В системах отопления, вентиляции и кондиционирования адиабатическое испарение обычно ассоциируется с увлажнением воздуха, однако в последнее время данный процесс приобретает растущую популярность в самых разных странах мира и все чаще применяется для «естественного» охлаждения воздуха.
В современной климатической технике большое внимание уделяется энергоэффективности оборудования. Этим объясняется возросший в последнее время интерес к водоиспарительным системам охлаждения на основе косвенно-испарительных теплообменных аппаратов (косвенно-испарительные системы охлаждения). Водоиспарительные системы охлаждения могут оказаться эффективным решением для многих регионов нашей страны, климат которых отличается относительно низкой влажностью воздуха. Вода как хладагент уникальна — она обладает большой теплоемкостью и скрытой теплотой парообразования, безвредна и доступна. Кроме того, вода хорошо изучена, что позволяет достаточно точно предсказывать ее поведение в различных технических системах.
Что такое испарительное охлаждение?
Особенности систем охлаждения с косвенно-испарительными теплообменниками
Главной особенностью и преимуществом косвенно-испарительных систем является возможность охлаждения воздуха до температуры ниже температуры мокрого термометра. Так, технология обычного испарительного охлаждения (в увлажнителях адиабатного типа), когда в поток воздуха впрыскивается вода, не только понижает температуру воздуха, но и увеличивает его влагосодержание. При этом линия процесса на I d-диаграмме (см.рисунок ниже)влажного воздуха идет по адиабате, а минимально возможная температура соответствует точке «2».
В косвенно-испарительных же системах воздух может быть охлажден до точки «3». Процесс на диаграмме в данном случае идет вертикально вниз по линии постоянного влагосодержания. В результате получаемая температура оказывается ниже, а влагосодержание воздуха не растет (остается постоянным).
Кроме того, водоиспарительные системы обладают следующими положительными качествами:
- Возможность совместного получения охлажденного воздуха и холодной воды.
- Малое энергопотребление. Основными потребителями электроэнергии являются вентиляторы и водяные насосы.
- Высокая надежность, обусловленная отсутствием сложных машин и использованием неагрессивного рабочего тела — воды.
- Экологическая чистота: низкий уровень шума и вибраций, неагрессивное рабочее тело, малая экологическая вредность промышленного производства системы в силу малой трудоемкости изготовления.
- Простота конструктивного исполнения и относительно низкая стоимость, связанные с отсутствием жестких требований к герметичности системы и ее отдельных узлов, отсутствием сложных и дорогих машин (холодильных компрессоров), малыми избыточными давлениями в цикле, низкой металлоемкостью и возможностью широкого использования пластмасс.
Системы охлаждения, использующие эффект поглощения теплоты при испарении воды, известны очень давно. Однако на данный момент водоиспарительные системы охлаждения распространены недостаточно широко. Практически вся ниша промышленных и бытовых систем охлаждения в области умеренных температур заполнена хладоновыми парокомпрессионными системами.
Такая ситуация, очевидно, связана с проблемами эксплуатации водоиспарительных систем при отрицательных температурах и их непригодностью к эксплуатации при высокой относительной влажности наружного воздуха. Сказалось и то, что основные аппараты подобных систем (градирни, теплообменники), использовавшиеся ранее, обладали большими габаритами, массой и другими недостатками, связанными с работой в условиях высокой влажности. Кроме того, им требовалась система водоподготовки.
Прямое испарительное охлаждение
Косвенное испарительное охлаждение
Система косвенного охлаждения с применением адиабатического увлажнителя CAREL серии humiFog:
1.Насосная установка и зональный контроллер для увлажнения зимой
2. Зональный контроллер для охлаждения летом
3. Линия подачи воды под давлением
4a. Стойка для охлаждения летом
|
4b. Стойка для увлажнения зимой
5. Каплеотделитель
6. Установка рекуперации тепла
|
Оценка затрат косвенной системы адиабатического охлаждения по сравнению с охлаждением с использованием чиллеров
На примере офисного центра с постоянным пребыванием 2000 человек
Условия расчета | |
Уличная температура и влагосодержание: | +32ºС, 10,12 г/кг (показатели взяты для г. Москвы) |
Температура воздуха в помещении: | +20 ºС |
Вентиляционная система: | 4 приточно-вытяжные установки производительностью 30 000 м3/ч (подача воздуха по санитарным нормам) |
Мощность системы охлаждения с учетом вентиляции: | 2500 кВт |
Температура приточного воздуха: | +20 ºС |
Температура вытяжного воздуха: | +23 ºС |
Эффективность рекуперации по явному теплу: | 65% |
Централизованная система охлаждения: | Система чиллер-фэнкойл с температурой воды 7/12ºС |
Расчет:
- Для расчета вычисляем относительную влажность воздуха на вытяжке.
- При температуре в системе охлаждения 7/12 °С точка росы вытяжного воздуха с учетом внутренних влаговыделений составит +8 °С.
- Относительная влажность воздуха на вытяжке составит 38%.
Без косвенного охлаждения | С косвенным охлаждением | |
Температура приточного воздуха после рекуператора | 26,2 ºС | 20,2 ºС |
Требуемая холодильная мощность (4 установки) | 249,2 кВт (62,3 кВт × 4) | 8,04 кВт (2,01 кВт × 4) |
Капитальные затраты | 49 840 €* Стоимость чиллера мощностью охлаждения 249,2 кВт, исходя из цены 200 € за 1 кВт холодильной мощности. |
30 280 € Стоимость 4 стоек увлажнения Optimist производства Carel (Италия). |
Потребление электроэнергии | 83 кВт | 1,5 кВт |
Эксплуатационные затраты | 7,48 € за 1 час эксплуатации | 0,343 € за 1 час эксплуатации |
Капитальные затраты
- Капитальные затраты на охлаждение приточного воздуха для системы с косвенным охлаждением.
- Капитальные затраты на охлаждение приточного воздуха без системы косвенного охлаждения.
Эксплуатационные затраты
- Эксплуатационные расходы на охлаждение приточного воздуха для системы с косвенным охлаждением.
- Эксплуатационные расходы на охлаждение приточного воздуха без системы косвенного охлаждения.
Требуемая холодильная мощность составляет 62,3 кВт на одну приточно-вытяжную установку.
В заключение:
Таким образом, несмотря на то, что охлаждение свежего воздуха составляет примерно 10–20% от общей потребности в охлаждении офисных и торговых центров, именно здесь имеются наибольшие резервы в повышении энергоэффективности здания без существенного роста капитальных затрат.