CC BY
59
УДК 628.84:629.114
О. В. ЧЕРНИШОВА, е. В. ХРИСТЯН, I. В. ТИТАРЕНКО (ДПТ) ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ ТЕХН1КИ КОНДИЦ1ЮВАННЯ ПОВ1ТРЯ
У пропонованiй CTarri розглянуп системи кондицiювання повггря випарного та розпилювального (водяш та повiтряно-водянi) титв, проaнaлiзовaнi гхт переваги i недолiки, запропонована нова схема кондицiонерa.
В предлагаемой статье рассмотрены системы кондиционирования воздуха испарительного и распылительного (водяные и воздушно-водяные) типов, проанализированы их достоинства и недостатки, предложена новая схема кондиционера.
In the article the evaporation cooling and spray (aqueous and air-to-water) types of the air-conditioning systems are considered, their merits and demerits are analyzed; the new scheme of a conditioner is offered.
В останне десятилотя у свгговш практищ вщбуваються ютотш концептуальш змши, що стосуються, зокрема, техшки кондищювання говоря. Значне поширення одержують конди-цiонери випарного та розпилювального тишв. Серед них найбiльш уживаними е пристро! випарного типу i розпилювальнi (водянi та повгт-ряно-водяш).
У кондицiонерах випарного типу пов^ря проходить вздовж панелей, якi змочуються водою, в результатi чого за рахунок плiвчастого випару води вщбуваеться вiдбiр з поверхнi во-дяно! плiвки неявно! теплоти i насичення повi-тря водяною парою.
Вiдомi два варiанти конструктивного вико-нання зволожувачiв даного типу:
- з рециркулящею води, що характеризуемся небезпекою розмноження бактерiй i можли-вiстю поширення шфекцшних захворювань;
- без рециркуляци, що характеризуеться б> льшою витратою води, яка тiльки в кшькост 15-30% використовуеться за прямим призна-ченням, тобто випаровуеться та зволожуе пов> тря, що обробляеться.
Кондищонери розпилювального типу (пов> тряно-водянi) здшснюють розпилювання води за допомогою форсунок, до яких по окремих трубопроводах подають воду та стиснене пов> тря [1].
До недолшв даного типу зволожувачiв вщ-носиться досить значна довжина вшьного про-бiгу утворених дрiбних крапель води, що по-ширюються в супутньому потоцi стисненого повггря. У результатi повiтряно-водянi зволо-жувачi найчастiше використовуються для об'емного зволоження повiтря безпосередньо усерединi примiщення. Даний тип зволожува-чiв вимагае наявносп на об'ектi системи стисненого пов^ря або установки компресора не-обхiдного напору i продуктивностi.
Водяш зволожувачi повiтря розпилювального типу вщносяться до адiабатичних зволожу-вачiв, у яких розпилення води, в якш вiдсутнi мiнерали, здiйснюеться без використання системи стисненого повггря. Позитивною власти-вiстю !х е можливють формування розподшьно! стiйки iз заданим поперечним перерiзом, що забезпечено спещальними програмними засо-бами, яю надають можливiсть iз використанням персонального комп'ютера конструювати та комплектувати зазначеш стшки, що вбудову-ються в юнуючий центральний кондицiонер, або врiзаються в припливний повiтропровiд. Це здобувае особливу актуальшсть при необхщно-ст реконструкци iснуючих систем кондищю-вання i вентиляци без iстотних переробок, за-лишаючи придатнi до подальшо! експлуатацп вузли та елементи систем.
Як повiтряно-водянi, так i водянi зволожу-вачi, на вщмшу вiд зволожувачiв випарного типу, використовують бшя 90 % води за прямим призначенням. Таким чином, ефектившсть використання води в зволожувачах обох типiв становить близько 0,9.
Охолодження пов^ря при безпосередньому контактi з водою (адiабатичне) не е процесом, що призводить до вироблення холоду, тому що ентальтя повiтря в цьому процесi не змшюеть-ся.
