Охолодження повітря у центральному кондиціонері

Об’єкти

Охолодження повітря у центральному кондиціонері

В даний час ринок кліматичних систем став настільки насиченим та різноманітним, що стає складним зупинити свій вибір на якомусь конкретному устаткуванні. Проте традиційний спосіб підтримки кліматичних параметрів у приміщенні з використанням центральних систем кондиціонування залишається на першому місці.

Центральний кондиціонер – це агрегат, який призначений для обробки та транспортування повітря, але не є автономним, тобто. для його роботи необхідні джерела електроживлення, джерела тепла та джерела холоду.

У комплексі процесів обробки повітря в центральному кондиціонері особливе місце займає процес охолодження повітря, який може бути вирішений спільно з обробкою вологості в зрошувальних камерах або пористих поверхневих теплообмінних пристроях. У багатьох випадках для охолодження повітря в центральному кондиціонері застосовуються поверхневі “сухі” охолоджувачі повітря. Конструкція цих охолоджувачів повітря залежить від використовуваного холодоносія. Або це водяні теплообмінники, якщо як охолоджувач використовується вода або гліколеві суміші (рис.1.1). Такі охолоджувачі повітря характеризуються наступними параметрами.

Мінімальна температура робочого середовища (вода), ° С…………………………..+3.
Максимальний робочий тиск робочого середовища, МПа…………………………1,6.
Гідравлічний опір, кПа………………………………………. ………..5-30.
Всі водяні охолоджувачі повітря проходять випробування
на заводах-виробниках при навантаженні, МПа…………………………………..2 ,1.

Або це фреонові теплообмінники прямого випаровування, де як холодоносій використовується фреон (хладон) (рис. 1.2). Фреонові охолоджувачі повітря характеризуються такими параметрами:

Мінімальна температура кипіння фреону,°С……………………………………. ……………..+2.
Максимальний робочий тиск робочого середовища, МПа……………………………………. …..2,2.
Фреонові охолоджувачі повітря випробовуються на міцність з навантаженням, МПа ……2,9.

Конструкція фреонових теплообмінників охолоджувальних секцій центральних кондиціонерів відрізняється від калориферів наявністю вузлів розподілу рідкого фреону трубками теплообмінника і збірними колекторами газової фази фреону, для повернення в холодильну машину. При швидкостях повітря, що обробляється вище 2,5 м/с за секцією охолодження в центральному кондиціонері встановлюються, як правило, ефективні сепаратори (каплеуловлювачі). На рис. 1.3 представлена одна з можливих конструкцій краплеуловлювача, зібраного зі спеціальних спрофільованих пластин, які розміщені вертикально в кожусі з нержавіючої сталі. Швидкість повітря має бути в діапазоні від 2,5 до 5,0 м/с. Втрати тиску у своїй становлять до 16 Па.

Спосіб охолодження повітря поверхневими охолоджувачами повітря виявляється дуже ефективним і менш дорогим. Як джерела холоду для центральних кондиціонерів з поверхневими охолоджувачами повітря використовуються холодильні машини різних типів. Вибір типу холодильної машини залежить багатьох чинників. Для центрального кондиціонера з водяним теплообмінником як джерело холоду використовується холодильна машина – чиллер. (див. схему на рис. 1.4) Застосування цієї схеми дозволяє здійснити плавне регулювання температури повітря, що подається, практично не лімітувати відстань від холодильної машини до секції охолодження центрального кондиціонера, забезпечити холодопостачання декількох кондиціонерів різної потужності від однієї холодильної машини і створити найбільш її роботи при змінних навантаженнях. Для забезпечення циркуляції охолоджувача встановлюється гідравлічний модуль (насос або насосна станція).

У тих випадках, коли немає необхідності плавного регулювання холодильної потужності, схема охолодження повітря може бути ще спрощена шляхом використання в повітроохолоджувачах безпосередньо фреону, а в якості холодильної машини – компресорно-конденсаторного блоку (рис.1.5). На сполучному рідинному трубопроводі необхідно встановити перед входом в теплообмінник з’єднувальний комплект, що складається з наступних елементів: фільтр-осушувач, оглядове скло, електромагнітний клапан, терморегулюючий вентиль.

Теплообмінники секцій охолодження на фреоні можуть бути одно-і двоконтурними, останні в одному корпусі поєднують два одноконтурні теплообмінники. Використання двоконтурного теплообмінника з двоконтурним компресорно-конденсаторним блоком дозволяє частково компенсувати основний недолік схеми – регулювання холодильної потужності, тому що можна перейти від роботи в режимі Qx=max до режиму позиційного регулювання Qx=0,5 max.

Зазначений недолік найпростішої і найдешевшої схеми холодопостачання з фреоновим охолоджувачем повітря часто буває не настільки істотним за умови правильного підбору потужності холодильної машини.

Процес обробки повітря в “сухому” поверхневому охолоджувачі повітря відбувається за рахунок контакту потоку повітря з поверхнею, що має більш низьку температуру. Припускаючи, що поблизу поверхні теплообміну шар повітря охолоджується до температури близької температури поверхні теплообмінника, можна сказати, що в літній період ці температури нижче температури точки роси і практично завжди охолодження повітря супроводжується конденсацією з нього вологи.

