подписка на электронный дайджест
         
Контакты +7 (812) 336-95-69
  • Сегодня, 27 октября

  • Ближайшие мероприятия

    Показать все ближайшие мероприятия
  • Адиабатическое увлажнение воздуха в кондиционерах с DEC-системой. Расчет величины косвенного охлаждения

    В. Е. Воскресенский, профессор СПбГЛТУ

    А. М. Гримитлин, директор ООО НПП «Экоюрус-Венто»

    Система осушительного и испарительного охлаждения — Desiccative and Evaporative Cooling (DEC), применяемая в кондиционерах, принадлежит к «экологически чистым» системам, которые отвечают требованию «обеспечения устойчивости среды обитания», предъявляемому международными рейтинговыми программами LEED, BREEM, DGNB к инженерным системам ОВК нового поколения.

    В основе DEC-системы [1] лежит адиабатическое увлажнение приточного и вытяжного воздуха (см. справку), которое сопровождается его косвенным адиабатическим охлаждением на величину , определяемую из выражения , где tc, tм — температура воздуха перед адиабатическим увлажнителем по сухому и мокрому термометрам, °С; Е — эффективность увлажнителя в долях единицы.

    Однако в технической литературе отсутствует научно обоснованная методика определения значений температур tм и tc приточного и вытяжного воздуха перед адиабатическим увлажнителем, что затрудняет получение точных величин  при изменяющихся значениях температуры t1 и влагосодержания d1 наружного воздуха.

    Справка [2]. Адиабатическим увлажнением называется процесс повышения влагосодержания воздуха с сохранением энтальпии — без подвода или отвода энергии из системы. Увлажнители, работающие по этому принципу, распыляют воду в виде мельчайших капель, которые моментально испаряются в воздухе.

    рисунок график

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Рис. 1. Процесс адиабатического увлажнения воздуха

    Поскольку подобный процесс сам по себе является энергозатратным, для испарения 1 кг воды требуется подвести энергию около 0,71 кВт·ч, таким образом происходит отбор явной теплоты от воздуха и перевод ее в скрытую теплоту, т. е. с понижением температуры (рис. 1).

    В статье на примере рассмотрения параметров воздушных потоков линий вытяжки и притока кондиционера с классической DEC-системой [1] по зонам тепловлажностного состояния воздуха (рис. 2) приводится вывод аналитических зависимостей для определения температуры по мокрому термометру приточного tм4 и tм6 вытяжного воздуха перед адиабатическими увлажнителями 8 и 9, а также алгоритм определения величины косвенного адиабатического охлаждения воздушных потоков  и дефицита влаги Dd5,4, Dd7,6 перед адиабатическими увлажнителями, необходимого для расчета  производительности увлажнителей.

    Принципиальная схема кондиционера с классической DEC-системой приведена на рис. 2.

    кондиционер 2015_1 для статьи

     

     

     

     

     

     

     

    Рис. 2. Принципиальная схема кондиционера с классической DEC-системой и нумерацией зон тепловлажностного состояния воздушных потоков линий вытяжки и притока:

    1, 2 — приточная и вытяжная камеры; 3, 4 — радиальные вентиляторы приточной и вытяжной камер; 5 — DEC-система; 6 — адсорбционный роторный рекуператор; 7 — роторный теплообменник; 8, 9 — адиабатические увлажнители приточного и вытяжного воздуха; 10 — нагреватель вытяжного воздуха; зоны 1–11 с параметрами ti, di, ji, ii

    Вывод аналитической зависимости для tм4 в зоне 4 кондиционера

    Адиабатическое увлажнение приточного воздуха в зоне 4 кондиционера осуществляют в холодный период года. Вывод аналитической зависимости для определения температуры приточного воздуха по мокрому термометру tм4 перед адиабатическим увлажнителем построен на следующих основополагающих принципах:

    1.  Удельные энтальпии приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем i4 и после адиабатического увлажнителя i5 равны между собой (i4 = i5).