Процес одержання холоду за рахунок вико-ристання психометрично! рiзницi температур найпростiшим способом реалiзуеться в установках непрямо-випарного охолодження пов^ря, де пов^ря охолоджуеться сухою поверхнею, що iз протилежного боку охолоджуеться водою, яка випаровуеться. Для здшснення проце-сiв переносу теплоти та вологи при непрямо-випарному охолодженш повiтря необхiдним е наявшсть двох потокiв повiтря:
- корисного основного потоку, теплота вщ якого передасться шляхом конвекцп через роз-дiляючу стшку теплообмiнника без безпосере-днього контакту з водою. Це повпря охолоджу-еться зi зниженням його ентальпп та подасться в примiщення, що кондицiонyeться;
- допомiжного потоку, у якому вщбуваеться випар води, що сприйняла теплоту через розд> ляючу стiнкy вщ основного потоку. Процес у допомiжномy потоцi протiкаe зi збiльшенням вологовмюту та ентальпп повiтря, тому це по-вiтря не придатне для цшей охолодження при-мiщень i викидаеться назовнi. Температура води, що випаровуеться, в установках непрямо-випарного охолодження повпря завжди вище температури точки роси початково! температу-ри охолоджуваного повiтря. Саме тому процес його охолодження протшае при постшному во-логовмiстi.
Розглянемо докладшше зволожyвачi випар-ного типу (використана шформащя ТОВ «Bi-тор»).
Кондищонери випарного типу (кулери): у них немае ш компресора, нi теплообмшниюв, нi холодоагенту. Виконання функци охолодження забезпечуеться випаром води. Однак в умовах вологого ктмату досягти довгостроко-вого ефекту кулером неможливо - через 1...2 години волопсть в охолодженому прим> щенш досягае 90...95 % i температура знову шдшмаетъся. В зволожувачах випарного типу повпря проходить крiзь панелi, яю змочуються водою, у резyльтатi чого за рахунок плiвкового випару вщбуваеться насичення повiтря парами води. Оскшьки випарнi охолоджyвачi викорис-товують як холодоагент просту воду, що випаровуеться в процес проходу теплого зовшш-нього повiтря через фшьтри, що змочуються водою, i при цьому викидаеться разом з охоло-джуваним повiтрям у примщення, вологiсть повiтря у ньому зростае. Така додаткова волопсть не вщчутна для людського оргашзму, а також для тварин i рослин, якщо триматися одного з основних правил ефективного функщо-нування охолоджyвачiв випарного типу - сю-льки повпря подано в примiщення через охо-лоджувач, стiльки ж повинно бути видалено з примiщення через вщкрит прорiзи, а де !х не-достатньо, i через додатковi витяжш вентиля-тори. У противному випадку волопсть у при-мiщеннi може досягти такого рiвня, при якому почне негативно позначатися на комфортност людей, що перебувають у примщенш. Звiдси можна зробити висновок, що таю охолоджyвачi незамiннi в примщеннях, де не можна забезпе-чити повну iзоляцiю примiщення вiд зовшш-
нього середовища для установки систем конди-цiювання iнших типiв. Зовшшне повiтря надхо-дить у примщення тшьки через охолоджувачi, створюючи при цьому трохи бшьше в порiв-няннi iз зовнiшнiм тиск у примщенш. Тому брудне зовшшне повггря не в змозi проникнути в примщення через вщкрип вiкна та дверь
Охолоджувачi випарного типу ефективно працюють при вiдноснiй вологостi зовшшнього повiтря до 60 %. Ефективнють !хньо! роботи зростае при зменшенш вщносно! вологостi зов-нiшнього повпря та збiльшеннi зовшшньо! температури. Однак вони досить добре експлуа-туються i при бiльш високих рiвнях вщносно! вологостi (до 80 %). У цих випадках кшьюсть змiн повiтря в примiщеннях повинне бути б> льшим, нiж рекомендуеться звичайно для конкретно! ктматично! зони (до 60 змiн повпря протягом години).
