có thể. Thay vào đó, đối với nhiệt độ bên ngoài lên tới 25°C (và đôi khi cao hơn), bộ trao đổi nhiệt không khí-không khí được sử dụng, trong đó không khí trong phòng tuần hoàn được làm mát bằng không khí bên ngoài.

Để thiết bị hoạt động hiệu quả hơn, không khí bên ngoài được làm ẩm trước. Trong các hệ thống phức tạp hơn, việc tạo ẩm cũng được thực hiện trong quá trình trao đổi nhiệt (bơm nước vào các kênh trao đổi nhiệt), điều này càng làm tăng hiệu quả của nó.

Nhờ sử dụng các giải pháp như vậy mà mức tiêu thụ năng lượng hiện tại của hệ thống điều hòa không khí giảm tới 80%. Mức tiêu thụ năng lượng hàng năm phụ thuộc vào vùng khí hậu hoạt động của hệ thống, trung bình giảm 30-60%.

Yuri Khomutsky, biên tập viên kỹ thuật của tạp chí Climate World

Bài viết sử dụng phương pháp của MSTU. N. E. Bauman đã tính toán hệ thống làm mát bay hơi gián tiếp.

Để phục vụ các phòng nhỏ riêng lẻ hoặc nhóm của họ, máy điều hòa không khí cục bộ có hệ thống làm mát bay hơi hai giai đoạn, dựa trên bộ trao đổi nhiệt làm mát bay hơi gián tiếp làm bằng ống cán nhôm, rất tiện lợi (Hình 139). Không khí được lọc trong bộ lọc 1 và cung cấp cho quạt 2, sau lỗ xả được chia thành hai luồng - chính 3 và phụ 6. Luồng không khí phụ đi vào bên trong các ống của bộ trao đổi nhiệt làm mát bay hơi gián tiếp 14 và cung cấp làm mát bay hơi của nước chảy xuống thành trong của ống. Luồng không khí chính đi từ phía vây của các ống trao đổi nhiệt và truyền nhiệt qua thành của chúng tới nước, được làm mát bằng quá trình bay hơi. Việc tuần hoàn nước trong bộ trao đổi nhiệt được thực hiện bằng bơm 4, lấy nước từ chảo 5 và cung cấp cho nước tưới qua các ống đục lỗ 15. Bộ trao đổi nhiệt làm mát bay hơi gián tiếp đóng vai trò giai đoạn đầu tiên trong quá trình làm mát bay hơi kết hợp hai giai đoạn máy điều hoà.

Hệ thống đang được xem xét bao gồm hai máy điều hòa không khí"

cái chính trong đó không khí được xử lý cho cơ sở dịch vụ và cái phụ - tháp giải nhiệt. Mục đích chính của tháp giải nhiệt là làm mát bằng bay hơi không khí của nước cấp cho giai đoạn đầu tiên của máy điều hòa không khí chính trong mùa ấm (bộ trao đổi nhiệt bề mặt PT). Giai đoạn 2 của điều hòa chính - buồng tưới OK, hoạt động ở chế độ tạo ẩm đoạn nhiệt, có kênh bypass - bypass B để điều chỉnh độ ẩm không khí trong phòng.

Ngoài máy điều hòa không khí - tháp giải nhiệt, tháp giải nhiệt công nghiệp, đài phun nước, bể phun sương,... có thể dùng để làm mát nước.Ở những vùng có khí hậu nóng ẩm, trong một số trường hợp, ngoài làm mát bay hơi gián tiếp, làm mát máy còn được sử dụng đã sử dụng.

hệ thống nhiều tầng tản nhiệt hơi. Giới hạn lý thuyết cho việc làm mát không khí sử dụng các hệ thống như vậy là nhiệt độ điểm sương.

Hệ thống điều hòa không khí sử dụng làm mát bay hơi trực tiếp và gián tiếp có phạm vi ứng dụng rộng hơn so với các hệ thống chỉ sử dụng làm mát bay hơi trực tiếp (đoạn nhiệt).