    2. Удельная энтальпия приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем i4 равна удельной энтальпии насыщенного влагой приточного воздуха , определяемой по температуре мокрого термометра tм4 и влагосодержанию насыщенного воздуха

    3. На id-диаграмме удельные энтальпии i4, iн4м и i5 совмещены между собой, а координаты температуры приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя t5 при влагосодержании d5 и перед адиабатическим увлажнителем по сухому t4 и мокрому tм4 термометрам при влагосодержаниях d4 и  лежат на одной изоэнтальпии.

    4. Косвенное адиабатическое охлаждение приточного воздуха с температуры t4 до температуры t5 при адиабатическом увлажнении протекает на i-d-диаграмме по изоэнтальпии i4.

    5. При определении температуры приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем по мокрому термометру tм4 следует учитывать конечную температуру приточного воздуха после адиабатического увлажнителя t5 и влагосодержание приточного воздуха d4 перед адиабатическим увлажнителем.

    При выводе аналитической зависимости для определения температуры tм4 использовались следующие формулы [3]:

    удельная энтальпия приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем i4 (зона 4 на рис. 1)

    i4 = Cpct4 + (Српt4 + r0) d4·10–3;         (1)

    удельная энтальпия насыщенного влагой приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем  (зона 4 на рис. 1)

    iH4M= Cpctм4 + (Српtм4 + r0) dн4·10–3;           (2)

    величина косвенного адиабатического охлаждения приточного воздуха, обеспечиваемая при его адиабатическом увлажнении

    Δtадохл= (t4tм4) Е.                                                          (3)

    Температура приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем (зона 4, рис. 1)

    формула 4

    (4)

    В формулах (1)÷(4) обозначено:

    Cpc— удельная изобарная массовая теплоемкость сухого воздуха, кДж/(кг·К), Cpc= 1,005;

    Cpп — удельная изобарная массовая теплоемкость водяного пара, кДж/(кг·К), Cpп = 1,805;

    r0 — удельная массовая теплота парообразования при t = 0 °C, r0 = 2501 кДж/кг;

    t4, tм4 — температура приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем соответственно по сухому (t4) и мокрому (tм4) термометрам, °С;

    d4 — влагосодержание приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем при t4, г/кг сух. возд.;

    dн4 — влагосодержание насыщенного влагой приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем при tм4, г/кг сух. возд.;

    Е — коэффициент эффективности адиабатического увлажнителя.

    Из (4) имеем

    формула 5(5)

     

    Из (1) имеем

    формула 6(6)

     

    Производим в (6) замену  где Км — число значений tм4 в .

    Получим

    формула 7(7)

     

     

    Приравнивая (5) и (7) и решая систему из двух уравнений относительно tм4, получаем аналитическую зависимость для определения температуры приточного воздуха по мокрому термометру tм4 перед адиабатическим увлажнителем 8:

    формула 8(8)

     

    Производим в (8) следующие замены:

    (1 – Е) r0 = (1 – 0,85) 2501 = 375,15

    Км (1 – Е) = Км (1 – 0,85) = 0,15 Км.

    Окончательно получаем аналитическую зависимость для определения температуры tм4, удобную для инженерных расчетов,

    формула 9(9)

     

    Температура приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя t5 DEC-системы задается проектировщиком, а точность ее определения с применением полученной по (9) температуры tм4 проверяется по алгоритму и формулам, приведенным в табл. 1.

    Точность получения расчетных значений t5 относительно заданного проектировщиком значения t5 зависит от точности определения в (9) коэффициента KM = iH4M /tM4.

    Таблица 1.

    Алгоритм и расчетные формулы для определения параметров приточного воздуха tм4, t4,  и Dd 5,4 в холодный период года при t1 = 10÷(–30) °C, j1 = 0,83; t6 = 23 °C; j6 = 0,5 и для получения приточного воздуха с t5 = 19 °C и высокой относительной влажностью  j5 > 0,75

    Зона Параметры Формулы Результаты расчета при t1, °C
    t1 = 10 t1 = 0 t1 = –1 t1 = –30
    1 d1, г/кг сух. возд. 1

    при Рбар = 101 000 Па

    6,343,142,890,194

    6d6, г/кг сух. возд.

