Екологія споживання. Історія створення кондиціонера прямого випарного охолодження. Відмінності прямого і непрямого охолодження. Варіанти застосування кондиціонерів випарного типу

Охолодження і зволоження повітря за допомогою випарного охолодження - це абсолютно природний процес, в якому вода використовується як охолоджуюча середовище, а тепло ефективно розсіюється в атмосфері. Використовуються прості закономірності - при випаровуванні рідини відбувається поглащение тепла або виділення холоду. Ефективність випаровування - збільшується при збільшенні швидкості повітря, що забезпечує примусова циркуляція вентилятора.

Температура сухого повітря може бути істотно знижена за допомогою фазового переходу рідкої води в пар, і цей процес вимагає значно менше енергії, ніж компрессионное охолодження. У дуже сухому кліматі випарне охолодження має також ту перевагу, що при кондиціонуванні повітря збільшує його вологість, і це створює більше комфорту для людей, що знаходяться в приміщенні. Однак, на відміну від парокомпрессионного охолодження, воно вимагає постійного джерела води, і в процесі експлуатації постійно її споживає.

Історія розвитку

Протягом століть цивілізації знаходили оригінальні методи боротьби зі спекою на своїх територіях. Рання форма охолоджуючої системи, «ловець вітру», була винайдена багато тисяч років тому в Персії (Іран). Це була система вітряних валів на даху, які вловлювали вітер, пропускали його через воду, і задував охолоджене повітря у внутрішні приміщення. Примітно, що багато хто з цих будівель також мали двори з великими запасами води, тому, якщо не було вітру, то в результаті природного процесу випаровування води гаряче повітря, піднімаючись вгору, випаровував воду у дворі, після чого вже охолоджене повітря проходив через будівлю. В наші дні Іран замінив ловців вітру на випарні охолоджувачі і широко їх використовує, а ринок за рахунок сухого клімату - досягає обороту за рік в 150.000 випарників.

У США випарний охолоджувач в двадцятому столітті був об'єктом численних патентів. Багато з яких, починаючи з 1906р., Пропонували використовувати деревну стружку, як прокладку переносить велику кількість води при контакті з рухомим повітрям, і підтримуючу інтенсивне випаровування. Стандартна конструкція, як показано в патенті 1945р., Включає водяний резервуар (зазвичай оснащений поплавковим клапаном для регулювання рівня), насос для циркуляції води через прокладки з деревних стружок, і вентилятор для подачі повітря через прокладки в житлові приміщення. Ця конструкція і матеріали залишаються основними, в технології випарних охолоджувачів, на південному заході США. У цьому регіоні вони додатково використовуються для збільшення вологості.

Випарне охолодження було поширене в авіаційних двигунах 1930-х років, наприклад, в двигуні для дирижабля Beardmore Tornado. Ця система була використана для зменшення або повного виключення радіатора, який в іншому випадку міг би створити істотне аеродинамічний опір. У цих системах вода в двигуні підтримувалася під тиском за допомогою насосів, які давали можливість їй нагріватися до температури понад 100 ° C, оскільки фактична точка кипіння залежить від тиску. Перегріта вода розпорошуватися через сопло на відкриту трубу, де миттєво випаровувалася, приймаючи її тепло. Ці труби могли бути розташовані під поверхнею літака для створення нульового опору.

Зовнішні прилади випарного охолодження встановлювалися на деякі автомобілі для охолодження салону. Найчастіше вони продавалися як додаткові аксесуари. Використання приладів випарного охолодження в автомобілях тривало до тих пір, поки не набуло широкого поширення парокомпрессионной кондиціонування повітря.

Принцип випарного охолодження відрізняється від того, на якому працюють апарати парокомпрессионного охолодження, хоча вони також вимагають випаровування (випаровування є частиною системи). У парокомпрессионной циклі, після випаровування холодоагенту усередині випарного змійовика, охолоджує газ стискається і охолоджується, під тиском конденсуючись в рідкий стан. На відміну від цього циклу, в випарному охолоджувачі вода випаровується тільки один раз. Іспарённая вода в охолоджувальному приладі виводиться в простір з охолодженим повітрям. У градирні випарувалася вода несеться потоком повітря.