Làm mát bay hơi hai giai đoạn được biết là phù hợp nhất trong

những vùng có khí hậu khô và nóng. Với việc làm mát hai giai đoạn, có thể đạt được nhiệt độ thấp hơn, ít thay đổi không khí hơn và độ ẩm tương đối trong phòng thấp hơn so với làm mát một giai đoạn. Đặc tính làm mát hai giai đoạn này đã dẫn đến đề xuất chuyển hoàn toàn sang làm mát gián tiếp và một số đề xuất khác. Tuy nhiên, tất cả những yếu tố khác đều như nhau, tác động của hệ thống làm mát bay hơi khả thi phụ thuộc trực tiếp vào sự thay đổi trạng thái của không khí bên ngoài. Do đó, những hệ thống như vậy không phải lúc nào cũng đảm bảo duy trì các thông số không khí cần thiết trong phòng máy lạnh trong suốt mùa hoặc thậm chí một ngày. Có thể thu được ý tưởng về các điều kiện và ranh giới của việc sử dụng thích hợp hệ thống làm mát bay hơi hai giai đoạn bằng cách so sánh các thông số chuẩn hóa của không khí trong nhà với những thay đổi có thể có của các thông số không khí ngoài trời ở những khu vực có khí hậu khô và nóng.

việc tính toán các hệ thống như vậy phải được thực hiện bằng sơ đồ J-d theo trình tự sau.

Các điểm có thông số tính toán của không khí bên ngoài (H) và bên trong (B) được vẽ trên sơ đồ J-d. Trong ví dụ đang xem xét, theo thông số kỹ thuật thiết kế, các giá trị sau được chấp nhận: tн = 30 °С; tв = 24 °С; fv = 50%.

Đối với điểm H và B, ta xác định giá trị nhiệt độ của nhiệt kế ướt:

tmn = 19,72°C; tmv = 17,0°C.

Như bạn có thể thấy, giá trị của tmn cao hơn tmw gần 3 °C, do đó, để làm mát tốt hơn nước và sau đó là không khí cung cấp bên ngoài, nên cung cấp không khí được loại bỏ bằng hệ thống xả từ khuôn viên văn phòng đến tháp giải nhiệt.

Lưu ý rằng khi tính toán tháp giải nhiệt, lưu lượng không khí cần thiết có thể lớn hơn lưu lượng lấy ra khỏi phòng điều hòa. Trong trường hợp này, hỗn hợp khí bên ngoài và khí thải phải được cung cấp cho tháp giải nhiệt và nhiệt độ nhiệt kế ướt của hỗn hợp phải được lấy làm nhiệt độ tính toán.

Từ chương trình máy tính tính toán của các nhà sản xuất tháp giải nhiệt hàng đầu, chúng tôi thấy rằng chênh lệch tối thiểu giữa nhiệt độ nước cuối cùng ở đầu ra của tháp giải nhiệt tw1 và nhiệt độ nhiệt kế ướt twm của không khí cấp vào tháp giải nhiệt phải được lấy ở mức nhất là 2°C, nghĩa là:

tw2 =tw1 +(2,5...3) °C. (1)

Để đạt được khả năng làm mát không khí sâu hơn trong điều hòa trung tâm, nhiệt độ nước cuối cùng ở đầu ra của bộ làm mát không khí và ở đầu vào của tháp giải nhiệt tw2 được lấy cao hơn không quá 2,5 so với đầu ra của tháp giải nhiệt. là:

tвк ≥ tw2 +(1...2) °С. (2)

Xin lưu ý rằng nhiệt độ cuối cùng của không khí được làm mát và bề mặt của bộ làm mát không khí phụ thuộc vào nhiệt độ tw2, vì với luồng không khí và nước đi ngang, nhiệt độ cuối cùng của không khí được làm mát không thể thấp hơn tw2.

Thông thường, nhiệt độ cuối cùng của không khí được làm mát được khuyến nghị cao hơn nhiệt độ nước cuối cùng ở đầu ra của bộ làm mát không khí từ 1–2 °C:

tвк ≥ tw2 +(1...2) °С. (3)

Như vậy, nếu đáp ứng các yêu cầu (1, 2, 3), có thể thu được mối quan hệ nối nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí cấp vào tháp giải nhiệt và nhiệt độ cuối cùng của không khí rời khỏi bộ làm mát:

tвк =tвм +6 °С. (4)

Lưu ý rằng trong ví dụ ở Hình. 7.14 các giá trị lấy được là tbm = 19 °C và tw2 – tw1 = 4 °C. Nhưng với dữ liệu ban đầu như vậy, thay vì giá trị thiếc = 23 °C được chỉ ra trong ví dụ, có thể đạt được nhiệt độ không khí cuối cùng ở đầu ra của bộ làm mát không khí không thấp hơn 26–27 °C, điều này tạo nên toàn bộ sơ đồ. vô nghĩa ở tn = 28,5°C.

2018-08-15

Việc sử dụng hệ thống điều hòa không khí (ACS) với làm mát bay hơi là một trong những giải pháp tiết kiệm năng lượng trong thiết kế các tòa nhà và công trình hiện đại.