На рис. 1.6 процес охолодження повітря з конденсацією вологи (процес 1-3) складається з наступних процесів:

Відведення явної теплоти охолодження повітря параметрів насичення (ф=100%) без конденсації (процес 1-2). Явна теплота – це теплота, яка відводиться повітря без зміни його агрегатного стану, тобто. змінюється лише температура, а вміст вологи залишається без зміни.

Відведення явної та прихованої теплоти конденсації від повітря при охолодженні до температури поверхні теплообміну (процес 2-3). Прихована теплота – це теплота, яка відводиться повітря зі зміною його агрегатного стану, тобто. крім зміни його температури змінюється і його вміст вологи. Точки 2 та 3, що лежать на <р=100%, називаються температурами точки роси. Температура точки роси позначає вміст вологи повітря. При зміні температури точки роси відбувається зміна вмісту вологи повітря, тобто. процес 2-3 тягне за собою конденсацію вологи на поверхні охолоджувача повітря.

Змішування “повністю” охолодженого до температури поверхні теплообміну повітря (точки 3) і деякої частини транзитного повітря (точки 1) з початковими параметрами (процес 3-4). Це означає, що не весь об’єм повітря, що проходить через охолоджувач повітря, змінює свій стан до Параметрів точки 3. Існує деяка частина повітря (транзитна частина), яка з будь-яких причин не змінила свого початкового стану. Співвідношення кількості вихідного транзитного повітря та повітря, охолодженого до середньої температури поверхні теплообмінника становить 0,1-0,15.

Тобто процес охолодження повітря видається як певний умовний процес 1-4.

Побудувавши процес охолодження повітря в I-d діаграмі можна розрахувати необхідну холодильну потужність секції охолодження повітря в центральному кондиціонері:

де L – витрата повітря, (м3/год); р – густина повітря при t=20°C (р =1,2 кг/м3); I – ентальпія повітря (кДж/кг).

При визначенні настановної потужності секції повітроохолодження та холодильної машини отримане розрахункове значення холодопродуктивності Qхол рекомендується збільшити на 15-20% на компенсацію теплових втрат та можливість короткочасного підвищення вологості та температури вихідного повітря.

Більшість використовуваних для конструювання поверхневих охолоджувачів повітря аналітичних і графоаналітичних методик розрахунку були розроблені для конкретних конструкцій теплообмінників, що робить ці методики практично непридатними для розрахунку інших теплообмінників, що відрізняються щільністю компонування труб, висотою і ступенем ребер, матеріалом та ін. В даний час фірми- свої програми розрахунку, конструювання та компонування центральних кондиціонерів. Розрахунок охолоджувачів повітря проводиться виходячи з величини необхідної холодильної потужності, швидкості руху повітря, розрахункової температури і тиску холодоносія. На прикладі каталогу VTS CLIMA розглянемо різні компонування центральних кондиціонерів (рис. 1.7 -1.10).

На рис. 1.7 представлений центральний кондиціонер, який працює повністю на обробці зовнішнього повітря. Процеси обробки повітря у I-d діаграмі показані на рис. 1.7а. Зовнішнє повітря очищається від забруднень у секції фільтра, нагрівається (взимку) у секції нагрівача (водяного або електричного) рис. 1.7а (процес 1-2) або охолоджується (влітку) в поверхневому охолоджувачі повітря (водяному або фреоновому) рис. 1.7а (процес 3-5′) і за допомогою вентилятора подається до приміщення. При такому компонуванні центрального кондиціонера вологість повітря, що подається в приміщення, не підтримується.

Часто для економії енергоресурсів використовують центральні кондиціонери, які працюють на суміші зовнішнього та рециркуляційного повітря (рис. 1.8). Процеси обробки повітря у такому кондиціонері показані на рис. 1.8а, 1.8б.

Взимку зовнішнє повітря (рис. 1.8а, точка 1) змішується з частиною повітря, що видаляється з приміщення (рис. 1.8а, точка 2). Параметри суміші цих двох потоків показано на рис. 1.8а точкою 3. Її положення лінії 1-2 залежить від відношення витрат цих повітряних потоків.

Далі повітря очищається в секції фільтра та нагрівається в калорифері до параметрів, показаних точкою 3 ‘(рис. 1.8а процес 3-3’).

Точка 3′ визначає параметри повітря, що надходить до приміщення. Більша температура і менша вологість припливного повітря в порівнянні з повітрям у приміщенні дозволяють покрити втрати теплоти і зняти надлишки вологості, що виникають там.

Влітку зовнішнє повітря (рис. 1.86 точка 4) змішується з частиною повітря, що видаляється з приміщення (рис. 1.86 точка 5). Отримана суміш з параметрами точки 6 (рис. 1.86) проходить через фільтр і потрапляє в поверхневий охолоджувач повітря, де температура повітря знижується. Поруч із охолодженням відбувається осушення повітря, т.к. частина водяної пари конденсується при зіткненні з поверхнею охолоджувача, що має температуру нижче температури точки роси повітря (рис. 1.86, процес 6-7). Далі повітря з параметрами 7 точки подається в приміщення за допомогою вентиляторної секції.

