CC BY
12Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Heat protection of buildings
УДК 697.001
О.Д. САМАРИН, канд. техн. наук ([email protected]), К.И. ЛУШИН, канд. техн. наук, Д.А. КИРУШОК, инженер
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)
Энергосберегающая схема обработки воздуха с косвенным испарительным охлаждением в пластинчатых рекуператорах
Рассмотрена принципиальная схема установки кондиционирования воздуха, предусматривающая применение косвенного испарительного охлаждения приточного воздуха в теплый период года с использованием пластинчатого рекуперативного перекрестно-точного теплообменника, предназначенного для утилизации теплоты вытяжного воздуха в холодный период. Предложена модификация известных вариантов такой схемы, позволяющая применить для прямого испарительного охлаждения вспомогательного потока в теплый период секцию увлажнения, непосредственно предназначенную для повышения влагосодержания притока в зимних условиях, за счет надлежащего изменения направления потоков воздуха в установке. Представлена схема процессов обработки воздуха в данной установке на 1^-диаграмме и исследован ее частный случай для климатических условий Москвы и оптимальных значений внутренних метеопараметров в соответствии с действующими нормативными документами Российской Федерации.
Ключевые слова: кондиционирование воздуха, испарительное охлаждение, секция увлажнения, пластинчатый рекуператор, теплоизбытки.
Для цитирования: Самарин О.Д., Лушин К.И., Кирушок Д.А. Энергосберегающая схема обработки воздуха с косвенным испарительным охлаждением в пластинчатых рекуператорах // Жилищное строительство. 2018. № 1-2. С. 43-45.
O.D. SAMARIN, Candidate of Sciences (Engineering) ([email protected]); K.I. LUSHIN, Candidate of Sciences (Engineering), D.A. KIRUSHOK, Engineer National Research Moscow State University of Civil Engineering (26, Yarislavskoye Highway, 129337, Moscow, Russian Federation)
Energy Saving Scheme of Air Treatment with Indirect Evaporative Cooling in Plate Recuperators
A schematic diagram of an air conditioning unit, providing indirect evaporative cooling of supply air in the warm season with the use of the plate recuperative cross flow heat exchanger designed for heat recovery of exhaust air in the cold period, is considered. The modification of known variants of this scheme making it possible to apply the air humidifier designed specifically to increase the moisture content of the inflow under the winter conditions for direct evaporative cooling of the auxiliary stream in the warm period due to appropriate change of direction of air flows in the installation is proposed. A scheme of processes of air treatment in the plant on the I-d diagram is presented and its special case is investigated for the climatic conditions of Moscow and the optimal values of internal meteorological parameters in accordance with the applicable regulatory documents of the Russian Federation.
Keywords: air conditioning, evaporative cooling, humidifier, plate recuperator, heat excesses.
For citation: Samarin O.D., Lushin K.I., Kirushok D.A. Energy saving scheme of air treatment with indirect evaporative cooling in plate recuperators. Zhilishch-noe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2018. No. 1-2, pp. 43-45. (In Russian).
Косвенное испарительное охлаждение является одним из способов обработки приточного воздуха в теплый период года, позволяющее снизить температуру притока без использования искусственного источника холода в виде холодильной машины. Поэтому такая схема относится к энерго- и ресурсосберегающим и способна в ряде случаев существенно сократить капитальные и при определенных условиях даже эксплуатационные расходы на систему вентиляции или кондиционирования воздуха. Главная идея данного подхода заключается в том, что основной поток приточного воздуха охлаждается в поверхностном теплообменнике с помощью вспомогательного потока, температура которого предварительно снижена в процессе прямого испарительного охлаждения. В качестве вспомогательного может быть взят, например, вытяжной воздух перед выбросом его в атмосферу или отдельный поток, забираемый снаружи и в дальнейшем не используемый либо предна-
1-2 2018 ^^^^^^^^^^^^^
значенный для вентиляции подсобных помещений, где нет ограничений по допустимой относительной влажности внутреннего воздуха. Преимуществом косвенного испарительного охлаждения перед прямым является, во-первых, то обстоятельство, что влагосодержание притока при этом не возрастает. Во-вторых, появляется возможность обеспечения более высоких санитарно-гигиенических условий из-за отсутствия непосредственного контакта приточного воздуха с рециркулирующей в секции увлажнения водой.
Различные аспекты применения указанной схемы как в отношении конструкций применяемого оборудования для обработки воздуха, так и расчета энергетических и технико-экономических показателей установок и выявления целесообразной области их применения, а также ряд смежных вопросов энергосбережения рассматривались в ряде отечественных и зарубежных публикаций, в том числе [1-8]. Наиболее близкой к предлагаемой в настоящей работе является
- 43
Тепловая защита зданий
цн .1
Научно-технический и производственный журнал
>
а
а>
о о
я ш
Ф
®
$
©
5.