Ngày nay, người tiêu dùng năng lượng nhiệt và điện phổ biến nhất trong các tòa nhà hành chính và công cộng hiện đại là hệ thống thông gió và điều hòa không khí. Khi thiết kế các tòa nhà hành chính và công cộng hiện đại để giảm mức tiêu thụ năng lượng trong hệ thống thông gió và điều hòa không khí, cần ưu tiên đặc biệt cho việc giảm điện năng ở giai đoạn đạt được các thông số kỹ thuật và giảm chi phí vận hành. Giảm chi phí vận hành là điều quan trọng nhất đối với chủ sở hữu hoặc người thuê tài sản. Có rất nhiều phương pháp làm sẵn và nhiều biện pháp khác nhau để giảm chi phí năng lượng trong hệ thống điều hòa không khí, nhưng trên thực tế việc lựa chọn giải pháp tiết kiệm năng lượng là rất khó khăn.

Một trong nhiều hệ thống HVAC có thể được coi là tiết kiệm năng lượng là hệ thống điều hòa không khí làm mát bằng bay hơi được thảo luận trong bài viết này.

Chúng được sử dụng trong các cơ sở dân cư, công cộng và công nghiệp. Quá trình làm mát bay hơi trong hệ thống điều hòa không khí được cung cấp bởi các buồng vòi, màng, vòi và thiết bị tạo bọt. Các hệ thống đang được xem xét có thể có hệ thống làm mát bay hơi trực tiếp, gián tiếp hoặc hai giai đoạn.

Trong số các phương án trên, thiết bị làm mát không khí tiết kiệm nhất là hệ thống làm mát trực tiếp. Đối với họ, người ta cho rằng thiết bị tiêu chuẩn sẽ được sử dụng mà không cần sử dụng thêm nguồn thiết bị làm lạnh và lạnh nhân tạo.

Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều hòa không khí với làm mát bay hơi trực tiếp được thể hiện trong hình. 1.

Ưu điểm của các hệ thống như vậy bao gồm chi phí bảo trì tối thiểu trong quá trình vận hành, cũng như độ tin cậy và thiết kế đơn giản. Nhược điểm chính của chúng là không có khả năng duy trì các thông số không khí cung cấp, loại trừ sự tuần hoàn trong cơ sở được phục vụ và sự phụ thuộc vào điều kiện khí hậu bên ngoài.

Chi phí năng lượng trong các hệ thống như vậy được giảm xuống nhờ sự chuyển động của không khí và nước tuần hoàn trong các máy làm ẩm đoạn nhiệt được lắp đặt trong máy điều hòa không khí trung tâm. Khi sử dụng tạo ẩm đoạn nhiệt (làm mát) trong điều hòa không khí trung tâm, cần sử dụng nước có chất lượng uống được. Việc sử dụng các hệ thống như vậy có thể bị hạn chế ở những vùng khí hậu có khí hậu chủ yếu là khô.

Các lĩnh vực ứng dụng của hệ thống điều hòa không khí có làm mát bằng bay hơi là những đối tượng không yêu cầu duy trì chính xác các điều kiện nhiệt độ và độ ẩm. Thông thường chúng được điều hành bởi các doanh nghiệp trong các ngành công nghiệp khác nhau, nơi cần có một phương pháp rẻ tiền để làm mát không khí bên trong trong điều kiện cường độ nhiệt cao của cơ sở.

Lựa chọn tiếp theo để làm mát không khí trong hệ thống điều hòa không khí một cách tiết kiệm là sử dụng phương pháp làm mát bay hơi gián tiếp.

Hệ thống làm mát như vậy thường được sử dụng trong trường hợp không thể thu được các thông số không khí bên trong bằng cách sử dụng làm mát bay hơi trực tiếp, điều này làm tăng độ ẩm của không khí cung cấp. Trong sơ đồ "gián tiếp", không khí cung cấp được làm mát trong bộ trao đổi nhiệt thuộc loại phục hồi hoặc tái tạo khi tiếp xúc với luồng không khí phụ được làm mát bằng cách làm mát bay hơi.

Sơ đồ biến thể của hệ thống điều hòa không khí với hệ thống làm mát bay hơi gián tiếp và sử dụng bộ trao đổi nhiệt quay được thể hiện trong hình. 2. Sơ đồ SCR với làm mát bay hơi gián tiếp và sử dụng bộ trao đổi nhiệt thu hồi được thể hiện trong hình. 3.

Hệ thống điều hòa không khí làm mát bằng bay hơi gián tiếp được sử dụng khi cần cung cấp không khí mà không cần hút ẩm. Các thông số không khí cần thiết được hỗ trợ bởi các bộ đóng cục bộ được lắp đặt trong phòng. Việc xác định luồng không khí cung cấp được thực hiện theo tiêu chuẩn vệ sinh hoặc theo cân bằng không khí trong phòng.