Потрапляючи в приміщення, повітря (рис. 1.86 точка 7) за рахунок теплонадлишків, що виникають у приміщенні, нагрівається до параметрів близьких до точки 5 (повітря, що видаляється). При застосуванні такої схеми в центральному кондиціонері також не підтримується вологий режим в приміщенні, що обслуговується.

Якщо в приміщенні, що обслуговується, необхідно підтримувати і температурний і вологий режими, можливе застосування центрального кондиціонера з секціями зволоження. На рис.1.9 показаний центральний кондиціонер, укомплектований додатковим пристроєм парогенератором.

Взимку зовнішнє повітря (рис. 1.9а точка 1) очищається в секції фільтра, підігрівається в секції повітропідігрівача (рис. 1.9а процес 1-2) до параметрів точки 2, далі вентиляторна секція подає повітря в мережу повітроводів, за якими він надходить у приміщення .

Для підвищення вологості підігрітого до параметрів точки 2 повітря в повітропровід після секції вентилятора встановлюється паророзподільний пристрій, що забезпечує необхідну кількість пари від самостійного агрегату парогенератора. Процес зволоження повітря (рис. 1.9а процес 2-3) йде без зміни температури повітря, і повітря з параметрами точки 3 подається в приміщення, що обслуговується.

Влітку зовнішнє повітря (рис. 1.96 точка 4) очищається в секції фільтра, охолоджується в поверхневому охолоджувачі повітря (рис. 1.96 процес 4-5). Процес охолодження супроводжується випаданням конденсату, т.к. температура поверхні теплообмінника нижче температури точки роси повітря, що охолоджується. Необхідні параметри припливного повітря (рис. 1.96, точка 6) досягаються в нагрівачі другого ступеня (рис. 1.96, процес 5-6). За допомогою вентиляторної секції припливне повітря з параметрами точки 6 подається в приміщення, що обслуговується (рис. 1.9б).

На рис. 1.10 показаний центральний кондиціонер з зрошувальною (форсуночною) камерою, що дозволяє зволожувати повітря, що обробляється. Процеси обробки повітря у цьому кондиціонері показані на рис. 1.10а, 106.

Взимку зовнішнє холодне повітря (рис. 1.10а точка 1) очищається від забруднень у фільтрі та нагрівається в калорифері I ступеня (рис. 1.10а процес 1-2) до параметрів точки 2. Далі повітря зволожується та охолоджується в зрошувальній камері (рис. 1.1). а процес 2-3 до параметрів точки 3 (адіабатний процес -1 – const). Кожен кг повітря поглинає Ad кг води, Кінцева точка процесу зволоження може лежати на лінії ф=90-95%. Значно зволожене повітря надходить у нагрівач II ступеня (рис. 1.10а процес 3-4), де відбувається його нагрівання при постійному вмісті вологи d=const до параметрів точки 4. Точка 4 визначає параметри повітря, що надходить в приміщення.

Влітку зовнішнє повітря (рис. 1.106, точка 5) проходить через фільтр і потрапляє в “сухий” охолоджувач, де температура повітря падає. Поруч із охолодженням повітря відбувається його осушення, т.к. частина водяної пари конденсується при зіткненні з поверхнею теплообмінника, що має температуру нижче температури точки роси повітря (рис. 1.106, процес 6-7). Точка 7 характеризує параметри повітря, що надходить в приміщення, що обслуговується.

Ми розглянули кілька можливих компоновок центрального кондиціонера, використовуючи каталог обладнання фірми VTS CLIMA. Каталог дозволяє вибрати будь-яку припливну, витяжну, припливно-витяжну установку, якщо необхідно, то з рециркуляцією, а також з утилізацією теплоти за допомогою перехресноточного, обертового або гліколевого теплообмінника. Каталог містить понад 2000 різних комплектів. Вибравши з каталогу для свого об’єкта оптимальний варіант комплектації центрального кондиціонера, слід зробити технічний розрахунок кожної секції, що входить до його складу. Для розрахунку секцій кондиціонера потрібна комп’ютерна програма ClimaCAD. Перш ніж приступити до розрахунків у комп’ютерній програмі, необхідно побудувати процес обробки повітря в I-d діаграмі, визначити розрахункові параметри зовнішнього та обробленого в центральному кондиціонері повітря, вказати параметри тепло- та холодоносіїв, вказати необхідну витрату повітря, що обробляється, і необхідний напір вентилятора.

За результатами розрахунку, виконаного в програмі ClimaCAD, ми отримуємо креслення компонування із зазначенням габаритних розмірів установки і технічні дані кожної секції, що входить до складу центрального кондиціонера.

Розрахувавши необхідну холодопродуктивність центрального кондиціонера, визначившись із місцем встановлення обладнання, приступаємо до вибору холодильної машини.

Компанія “МПК Інжінірінг” заснована у 2009 році.