СУ
СУ
Ф
О
Порядок переключения регулирующих клапанов в установке на рис.1
Клапаны ХП ТП
Перепускные и на байпасах Закрыты Открыты
На вертикальных панелях Открыты Закрыты
Рис. 1. Схема предлагаемой конструкции установки кондиционирования воздуха с косвенным испарительным охлаждением в теплый период: Ф — воздушный фильтр; СУ— секция увлажнения; Н, П и У— соответственно наружный, приточный и уходящий воздух
схема, приведенная в [9] и предусматривающая использование для охлаждения притока пластинчатого перекрестно-точного рекуператора, который зимой служит для утилизации теплоты удаляемого воздуха. В теплый период вытяжной воздух при этом адиабатно охлаждается с максимально возможной эффективностью в секции увлажнения, специально добавленной в соответствующую часть установки, приобретая температуру, близкую к температуре мокрого термометра для исходного состояния, после чего в теплообменнике охлаждает наружный воздух, отводя от него явную теплоту. В результате приток приобретает параметры, способные при определенных условиях обеспечить ассимиляцию тепловла-гопоступлений в обслуживаемом помещении без применения искусственных источников холода. Однако недостатком такого варианта является невозможность использования секции увлажнения для повышения влагосодержания притока в холодный период, если это требуется по построению процесса в /-^-диаграмме, и по этой же причине некругло-годичность работы увлажнителя и необходимость подключения местных доводчиков для поддержания относительной влажности в помещении в зимних условиях.
В связи с этим предлагается следующая модификация данной схемы, когда секция увлажнения функционирует и в теплый, и в холодный периоды, а необходимое при этом изменение направления потоков воздуха через элементы установки достигается введением дополнительных промежуточных секций с регулирующими клапанами и некоторых обводных каналов (байпасов). Конструкция установки кондиционирования воздуха, реализующая такой подход, показана на рис. 1. Таким образом достигается максимально полное использование оборудования, устанавливаемого по потребности для холодного периода, и тем самым сокращаются капитальные затраты на обработку воздуха и отпадает необходимость в местных доводчиках, что дополнительно упрощает систему.
Последовательность переключения клапанов показана в таблице. Необходимо только отметить, что при этом в теплый период через секцию увлажнения воздух будет проходить в обратном направлении, но при использовании сотовых увлажнителей это обстоятельство не имеет решающего значения, особенно с учетом того, что увлажненный воздух после теплообменника будет выбрасываться в атмосферу.
Построение процесса на /^-диаграмме для такого случая показано на рис. 2.
Линией с обозначением QуI показано направление потока теплоты, отводимой в теплообменнике от притока.
Из рис. 2 следует, что располагаемый перепад температуры для ассимиляции теплоизбытков в обслуживаемом помещении Дt = ^ — ^ = 26 - 22,5 = 3,5оС. Заметим, что эта величина меньше, чем обычно рекомендуется при обработке воздуха с применением искусственного охлаждения [10],
50% 55% 60% 65% 70% 75%
+27 ;>Пб У
+26" +25 +24 +23*-. П +22 +21
= 1,2
+20 50 51 52 53 54 55 56 57
80%
85%
90%
95%
ф=100%
/=60 кДж/кг
59
58
Рис. 2. Изображение на I-d-диаграмме процессов в установке, соответствующей рис. 1. Параметры основных точек на рис. 2: Нв(наружныйвоздухпопараметрам«В»):температура1нБ=+26°С, энтальпия 1нб=54,4 кДж/кг для Москвы по СП 131.13330.2012 «Актуализированная редакция СНиП 23-01—99* «Строительная климатология»; П=О (после пластинчатого теплообменника перед вентилятором): температура ^ = ^—к,ф(^Б—^2) = =26—0,67(26—20)=+22''С при равных расходах приточного и уходящего воздуха и с учетом величины 1„2 (см. ниже), где кэф=0,67 — средний коэффициент температурной эффективности пластинчатого теплообменника; П (приток после вентилятора): температура tп=+22,5оС=tп+0,5о; влагосодержа-ние dп=dп=dнБ=11,1 г/кг; В (внутренний воздух помещения): температура и=+25°С — максимальная из оптимальных в ТП по ГОСТ 30494—2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях»; относительная влажность фв=58% — в оптимальных пределах по построению при заданных tп и