Hệ thống điều hòa không khí làm mát bằng bay hơi gián tiếp sử dụng không khí bên ngoài hoặc khí thải làm không khí phụ. Nếu có sẵn máy đóng cục bộ thì máy đóng cục bộ được ưu tiên hơn vì nó làm tăng hiệu quả sử dụng năng lượng của quy trình. Cần lưu ý rằng không được phép sử dụng khí thải làm không khí phụ trợ khi có tạp chất độc hại, dễ nổ cũng như hàm lượng cao các hạt lơ lửng làm nhiễm bẩn bề mặt trao đổi nhiệt.

Không khí bên ngoài được sử dụng như một dòng phụ trợ trong trường hợp luồng khí thải vào không khí cung cấp thông qua rò rỉ trong bộ trao đổi nhiệt (tức là bộ trao đổi nhiệt) là không thể chấp nhận được.

Luồng không khí phụ được làm sạch trong các bộ lọc không khí trước khi được cung cấp để tạo ẩm. Thiết kế hệ thống điều hòa không khí với bộ trao đổi nhiệt tái tạo có hiệu suất năng lượng cao hơn và chi phí thiết bị thấp hơn.

Khi thiết kế và lựa chọn mạch điện cho hệ thống điều hòa không khí làm mát bay hơi gián tiếp, cần tính đến các biện pháp điều chỉnh quá trình thu hồi nhiệt trong mùa lạnh để tránh đóng băng các bộ trao đổi nhiệt. Cần phải cung cấp khả năng hâm nóng khí thải phía trước bộ trao đổi nhiệt, bỏ qua một phần không khí cung cấp trong bộ trao đổi nhiệt dạng tấm và điều chỉnh tốc độ quay trong bộ trao đổi nhiệt quay.

Sử dụng các biện pháp này sẽ ngăn chặn sự đóng băng của bộ trao đổi nhiệt. Ngoài ra, trong tính toán khi sử dụng khí thải làm dòng phụ trợ, cần kiểm tra khả năng hoạt động của hệ thống trong mùa lạnh.

Một hệ thống điều hòa không khí tiết kiệm năng lượng khác là hệ thống làm mát bay hơi hai giai đoạn. Làm mát không khí trong sơ đồ này được cung cấp theo hai giai đoạn: phương pháp bay hơi trực tiếp và bay hơi gián tiếp.

Hệ thống “hai giai đoạn” giúp điều chỉnh chính xác hơn các thông số không khí khi rời khỏi điều hòa trung tâm. Các hệ thống điều hòa không khí như vậy được sử dụng trong trường hợp cần làm mát không khí cung cấp nhiều hơn so với làm mát bay hơi trực tiếp hoặc gián tiếp.

Làm mát không khí trong hệ thống hai giai đoạn được cung cấp trong bộ trao đổi nhiệt dạng tấm, tái tạo hoặc trong bộ trao đổi nhiệt bề mặt với chất làm mát trung gian sử dụng luồng không khí phụ - trong giai đoạn đầu tiên. Làm mát không khí trong máy tạo độ ẩm đoạn nhiệt đang ở giai đoạn thứ hai. Các yêu cầu cơ bản đối với luồng không khí phụ, cũng như để kiểm tra hoạt động của SCR trong mùa lạnh, tương tự như các yêu cầu áp dụng cho mạch SCR có làm mát bay hơi gián tiếp.

Việc sử dụng hệ thống điều hòa không khí với khả năng làm mát bay hơi cho phép bạn đạt được kết quả tốt hơn mà việc sử dụng máy làm lạnh không thể đạt được.

Trong một số trường hợp, việc sử dụng các sơ đồ SCR với làm mát bay hơi, gián tiếp và hai giai đoạn cho phép từ bỏ việc sử dụng máy làm lạnh và làm lạnh nhân tạo, đồng thời cũng giảm đáng kể tải làm lạnh.

Bằng cách sử dụng ba sơ đồ này, hiệu quả năng lượng trong xử lý không khí thường đạt được, điều này rất quan trọng khi thiết kế các tòa nhà hiện đại.