Розглянутi охолоджувачi (кондищонери) сприятливо впливають на людей, тварин i рос-лини на противагу кондицiонерам всiх iнших типiв, включаючи кондицiонери компресорного типу. Вони не висушують повiтря в примщен-нях, подають у примiщення 100 % свiжого зов-нiшнього охолодженого, зволоженого, очище-ного, а в необхщних випадках i одоризованого вiдповiдними компонентами. Вони сприятливо впливають i незамшш для людей, що стражда-ють захворюваннями дихальних шляхiв, включаючи астму та алерпю. Вони знижують у примiщеннях рiвень статично! електрики i !хне застосування сприятливо впливае на предмети меблiв, книги, квпи i таке iнше.
Розглянемо, наскшьки охолоджувачi можуть понизити температуру в примщенш. Це зале-жить вщ вiдносно! вологостi та температури зовшшнього повпря. Наприклад, при темпера-турi +25 °С та вiдносно! вологосп зовнiшнього повiтря 50 %, повпря в примiщеннi буде охо-лоджене до +20 °С - зниження температури на 5 °С.
Однак створюваний рiвень комфортност залежить не тiльки вiд зниження температури повпря в примiщеннi, але також i вiд швидкостi перемщення повiтря в примiщеннi. Так, у пер-шому випадку, реальне вщчуття тепла оргашз-мом людини в результат впливу на нього цих двох факторiв (зниження температури та перемщення повпря) буде приблизно вiдповiдати 16 градусам Цельсiя, а в другому випадку -21 градусу Целься. У цьому i полягае феномен охолоджувачiв випарного типу при створенш необхiдного рiвня комфорту для людей , тварин i рослин. Необхщно також пам'ятати, що рiз-ниця температур мiж зовшшшм повiтрям i по-
в^рям у примщенш понад 7 градушв Цельсiя вже е небезпечною для людей i тварин. При ви-користаннi охолоджувачiв випарного типу в примщенш створюеться саме комфортна обстановка для людей i тварин.
Таким чином, до преваг охолоджувачiв випарного типу можна вщнести [2] :
- екологiчну безпеку - вщсутш екологiчно небезпечнi та токсичш хiмiчнi елементи i з'ед-нання;
- високу економiчнiсть - витрата електро-енергiï на 1'хнш привод в 3.. .5 разiв менше, нiж в iснуючих кондицiонерах;
- низьку вартють при виготовленнi - конс-трукцiя не мiстить технолопчно складних вуз-лiв i дорогих матерiалiв;
- кондицiонер подае в примщення тiльки зовнiшне повiтря на вiдмiну вiд iснуючих конс-трукцш, працюючих виключно на рециркуляци, що приводить до зростання в повг^ при-мiщень шкiдливоï мшрофлори та запахiв;
- важливою перевагою цього типу пов^ро-охолоджувачiв е наявнють одного вентилятора, що ютотно спрощуе схему та здешевлюе конс-трукцiю;
- всi процеси в кондицiонерi протiкають при тиску, рiвному атмосферному, тому особою ге-рметичносп установок не потрiбно;
- кондищонер може бути встановлений у стащонарних або пересувних об'ектах;
- модульний дизайн дае широю можливостi модифшацш конструкцiй i варiюваннi потуж-носп.
Але, за даними рiзних джерел, охолоджува-чам випарного типу властивi деякi недолiки.
По-перше, як указувалось вище, охолоджу-вачi випарного типу ефективно працюють за умови, що вщносна вологiсть зовнiшнього говоря не перевищуе 70... 80 %. Якщо вологiсть вище цього рiвня вiдносноï вологостi, охоло-джувач повинен бути переведений у режим ро-боти вентилятора. При цьому, у районах з шд-вищеною вiдносною вологiстю комфортнi умови в примщенш можуть бути досягнув навiть в умовах вiдносноï вологостi зовнiшнього пов> тря 80.. .100 % установленням бiльшоï кiлькостi охолоджувачiв, що дае можливiсть збiльшити кшьюсть змiн повiтря в примiщеннi аж до 60 за годину.