    2

    при Рбар = 101 000 Па

    8,778,778,778,779d9, г/кг сух. возд.d9 = d8 = d7 = d68,778,778,778,772d2, г/кг сух. возд. 37,435,675,544,054d4, г/кг сух. возд.d4 = d3 = d27,435,675,544,054tм4, °С4при t5 = 19 °С17,2Км = 2,8116,7Км = 2,8116,6Км = 2,8116,2Км = 2,814dн4, г/кг сух. возд.по справочным таблицам12,326411,934211,857211,55334, кДж/кг

     iH4MCpctм++ (Срп tм4 r0)dн4 · 10–3

    48,547,046,745,54i4, кДж/кгi4= Cpct4 ++ (Српt4 + r0)d4 · 10–3i4 = iH4M48,547,046,745,54t4, °С 129,432,332,435,04, °С 110,413,313,416,05t5, °С

     

    1

    (Проверка)

    19,019,019,019,05i5, кДж/кг

    i5 = Cpct5 + (Српt5 + r0)d5 · 10-3

    i5 = i4

    48,547,046,745,55d5, г/кг сух. возд. 111,611,010,8910,425,4Δd 5,4, г/кг сух. возд.Δd 5,4 = d5 d44,175,335,356,355Рп5, Па

     

    1при Рбар = 101 000 Па

    1849,11755,11739,41664,15Рн5, Па

    По справочным таблицам2197,82197,82197,82197,85Δ5Δ5= Рп5/ Рн50,840,80,790,76

    Из табл. 1 следует, что для получения постоянного значения температуры приточного воздуха t5 = 19 °C в холодный период года, при изменении температуры наружного воздуха в диапазоне t1 = 10÷(–30) °C, при параметрах вытяжного воздуха t6 = 23 °C, d6 = 8,77 г/кг сух. возд. и совместном использовании адсорбционного колеса Hoval с эффективностью рекуперации влаги  ΦR1d= 0,45 [4] и адиабатического увлажнителя происходит следующее изменение значений параметров приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем:

    • влагосодержание d4 уменьшается с 7,43 до 4,05 г/кг сух. возд.;

    • температура по мокрому термометру tм4 уменьшается с 17,2 до 16,2 °С;

    • удельная энтальпия i4 = iH4M уменьшается с 48,5 до 45,5 кДж/кг;

    • температура по сухому термометру t4 увеличивается с 29,4 до 35,0 °С;

    • величина косвенного адиабатического охлаждения Δtадохл увеличивается с 10,4 до 16,0 °С;

    • величина дефицита влаги перед адиабатическим увлажнителем D5,4 увеличивается c 4,17 до 6,35 г/кг сух. возд.;

    • относительная влажность приточного воздуха j5 уменьшается с 0,84 до 0,76.

    Приведенный в табл. 1 алгоритм определения величины косвенного адиабатического охлаждения Δtадохл приточного воздуха  при его адиабатическом увлажнении и совместном использовании адсорбционного колеса Hoval с применением аналитической зависимости (9) для определения температуры приточного воздуха по мокрому термометру tм4 перед адиабатическим увлажнителем обеспечивает в диапазоне изменения температуры наружного воздуха t1 = 10÷(–30) °C получение точного значения температуры приточного воздуха t5 = 19 °C на выходе из адиабатического увлажнителя.

    Вывод аналитической зависимости для tм6 в зоне 6 кондиционера.

    Адиабатическое увлажнение вытяжного воздуха в зоне 6 осуществляют только в теплый период года. Целью адиабатического увлажнения вытяжного воздуха является получение косвенного адиабатического охлаждения вытяжного воздуха на величину Δtадохл, рекуперация холода вытяжного воздуха роторным теплообменником и передача полученного холода приточному воздуху.

    При выводе аналитической зависимости для определения температуры вытяжного воздуха по мокрому термометру tм6 в зоне 6 кондиционера использовались зависимости (10) и (11), которые составлены по аналогии с зависимостями (5) и (6) для приточного воздуха

    10(10)

     

    11(11)

     

    Производим в (11) замену i6 = iMH6 = Kмtм6,  где Kм — число значений tм6 в iMH6.