dп и при характерном значении углового коэффициента луча процесса в помещении гпом=10000 кДж/кг; У (уходящий воздух): температура tу=tв+1=26°С, энтальпия 1у=56 кДж/кг — по построению; W(предельно возможное состояние после адиабатного увлажнения): температура и^м(У)=+19,5°С, т. е. равна температуре мокрого термометра уходящего воздуха, относительная влажность ф„=100%; О2 (перед пластинчатым теплообменником после секции увлажнения): относительная влажность фо2=95%, температура tt^2=+20оС (по построению); УТ (после пластинчатого теплообменника для потока уходящего воздуха): температура ^т=Ь2+кэфрн-Ь2)=20+0,67(26-20)=+24°С
поэтому реализация данной схемы, строго говоря, приводит к росту требуемого воздухообмена. Однако отсутствие холодильной машины, а также в предлагаемом варианте и местных доводчиков все же способно в большинстве случаев обеспечить экономию как единовременных, так и годовых расходов на подготовку притока. Более того, повышенный воздухообмен способен также упростить расчет воздухораспределения в помещении, поскольку чем меньше разность ^ — тем проще обеспечить допустимое отклонение температуры в приточной струе от 4 в точке ее входа в обслуживаемую зону помещения и тем больше возможностей не прибегать к так называемому «свободному холоду» в холодный период, а обеспечивать ассимиляцию теплоизбытков только за счет недогрева притока. Таким образом, реализация рассматриваемой схемы дает комплексный энерго- и ресурсосберегающий эффект. В дальнейших исследованиях предполагается уточнение целесообразной области применения схемы и более полное технико-экономическое обоснование, а также решение ряда вопросов, связанных с конструктивными параметрами установки.
Н
У
44
1-2'2018
Научно-технический и производственный журнал
Heat protection of buildings
Список литературы
1. Кокорин О.Я. Энергосберегающие системы кондиционирования воздуха. М.: ООО «ЛЭС», 2007. 256 с.
2. Кокорин О.Я., Балмазов М.В. Энергосберегающие системы кондиционирования воздуха // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2012. № 11. С. 68-71.
3. Малявина Е.Г., Крючкова О.Ю. Оценка энергопотребления различными центральными системами кондиционирования воздуха // Научно-технический вестник Поволжья. 2014. № 4. С. 149-152.
4. Малявина Е.Г., Крючкова О.Ю. Экономическая оценка центральных систем кондиционирования воздуха с различными схемами его обработки // Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 7. С. 30-34.
5. Королева Н.А., Фокин В.М., Тарабанов М.Г. Разработка рекомендаций по устройству энергоэффективных схем систем вентиляции и кондиционирования // Вестник ВолГАСУ. Серия: Строительство и архитектура. 2015. Вып. 41 (60). С. 53-62.
6. Paiho S., Abdurafikov R., Hoang H. Cost analyses of energy-efficient renovations of a Moscow residential district // Sustainable Cities and Society. 2015. Vol. 14. № 1. P. 5-15.
7. Hani Allan, Teet-Andrus Koiv. Energy Consumption Monitoring Analysis for Residential, Educational and Public Buildings // Smart Grid and Renewable Energy. 2012. Vol. 3. № 3. Р. 231-238.
8. Jedinak Richard. Energy Efficiency of Building Envelopes // Advanced Materials Research. 2013. (Vol. 855). P. 39-42.
9. Королева Н.А., Фокин В.М. Применение систем кондиционирования воздуха с испарительным охлаждением в современных зданиях // Вестник ВолГАСУ. Серия: Строительство и архитектура. 2015. Вып. 39 (58). С. 173-182.
10. Самарин О.Д. Основы обеспечения микроклимата зданий. М.: АСВ, 2014. 208 с.
References
1. Kokorin O.Ya. Energosberegayushchiye sistemy kondi-tsionirovaniya vozdukha [Energy saving air conditioning systems]. Moscow: LES. 2007. 256 p.
2. Kokorin O.Ya., Balmazov M.V. Energy saving air conditioning systems. Santekhnika, otoplenie, konditsionirovanie. 2012. No. 11, pp. 68-71. (In Russian).
3. Malyavina E.G., Kryuchkova O.Yu. Estimation of the energy consumption of the different central air condition systems. Nauchno-tekhnicheskiy vestnik Povolzhya. 2014. No. 4, pp. 149-152. (In Russian).
4. Malyavina E.G., Kryuchkova O.Yu. Economic estimation of central air conditioning systems with different air treatment schemes. Promyshlennoye i grazhdanskoye stroitel'stvo. 2014. No. 7, pp. 30-34. (In Russian).
