Get Adobe Flash player

ДВЕ ТЕХНОЛОГИИ ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

 

Введение

"Прямое испарительное охлаждение - хорошо известный, широко применяемый и очень рентабельный метод для охлаждения воздуха. Однако, как правило, температура подачи не очень низкая из-за ограничения по физическим законам. Чтобы иметь возможность значительно снизить температуру, была изобретена двухступенчатая конфигурация испарительного охлаждения. В этом отчете сравнительный расчет двухступенчатого испарительного охладителя по сравнению со стандартным прямым испарительного охлаждения, с точки зрения температуры подачи и охлаждения.

 

Условия проектирования

Внутренние и наружные воздушные условия, указанные в австралийском стандарте AS 2913-2000 [1] были выбраны в качестве проектных условий для прямого испарительного охлаждения:

Температура наружного сухого термометра: 38 ° C.

Наружная температура мокрого термометра: 21 ° C.

Температура сухого термометра в помещении: 27,4 ° C.

 

Принцип прямого испарительного охлаждения

 Прямое испарительное охлаждение (DEC) является самым основным типом испарительного охлаждения. Наружный воздушный поток поступает в непосредственный контакт с влажной поверхностью. Пограничный слой вокруг влажной поверхности насыщен водяным паром. Поскольку ненасыщенный воздух перемещается вдоль пограничного слоя, водяной пар будет диффундировать в воздушный поток, обусловленный различием в концентрации пара.

 Затем содержание водяного пара в пограничном слое восстанавливается до его естественного насыщения в результате адиабатического испарения воды. Требуемое скрытое тепло для фазового перехода из жидкой воды в водяной пар берется из явного тепла воздушного потока, что приводит к более низкой температуре воздуха. Как правило, скорость испарения 1,44 л / ч приводит к 1 кВт явной охлаждающей способности.

 

Самая низкая достижимая температура - температура влажного термометра всасываемого воздуха, но она находится на практике несколько выше из-за ограниченной эффективности прямого испарительного охладителя.

 

Двухступенчатое испарительное охлаждение

 

Вода, которая выходит из прямого испарительного охладителя в нижней части устройства, имеет температуру близкой к температуре мокрого термометра в исходящем воздушном потоке. В двухэтапном испарительном охлаждении, охлажденная вода проходит через предварительный теплообменник «воздух-вода», чтобы предварительно охладить горячий воздух до того, как он охладится дальше прямым испарительным охлаждением.

 

 Что касается баланса энергии, то ничего не изменилось по сравнению со стандартным прямым принципом испарительного охлаждения; в целом, это все еще адиабатический процесс охлаждения. Однако, тогда как прямое испарительное охлаждение имеет равномерно распределенный температурный профиль на стороне выходящего воздуха, двухступенчатое испарительное охлаждение показывает вертикальный температурный градиент: далее вниз температура воздуха постепенно уменьшается.

 

 Как правило, нижние 60% выходящего воздуха имеют удельную энтальпию, меньшую, чем у входящего воздух. В то время как температура выходящего воздуха из прямого испарительного охладителя ограничивается температурой мокрого термометра, в этом случае, принимая только более низкие 50% выходящего воздуха из двухступенчатого испарительного охладителя, температура может быть даже ниже чем первоначальная температура мокрого термометра. Соответствующая эффективность влажного термометра будет тогда выше 100%.

 


Сравнительные расчеты - температура подачи

На следующем рисунке показан процесс охлаждения стандартного прямого испарительного охладителя.

 

Новый рисунок 4

 

Рисунок 1 - Процесс охлаждения стандартного

прямого испарительного охладителя

 

Как описано выше, существует однородный профиль вертикальной температуры. Воздух охлаждается адиабатически до 1,7 К выше начальной температуры влажного термометра, соответствующей эффективности 90%, близкая к физическому пределу 100%.

На следующем рисунке показан процесс охлаждения двухступенчатого испарительного охладителя, в котором точно такое же количество воздуха протекает через систему, как в конфигурации выше.

 

Новый рисунок 5

Рисунок 2 - Процесс охлаждения

двухступенчатого испарительного охладителя

 

Первая ступень (теплообменник «воздух-вода») охлаждает горячий наружный воздух до равномерной температуры 23,8 ° C, без изменения его влажности. Из-за факта что существует большая разница температур между подаваемой водой и извлеченной от прямого испарительного охладителя, в отличие от предыдущей конфигурации, воздух, выходящий из второй ступени (прямого испарительного охлаждения) теперь показывает вертикальный температурный градиент, как описано выше.

 Более низкие 50% приточного воздуха имеют среднюю температуру 18,3 ° C, 2,7 K ниже начальной температуры мокрого термометра, соответствующей эффективности влажного термометра на 116%.