    Получим

    12(12)

     

    Приравнивая (10) и (12) и решая систему из двух уравнений относительно tм6, получаем аналитическую зависимость для определения температуры приточного воздуха по мокрому термометру tм6 перед адиабатическим увлажнителем 9:

    13(13)

     

    Температура вытяжного воздуха t7 на выходе из адиабатического увлажнителя 9 в (13) определяется по аналитической зависимости (14), которая получена путем решения системы двух уравнений (10) и (12) относительно t7.

    14(14)

     

     

    Алгоритм и расчетные формулы для определения параметров вытяжного воздуха t7, tм6,  и Dd 7,6 в теплый период года в диапазоне изменения температуры наружного воздуха t1 = 11÷35 °С и вытяжного воздуха в диапазоне t6 = 23÷28 °С приведены в табл. 2

    Таблица 2.

    Алгоритм и расчетные формулы для определения параметров вытяжного воздуха t7, tм6, и Dd 7,6 в теплый период года при t1 = 11÷35 °С, j1 = 0,4; t6 = 23÷28 °С, j6 = 0,5

    Зона Параметры Формулы Результаты расчета при t1, °С
    t1 = 11 t1 = 35
    6 t6, °C Задается проектировщиком при j6 = 0,5 23,0 28,0
    6 d6, г/кг сух. возд. 2

    Рбар = 100 000 Па

    8,8611,99

    6i6, кДж/кгi6 = Cpct6 + (Српt6 + r0)d6 · 10–345,658,77t7, °C 317,2Км = 2,8121,4Км = 2,96tм6, °C 416,2Км = 2,8120,2Км = 2,96  °C5 65,86,67t7, °C

    7

    Проверка

    17,221,47i7, кДж/кг

    i7 = Cpct7 + (Српt7 + r0)d7 · 10–3

    i7 = i6

    45,658,77d7, г/кг сух. возд.8Рбар = 100 000 Па11,114,647,6Δd 7,6,г/кг сух. возд.Δd 7,6 = d7 d62,242,65

     

    Заключение

    1. Полученные авторами аналитические зависимости (9), (13), (14) для определения температур по мокрому термометру приточного tм4 и вытяжного tм6 воздуха перед адиабатическим увлажнителем и температуры вытяжного воздуха t7 на выходе из адиабатического увлажнителя вносят вклад в теорию косвенного адиабатического охлаждения воздуха, образуемого при его адиабатическом увлажнении, и обеспечивают получение точных значений величины.

    2. Адсорбционное колесо Hoval рекуперирует влагу вытяжного воздуха и передает ее приточному воздуху, увеличивая величину влагосодержания приточного воздуха d4 в холодный период года и уменьшая дефицит влаги

    Dd 5,4 перед адиабатическим увлажнителем 8, что удешевляет процесс адиабатического увлажнения приточного воздуха за счет уменьшения производительности увлажнителя, обеспечивающего снижение эксплуатационных расходов на деминерализацию воды в установке обратного осмоса и ее подачу в распылительные форсунки.

     

    Литература

    1. Шилкин Н. В. Климатический центр Klimahaus в Бременхафене. ЭСКО Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы», № 5, май 2012 г.

    2. TERMOCOMengineering, CAREL Rus. Возможности адиабатического увлажнения // Энергосбережение. 2015. № 6. С. 26–28.

    3. Воскресенский В. Е. Системы пневмотранспорта, пылеулавливания и вентиляции на деревообрабатывающих предприятиях. Теория и практика: в 2 т. Т. 2, ч. 2: Системы вентиляции: учебное пособие. СПб.: АВОК «Северо-Запад», 2012. 704 с.: ил.

    4. Справочник по проектированию, монтажу и эксплуатации. Ротационные теплообменники для рекуперации тепловой энергии в вентиляционных установках. Hoval, 27 с. hoval-rekuperaciyatepla.ru/zoolu-website/media/document/4640/

     

    Скачать статью в pdf-формате: Адиабатическое увлажнение воздуха в кондиционерах с DEC-системой. Расчет величины косвенного охлаждения