5. Korolyova N.A., Fokin V.M., Tarabanov M.G. Development of recommendations on the design of energy efficient schemes of ventilating and air conditioning. Vestnik VolGASU. Seriya: Stroitel'stvo iarkhitektura. 2015. Vol. 41 (60), pp. 53-62. (In Russian).
6. Paiho S., Abdurafikov R., Hoang H. Cost analyses of energy-efficient renovations of a Moscow residential district. Sustainable Cities and Society. 2015. Vol. 14. № 1, pp. 5-15.
7. Hani Allan, Teet-Andrus Koiv. Energy Consumption Monitoring Analysis for Residential, Educational and Public Buildings. Smart Grid and Renewable Energy. 2012. Vol. 3. № 3, pp. 231-238.
8. Jedinak Richard. Energy Efficiency of Building Envelopes. Advanced Materials Research. 2013. (Vol. 855), pp. 39-42.
9. Korolyova N.A., Fokin V.M. Application of air conditioning evaporative cooling in modern buildings. Vestnik VolGASU. Seriya: Stroitel'stvo i arkhitektura. 2015. Vol. 39 (58), pp. 173-182. (In Russian).
10. Samarin O.D. Osnovy obespecheniya mikroklimata zdanii [Bases of providing microclimate of buildings]. Moscow: ASV, 2014. 208 p.
Требования к статьям, направляемым для публикации в журнал «Жилищное строительство»
Уважаемые авторы!
Приступая к оформлению статьи для журнала «Жилищное строительство» внимательно ознакомьтесь с правилами и рекомендациями, размещенными на сайте издательства:
- Статьи серии «Начинающему автору» - www.rifsm.ru/files/avtoru.pdf - Как подготовить к публикации научно-техническую статью - www.rifsm.rU/page/7
Статьи, направляемые для опубликования, должны оформляться в соответствии с техническими требованиями издания:
- текст статьи должен быть набран в редакторе Microsoft Word и сохранен в формате *.doc или *.rtf;
- графический материал (графики, схемы, чертежи, диаграммы, логотипы и т. п.) должен быть выполнен в графических редакторах: CorelDraw, Adobe Illustrator и сохранен в форматах *.cdr, *.ai, *.eps соответственно. Сканирование графического материала и импортирование его в перечисленные выше редакторы недопустимо;
- иллюстративный материал (фотографии, коллажи и т. п.) необходимо сохранять в формате *.tif, *.psd, *.jpg (качество «8 - максимальное») или *.eps с разрешением не менее 300 dpi, размером не менее 115 мм по ширине, цветовая модель CMYK или Grayscale.
Материал, передаваемый в редакцию в электронном виде, должен сопровождаться:
- рекомендательным письмом руководителя предприятия (института);
- лицензионным договором о передаче права на публикацию;
- распечаткой, лично подписанной ВСЕМИ авторами;
- рефератом объемом не менее 100 слов на русском и английском языках;
- подтверждением, что статья предназначена для публикации в журнале «Жилищное строительство», ранее нигде не публиковалась и в настоящее время не передана в другие издания;
- сведениями об авторах с указанием полностью фамилии, имени, отчества, ученой степени, должности, контактных телефонов, почтового и электронного адресов (заполненная информационная карта).
Особое внимание библиографическим спискам!
НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ:
1. Включать ссылки на федеральные законы, подзаконные акты, ГОСТы, СНиПы и др. нормативную литературу. Упоминание нормативных документов, на которые опирается автор в испытаниях, расчетах или аргументации, лучше делать непосредственно по тексту статьи.
2. Ссылаться на учебные и учебно-методические пособия; статьи в материалах конференций и сборниках трудов, которым не присвоен ISBN и которые не попадают в ведущие библиотеки страны и не индексируются в соответствующих базах.
3. Ссылаться на диссертации и авторефераты диссертаций.
4. Самоцитирование, т. е. ссылки только на собственные публикации автора. Такая практика не только нарушает этические нормы, но и приводит к снижению количественных публикационных показателей автора.
ОБЯЗАТЕЛЬНО следует:
1. Ссылаться на статьи, опубликованные за последние 2-5 лет в ведущих научно-технических и научных изданиях, на которые опирается автор в построении аргументации или постановке задачи исследования.
2. Ссылаться на монографии, опубликованные за последние 5 лет. Более давние источники также негативно влияют на показатели публикационной активности автора.
Несомненно, что возможны ссылки и на классические работы, однако не следует забывать, что наука всегда развивается поступательно вперед и незнание авторами последних достижений в области исследований может привести к дублированию результатов, ошибкам в постановке задачи исследования и интерпретации данных.
Следуйте рекомендациям, и публикация не заставит себя долго ждать!
1-2'2018
45
