Технические
науки / 5. Энергетика
Латій М.Ф., Меркт Р.В., Челабчі В.В., Челабчі В.Н.
Одеський національний морський університет, Україна
Економічне
охолодження повітря при непрямому випарі води (прісної або мінералізованої)
Аналіз
існуючих способів виробництва холоду для комфортного кондиціювання повітря
дозволяє виділити як перспективна
екологічно чиста і економічна технологія - випарне охолоджування
повітря, коли як агент, що витрачається, використовується вода.
Функціонування
повітряного охолоджувача засновано на використовуванні ефекту непрямого випарного
охолоджування в системі плоских каналів [1].
Робота
велася по основних напрямах:
— створення
засобів надійного прогнозування технічних характеристик конструкцій, що
розробляються (апарат математичного моделювання і експериментальна база);
— створення
ефективних алгоритмів оптимізації пристроїв випарного охолоджування повітря
(конструкція та робочі параметри).
Основний
інструмент досліджень – математичне моделювання.
Основним
значущим параметром при виборі конструкції охолоджувача є абсолютна вогкість
повітря, значення якої залежить від кліматичної зони і періоду року. Найважчими для охолоджувачів повітря непрямого випарного типу є умови в низьких широтах. Наприклад в зоні Персидської
затоки і Червоного моря в літні місяці абсолютна вогкість повітря d може досягати від 0,02
кг. Вологи / кг. сухого повітря до 0,022 кг. Вологи / кг. сухого повітря
при температурі повітря по сухому
термометру до 55 0С.
Попередні дослідження показали, що при значеннях
абсолютної вогкості атмосферного повітря d більш
0.018 кг/кг і температурі t більш
40 оС має сенс використовувати схему протитечії
сухого і вологого повітря в каналах охолоджувача повітря. Використовування як
робочого агента морської води, що витрачається, вимагає завдання витрати
морської води в три - чотири рази більшого, ніж витрата води, що випаровується.
Оскільки у охолоджувачах повітря випарного типа
теоретично неможливо охолодити повітря нижче за точку роси, був проведений ряд
досліджень для встановлення технічно досяжних меж охолоджування повітря.
Як показали розрахунки і експерименти, практично досяжна
межа охолоджування повітря (tп) в охолоджувачі
пов'язана з абсолютною вогкістю повітря (d) залежністю приведеної на рис.1.
При
дослідженнях температура атмосферного повітря приймалася рівною 45 0С. Для виробництва 1 м3/ч охолодженого повітря використовувалося
0.3 м2 поверхні тепло - масообміну. Подальше збільшення питомої
поверхні обміну не приводило до зниження tп.
Проводилися дослідження комбінованої схеми течій. У
якості об'єкту розглядався охолоджувач повітря для салону пересувної
лабораторії геологічної розвідки.
V
Охолоджувач повітря
призначався для забезпечення комфортних умов роботи співробітникам геологічних
партій і сейсмологам. Місце установки охолоджувача
– верхня
частина кузова автомобіля-фургона об'ємом 14 – 18 м3.
Загальний вид охолоджувача
представлений на рис.2.
Охолоджувач повітря розраховувався на умови експлуатації в
південних регіонах, де абсолютна вогкість повітря може змінюватися в діапазоні від
6 г. вологи / кг. сух .повітря до 16 г.
вологи / кг. сух. повітря. Діапазон температур від 30 оС до 45 оС .
Таблиця
1 Проектні характеристики охолоджувача
|
Показник |
Фільтр |
|
|
Звичний |
Посилений |
|
|
Продуктивність V, м3/час |
90 - 100 |
80 - 90 |
|
Споживана потужність W, Вт. |
30 - 40 |
50 - 60 |
Спроектовано і виготовлено робочий макет охолоджувача. У
якості поверхонь тепло – масообміну використовувалися пластини з міпласту
товщиною 0,8 мм. Дозування подачі води здійснювалося за допомогою гніту.
Випробування проводилися в лабораторії кафедри
“Технічної кібернетики” ОНМУ.
Таблиця 2 Вимірювання,
проведені в лабораторії ОНМУ.
|
Температура атмосферного
повітря, 0С |
36 |
34 |
30 |
26 |
45 |
40 |
37 |
34 |
30 |
26 |
|
Вогкість атмосферного повітря,
г/кг |
11,7 |
11,7 |
12 |
11,9 |
12 |
11,8 |
11,6 |
11,7 |
12 |
11,7 |
|
Температура охолодженого
повітря, 0С |
19,2 |
18,8 |
18,6 |
18,5 |
23,6 |
22,7 |
21,5 |
20,6 |
19,7 |
18,7 |
|
Подача охолодженого повітря, м3/г |
45 |
45 |
45 |
45 |
72 |
72 |
72 |
72 |
72 |
72 |
|
Споживана електрична
потужність, Вт. |
16 |
16 |
16 |
16 |
42 |
42 |
42 |
42 |
42 |
42 |
Після безперервної роботи протягом
двох з половиною місяців макет був розібраний і проведена дефектація поверхонь
обміну. Оскільки як агент, що
витрачається, використовувалася слабо мінералізована вода спостерігалось засолення
пір міпласту, що знижувало ефективність роботи охолоджувача.
Тому ухвалене рішення
використовувати як поверхні обміну зварених: поліетиленової плівки і флізеліна
Bezci 207 з клейким шаром на основі поліетілентерефталата, що було реалізовано
в установці для Казахстану.