Кроме того, хотя достижение более низкой температуры по сравнению с предыдущей конфигурацией, добавлено меньше влаги; в результате абсолютная влажность составляет 11,4 г / кг вместо 15,0 г / кг.

 Верхние 50% приточного воздуха имеют среднюю температуру 25,4 ° C, что выше, чем у приточного воздуха в предыдущей конфигурации, но все еще может быть достаточно низким, чтобы служить другим целям.

 


Сравнительные расчеты - достижение равной холодопроизводительности

В приведенном ниже примере показано значение температуры подачи при охлаждении помещения. В этом примере вымышленный дом охлаждается так, что воздух в помещении достигает максимально допустимая температура согласно австралийскому стандарту AS 2913-2000 (27,4 ° C) при явной тепловой нагрузке 16 кВт. Значение температуры подачи определяет требуемый воздушный поток для охлаждения от данной тепловой нагрузки; чем ниже температура, тем меньше должен быть поток воздуха для подачи.

 

 

Новый рисунок 6

Рисунок 3 - Холодопроизводительность 16 кВт

при стандартном прямом испарительном охлаждении

 

Новый рисунок 7

 

Рисунок 4 - Холодопроизводительность 16 кВт при

двухступенчатом испарительном охлаждении


Таблица 1 - Сравнительный обзор

 
Стандартное прямое
охлаждение испарением
Двухступенчатое охлаждение испарением
Температура подачи
22,7°C
18,3°C
Максимальная температура в помещении 

27,4°C

27,4°C
Эффективность по влажному термометру 
90%
116%
Требуемый расход воздуха 
10000 м3
5165 м3
Охлаждающая способность * 
16 кВт 
16 кВт
Расход воды 
74 л / ч 
74 л / ч

 * Рассчитано, как указано в AS 2913-2000.

 

Хотя двухступенчатая конфигурация испарительного охлаждения уменьшает температуру подающего воздуха на кажущуюся относительно небольшую величину 4,4 К, расход воздуха может быть уменьшен на 48% для достижения такой же охлаждающей способности, как и стандартный прямой испарительный охладитель.

При максимальной температуре в помещении 27,4 ° C двухступенчатый испарительный охладитель, также снижает относительную влажность от 65% до 50%. Это приводит к внутреннему климату, который имеет лучшее соответствие как рекомендуемой термической комфортной зоне определенной в стандарте ASHRAE 55 [2] и оптимальной зоне относительной влажности, как определено в системах и оборудовании HVAC 2008 года ASHRAE [3] (см. рисунок ниже).

 


Новый рисунок 8

 

 Рисунок 5 - Термальная зона комфорта (слева) и 

 

оптимальная зона относительной влажности (справа)

 

Кроме того, чем ниже температура подачи, тем шире применима технология с точки зрения наружного воздуха.

 

Сравнительные таблицы для других условий - стандартное испарительное охлаждение

 

Новый рисунок 9

Показанные значения показывают температуру приточного воздуха

Новый рисунок 10

Показанные значения показывают эффективность мокрого термометра

 

Новый рисунок 11

Показанные значения показывают увеличение абсолютной влажности

 

Сравнительные таблицы для других условий - двухступенчатое испарительное охлаждение

 

Новый рисунок 12

Показанные значения показывают температуру приточного воздуха

 

Новый рисунок 13

 

Показанные значения показывают эффективность мокрого термометра

 

Новый рисунок 14

 

Показанные значения показывают увеличение абсолютной влажности

 

 

Резюме

В отличие от стандартной технологии прямого испарительного охлаждения, двухступенчатая испарительная технология охлаждения может подавать воздух на несколько градусов ниже начальной температуры влажного термометра, что значительно снижает требуемый расход воздуха для охлаждения определенного тепловой нагрузкой.

Чтобы достичь этого, нужна только половина от общего количества воздуха, проходящего приточного воздуха.

Еще одно преимущество заключается в том, что в приточный воздух добавляется меньше влаги, что приводит к более низкой влажности воздуха в помещении и, следовательно, к уровню комфорта и более здоровому климату в помещении.

Благодаря более низкой температуре подачи технология двухступенчатого испарительного охлаждения более широко применима в отношении условий наружного воздуха (то есть при более высоких температурах наружного воздуха и / или уровне влажности, по сравнению со стандартной технологией прямого испарительного охлаждения).

 

Литература

[1] Стандарты Австралия, 2000, австралийский стандарт ТМ, испарительный кондиционероборудование, AS 2913-2000.

[2] Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха. Стандарт ANSI / ASHRAE 55-2010, Термические условия окружающей среды для человека (2010).[3] Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, 2008 г. ASHRAE Handbook-HVAC Systems and Equipment (SI) (2008)."*

 

*По материалам компании "OXYCOM" (Нидерланды)