Варіанти застосування випарного охолодження

Розрізняють випарне охолодження повітря пряме, косе, і двоступенева (пряме і непряме). Пряме випарне охолодження повітря засноване на ізоентальпійном процесі і використовується в кондиціонерах в холодну пору року; в теплу пору воно можливе лише при відсутності або незначних Вологовиділення в приміщенні і низькому влагосодержании зовнішнього повітря. Кілька розширює межі його застосування байпасірованіе камери зрошення.

Пряме випарне охолодження повітря доцільно в умовах сухого і жаркого клімату в припливної системі вентиляції.

Непряме випарне охолодження повітря здійснюється в поверхневих повітроохолоджувачах. Для охолодження води, що циркулює в поверхневому теплообміннику, використовують допоміжний контактний апарат (градірню). Для непрямого випарного охолодження повітря можна використовувати апарати суміщеного типу, в яких теплообмінник виконує одночасно обидві функції - нагрівання та охолодження. Такі апарати аналогічні повітряним рекуперативним теплообмінникам.

За однією групі каналів проходить охолоджуваний повітря, внутрішня поверхня другої групи зрошується водою, що стікає в піддон, а потім знову розбризкується. При контакті з проходять в другій групі каналів викидних повітрям відбувається випарне охолодження води, в результаті чого повітря в першій групі каналів охолоджується. Непряме випарне охолодження повітря дозволяє знизити продуктивність системи кондиціонування воедуха в порівнянні з її продуктивністю при прямому випарному охолодженні повітря і розширює можливості використання цього принципу, тому що влагосодержание припливного повітря в другому випадку менше.

При двухступенчатом випарному охолодженні повітря використовують послідовне непряме і пряме випарне охолодження повітря в кондиціонері. При цьому установку для непрямого випарного охолодження повітря доповнюють зрошувальної форсуночного камерою, яка працює в режимі прямого випарного охолодження. Типові зрошувальні форсункові камери використовують в системах випарного охолодження повітря як градирні. Крім одноступінчастого непрямого випарного охолодження повітря можливо багатоступінчате, в якому здійснюється більш глибоке охолодження повітря, - це так звана Безкомпресорні система кондиціонування воедуха.

Пряме випарне охолодження (відкритий цикл) використовується для зниження температури повітря за допомогою питомої теплоти випаровування, змінюючи рідкий стан води на газоподібне. У цьому процесі енергія в повітрі не змінюється. Сухий, тепле повітря замінюється на прохолодний і вологий. Тепло зовнішнього повітря використовується для випаровування води.

Непряме випарне охолодження (закритий цикл) процес схожий на пряме випарне охолодження, але використовує певний тип теплообмінника. В цьому випадку вологий, охолоджене повітря не контактує з кондиціонує середовищем.

Двостадійне випарне охолодження, або непряме / пряме.

Традиційні випарні охолоджувачі використовують тільки частина енергії необхідної апаратів парокомпрессионного охолодження або систем адсорбционного кондиціонування. На жаль, вони підвищують вологість повітря до дискомфортного рівня (за винятком дуже сухих кліматичних зон). Двостадійні випарні охолоджувачі не підвищують рівень вологості настільки, наскільки це роблять стандартні одноступінчасті випарні охолоджувачі.

На першій стадії двухстадийного охолоджувача, тепле повітря охолоджується непрямим шляхом без збільшення вологості (за допомогою проходження через теплообмінник, охолоджуваний випаровуванням зовні). У прямій стадії попередньо охолоджене повітря проходить через просочену водою прокладку, додатково охолоджується і стає більш вологим. Оскільки в процес включена перша, предохлаждающая стадія, на стадії прямого випаровування необхідно менше вологості для досягнення необхідних температур. В результаті, за словами виробників, процес охолоджує повітря з відносною вологістю в межах 50 - 70%, в залежності від клімату. Для порівняння традиційні системи охолодження підвищують вологість повітря до 70 - 80%.