Таблиця
3 Вимірювання,
проведені в польових умовах (Казахстан).
|
Температура атмосферного
повітря, 0С |
40 |
40 |
42 |
41 |
43 |
39 |
41 |
42 |
40 |
38 |
|
Вогкість атмосферного повітря,
г/кг |
9,5 |
12 |
10 |
12 |
8,5 |
7,5 |
10 |
10 |
14 |
10 |
|
Температура охолодженого
повітря, 0С |
21,2 |
22,5 |
26 |
25 |
21,8 |
18,8 |
22,5 |
24,8 |
23,5 |
20,4 |
|
Подача охолодженого повітря, м3/г |
79 |
81 |
110 |
115 |
92 |
90 |
85 |
110 |
110 |
72 |
|
Споживана електрична
потужність, Вт. |
35 |
36 |
47 |
45 |
36 |
32 |
37 |
47 |
45 |
26 |
Окрім того було розроблено охолоджувач повітря (з подачею охолодженого повітря Vов = 600 м3/г.) для роботи при параметрах зовнішнього
повітря :
-
абсолютна вогкість d змінювалась від 8 г. вологи /кг. сухого повітря до 13 г. вологи
/кг. сухого повітря;
-
температура t від 25 0C до 40 0C.
Випробування
проводилися в лабораторії кафедри Технічна кібернетика ОНМУ. При експерименті імітувалися силові впливи
на зразок що відповідало жорстким умовам експлуатації.
Для
забезпечення необхідного стану
атмосферного повітря , що подається на вхід охолоджувача, використовувалася
камера об'ємом Vk=32 м3.
Камера
обладнана незалежними вентиляторами, підігрівачами, осушувачами і
зволожувачами повітря. Подача повітря в
камеру регулювалася так, щоб надмірний тиск в камері не перевищував 
= 5 Па.
На початку кожного циклу випробувань охолоджувач заповнювався
витратною водою з водопровідної мережі. Значення параметрів повітря на вході і виході
охолоджувача вимірювалися для кожного варіанту завдання параметрів зовнішнього
повітря не менше 7 разів і усереднювалися. Вимірювання проводилися після виходу
охолоджувача на стаціонарний режим роботи, але не раніше ніж після напрацювання
15 хвилин на кожному режимі.
Параметри повітря на вході в охолоджувач вимірювалися в 5
точках рівномірно розташованих за площею перетину входу, параметри повітря на виході з охолоджувача
вимірювалися в 9 точках рівномірно розташованих за площею перетину виходу.
Результати вимірювань усереднювалися. Швидкість повітря на вході і виході
охолоджувача вимірювалася на відстані не менше 50 мм від перетину входу
(виходу).
В
процесі проведення експерименту відхилення температури повітря, що подається в
охолоджувач (tатм) від розрахункового на
перевищувало 0.2 0С, відхилення значення абсолютної вогкості (d) не перевищувало 0.8 г/кг.
Результати
експерименту в порівнянні з розрахунком наведені у таблиці 4.
Таблиця 4 Порівняння результатів розрахунку та
експерименту
|
Температура
зовнішнього повітря, оС |
Абсолютна
вологість зовнішнього повітря, г. вологи / кг. сухого
повітря |
||||||||
|
8 |
10 |
12 |
14 |
||||||
|
Розр. |
Експ. |
Розр. |
Експ. |
Розр. |
Експ. |
Розр. |
Експ. |
||
|
24 |
14,1 |
14,6 |
16,3 |
16,7 |
18,1 |
18,6 |
20,1 |
20,2 |
|
|
26 |
15,1 |
15,5 |
17,1 |
17,4 |
18,8 |
18,9 |
20,7 |
20,8 |
|
|
28 |
15,9 |
16,2 |
17,9 |
17,9 |
19,5 |
19,7 |
21,3 |
21,1 |
|
|
30 |
16,8 |
16,9 |
18,6 |
18,7 |
20 |
20,3 |
21,8 |
21,5 |
|
|
32 |
17,5 |
17,6 |
19,2 |
19,5 |
20,7 |
20,4 |
22,3 |
22,1 |
|
|
34 |
18,1 |
18 |
19,8 |
19,7 |
21,2 |
21,1 |
22,7 |
22,5 |
|
|
36 |
18,7 |
18,7 |
20,3 |
20,1 |
21,7 |
21,5 |
23,1 |
22,8 |
|
|
38 |
19,2 |
19,1 |
20,9 |
20,5 |
22,1 |
22 |
23,5 |
23,2 |
|
|
40 |
19,7 |
19,4 |
21,3 |
21 |
22,5 |
22,1 |
23,8 |
23,4 |
|
|
42 |
20,2 |
19,5 |
21,8 |
21,3 |
22,8 |
22,4 |
24,1 |
23,5 |
|
Після
експлуатації протягом 138 годин (2 місяці) макет був розібраний і проведений
аналіз поверхонь обміну. На поверхні флізеліна (у нижній частині зони
випаровування води) з'явилася малопомітна сітка відкладень солей, яка практично
не впливала на теплообмін. Спостерігалася неістотна деформація профілю каналу.
Повітроохолоджувачі випарного типу
можуть використовуватися практично скрізь у побуті й промисловості, але
особливо ефективні для
напіввідчинених і відкритих
приміщень, У цій області компресійні кондиціонери практично не застосовуються
(витрати на їхню експлуатацію невиправдано високі).
Література:
1. Merkt R.V., Chelabchi V.N. Ecologically clean cool-production on ships//
Proceedings of the 6-th Congress of the IMAM.- Varna, Bulgaria.-1993. - v.3-
p.173-179.
2.
Меркт Р.В.,
Челабчи В.В., Челабчи В.Н. Оптимизация
воздухоохладителей испарительного типа
/ Промышленная теплотехника. том 25, № 4, 2003. - с.167-169.