Lịch sử của hệ thống làm mát không khí bay hơi

Qua nhiều thế kỷ, các nền văn minh đã tìm ra những phương pháp độc đáo để chống lại sức nóng trên lãnh thổ của họ. Một dạng hệ thống làm mát ban đầu, “máy hứng gió”, đã được phát minh cách đây hàng nghìn năm ở Ba Tư (Iran). Đây là hệ thống trục gió trên mái đón gió, truyền qua mặt nước và thổi không khí mát vào bên trong. Đáng chú ý là nhiều tòa nhà trong số này còn có sân với trữ lượng nước lớn nên nếu không có gió thì do quá trình bay hơi tự nhiên của nước, không khí nóng bốc lên làm bay hơi nước trong sân, sau đó không khí đã được làm mát đi qua tòa nhà. Ngày nay, Iran đã thay thế “máy đón gió” bằng máy làm mát bay hơi và sử dụng rộng rãi, thị trường Iran do khí hậu khô hạn nên đạt doanh thu 150 nghìn máy bay hơi mỗi năm.

Ở Mỹ, máy làm mát bay hơi là chủ đề của nhiều bằng sáng chế trong thế kỷ 20. Nhiều người trong số họ, từ năm 1906, đã đề xuất sử dụng dăm gỗ làm miếng đệm, mang một lượng lớn nước tiếp xúc với không khí chuyển động và duy trì sự bay hơi mạnh. Thiết kế tiêu chuẩn từ bằng sáng chế năm 1945 bao gồm một bình chứa nước (thường được trang bị van phao để điều chỉnh mực nước), một máy bơm để tuần hoàn nước qua các tấm lót dăm gỗ và một chiếc quạt để thổi không khí qua các tấm đệm vào khu vực sinh hoạt. Thiết kế và vật liệu này vẫn là trọng tâm của công nghệ làm mát bay hơi ở Tây Nam Hoa Kỳ. Ở khu vực này, chúng còn được sử dụng để tăng độ ẩm.

Làm mát bằng bay hơi phổ biến trong động cơ máy bay những năm 1930, chẳng hạn như động cơ của khí cầu Beardmore Tornado. Hệ thống này được sử dụng để giảm hoặc loại bỏ hoàn toàn bộ tản nhiệt, nếu không sẽ tạo ra lực cản khí động học đáng kể. Bộ làm mát bay hơi bên ngoài đã được lắp đặt trên một số phương tiện để làm mát bên trong. Chúng thường được bán dưới dạng phụ kiện bổ sung. Việc sử dụng các thiết bị làm mát bay hơi trong ô tô vẫn tiếp tục cho đến khi điều hòa không khí nén hơi trở nên phổ biến.

Làm mát bay hơi là một nguyên lý khác với các thiết bị làm lạnh nén hơi, mặc dù chúng cũng yêu cầu bay hơi (bay hơi là một phần của hệ thống). Trong chu trình nén hơi, sau khi chất làm lạnh bay hơi bên trong cuộn dây bay hơi, khí làm mát được nén và làm mát, ngưng tụ dưới áp suất thành trạng thái lỏng. Không giống như chu trình này, trong thiết bị làm mát bay hơi, nước chỉ bay hơi một lần. Nước bay hơi trong thiết bị làm mát được thải vào không gian có không khí được làm mát. Trong tháp giải nhiệt, nước bay hơi được dòng không khí mang đi.

1. Bogoslovsky V.N., Kokorin O.Ya., Petrov L.V. Điều hòa không khí và điện lạnh. - M.: Stroyizdat, 1985. 367 tr.
2. Barkalov B.V., Karpis E.E. Điều hòa không khí trong các tòa nhà công nghiệp, công cộng và dân cư. - M.: Stroyizdat, 1982. 312 tr.
3. Koroleva N.A., Tarabanov M.G., Kopyshkov A.V. Hệ thống thông gió và điều hòa không khí tiết kiệm năng lượng cho một trung tâm mua sắm lớn // ABOK, 2013. Số 1. trang 24–29.
4. Khomutsky Yu.N. Ứng dụng tạo ẩm đoạn nhiệt để làm mát không khí // Climate World, 2012. Số 73. trang 104–112.
5. Uchastkin P.V. Thông gió, điều hòa không khí và sưởi ấm trong các doanh nghiệp công nghiệp nhẹ: Sách giáo khoa. trợ cấp cho các trường đại học. - M.: Công nghiệp nhẹ, 1980. 343 tr.
6. Khomutsky Yu.N. Tính toán hệ thống làm mát bay hơi gián tiếp // Climate World, 2012. Số 71. trang 174–182.
7. Tarabanov M.G. Làm mát bay hơi gián tiếp nguồn cung cấp không khí bên ngoài trong SCR bằng thiết bị đóng cửa // ABOK, 2009. Số 3. trang 20–32.
8. Kokorin O.Ya. Hệ thống điều hòa không khí hiện đại. - M.: Fizmatlit, 2003. 272 ​​​​tr.