призначення

При проектуванні центральної припливної системи вентиляції можливо оснастити повітрозабір испарительной секцією і так істотно знизити витрати на охолодження повітря в теплий період року.

У холодний і перехідний періоди року, при нагріванні повітря приточними калориферами систем вентиляції або повітря всередині приміщення системами опалення - повітря нагрівається і зростає його фізична можливість асимілювати (увібрати) в себе, при збільшенні температури - вологу. Або, чим вище температура повітря - тим більше вологи він може в себе асимілювати. Наприклад, при нагріванні зовнішнього повітря калорифером системою вентиляції з температури -220С і вологості 86% (параметр зовнішнього повітря для ХП м.Києва), до + 200С - вологість падає нижче граничних меж для біологічних організмів до неприпустимих 5-8% вологості повітря. Низька вологість повітря - негативно впливає на шкіру і слизові оболонки людини, особливо хворих на астму або легеневими захворюваннями. Нормована для житлових і адміністративних приміщень вологість повітря: від 30 до 60%.

Випарне охолодження повітря супроводжується виділенням вологи або збільшення вологості повітря, до високого насичення вологості повітря 60-70%.

переваги

Обсяг випаровування - і, відповідно, теплоперенос - залежить від температури зовнішнього повітря по мокрому термометру яка, особливо влітку, набагато нижче, ніж еквівалентна температура по сухому термометру. Наприклад, в спекотні літні дні, коли температура по сухому термометру перевищує 40 ° C, випарне охолодження може охолодити воду до 25 ° C або охолоджувати повітря.
Оскільки випаровування видаляє набагато більше тепла, ніж стандартний фізичний теплоперенос, для теплопереносу використовується в чотири рази менша витрата повітря в порівнянні зі звичайними методами охолодження повітря, що зберігає значну кількість енергії.

Випарне охолодження в порівнянні з традиційними способами кондиціонування повітря На відміну від інших видів кондиціонування повітря охолодження повітря випарного типу (біо-охолодження) не використовує в якості холодоагентів шкідливі гази (фреон та інші), які завдають шкоди навколишньому середовищу. Воно також споживає менше електрики, економлячи таким чином електроенергію, природні ресурси і до 80% експлуатаційних витрат в порівнянні з кондиціонуванням повітря іншими системами.

недоліки

Низька ефективність роботи у вологому кліматі.
Підвищення вологості повітря, що в деяких випадках небажано - вихід двухстадийное випаровування, де повітря не контактує і не насичується вологою.

Принцип роботи (варіант 1)

Процес охолодження здійснюється за рахунок тісного контакту вода і повітря, і перенесення тепла в повітря шляхом випаровування невеликої кількості води. Далі тепло розсіюється через що виходить з установки теплий і насичений вологою повітря.

позначення:

1 - подача води
2 - система роздачі води для зрошення воздухопропускной касет
3 - поверхня теплопередачі за допомогою двох касет
4 - нагнітач повітря (вентилятор або патрубок вентсистеми)
5 - повітрозабір
6 - піддон збору стекла води
7 - випуск (обратка) холодної води
8 - подача насиченого вологою повітря
9 - краплевловлювачі

Принцип роботи (варіант 2) - установка на воздухозаборе

до

після

Установки випарного охолодження

Існують різні типи установок для випарного охолодження, але всі вони мають:
- секцію теплообміну або теплопереносу, постійно змочувати водою методом зрошення,
- систему вентиляторів для примусової циркуляції зовнішнього повітря через секцію теплообміну,
- інші допоміжні компоненти, такі як піддон для збору води, краплевловлювачі і органи управління.

Приклад варіанту застосування для охолодження шаф серверної

опубліковано econet.ru