По-друге, у зимовий час, коли ззовш примщення встановлюеться мiнусова температура та виникае ймовiрнiсть замерзання води в охо-лоджувачi, кондицiонер повинен бути выключений вiд мереж водопостачання i переведений у режим роботи тшьки вентилятора. У результат цього охолоджувач не може виконувати
сво1' функцiï, якi забезпечують кондищювання пов^ря, i, природно, вiн не зможе виконувати свою функщю очищення повiтря вiд пилу та бруду, як очисник пов^ря, оскiльки вода не бу-де надходити на фшьтри охолоджувача. Однак, у цьому випадку можлива установка додатко-вих звичайних фiльтрiв, якi встановлюються у звичайних системах вентиляци безпосередньо у повггропроводах, по яких повiтря надходить у примщення.
По-трете, дуже часто споживачi просто неправильно експлуатують ix, закриваючи, на-приклад, вшна та дверi при включеннi апара^в на охолодження повiтря, у результат чого в примiщеннi збiльшуеться волопсть i створю-еться дискомфорт.
Однак, з вищевказаними першими двома недолiками в багатьох випадках просто доводиться миритися, оскiльки вигоди, одержуванi в результат застосування оxолоджувачiв випарного типу, мають значно бшьшу вагу, у порiв-няннi з наведеними вище недолшами, при ух-валеннi ршення про ïxню установку на конкре-тних об'ектах, де установка шших систем або просто теxнiчно неможлива або економiчно не-вигiдна.
Провiвши попереднiй порiвняльний аналiз можна зробити таю висновки:
1. Випарний пов^роохолоджувач дозволяе одержати максимальний ефект охолодження при мшмальних витратах повiтря та води.
2. У результат обробки статистичних даних по стану вологовмюту атмосферного повiтря в рiзниx ктматичних районах свiту встановлено, що регенеративш випарники можуть забезпе-чити оптимальш та припустимi параметри говоря в примiщенняx на цих територiяx, крiм зони вологих тропiкiв i субтропшв.
3. Зволожувачi повiтря випарного типу з рециркулящею води не вщповщають саштарно-гiгiенiчним вимогам. З метою забезпечення ефективного плiвкового випару з поверхш, температура води тдтримуеться в дiапазонi температур 25...40°С. При вiдсутностi дренажу в даних умовах шсля заюнчення деякого часу у водi рециркуляцшного контуру вiдбуваеться iнтенсивна пролiферацiя бактерiальноï флори, що може приводити до поширення небезпечних iнфекцiйниx захворювань.
4. Зволожувачi повiтря випарного типу без рециркуляци характеризуються надзвичайно бiльшою витратою води, лише невелика части-на яко].' використовуеться корисним образом для зволоження повiтря, що пiдлягае обробцi. При постшно зростаючих розцiнкаx на водопо-
стачання це приводить до тдвищених експлуа-тацшних витрат.
5. Зволожувачi повпря випарного типу обох варiантiв (з рециркулящею та без рециркуляцi! води) не забезпечують регулювання кiлькостi вологи, яка випарюеться, iз прийнятною точш-стю, у зв'язку iз чим необхщним е використан-ня конструктивно! схеми центрального конди-цiонера iз двоступiнчастим нагрiванням оброб-люваного повпря. Це приводить до iстотного збшьшення капiтальних витрат.
6. Викладенi вище факти служать пiдставою того, що фiрми-виробники, у цей час домiнуючi на ринку зволожувачiв повiтря, замють ранiше широко розповсюджених зволожувачiв випарного типу зосереджеш на поставках зволожува-чiв розпилювального типу.
7. Повпряно-водяш зволожувачi розпилювального типу оптимальним образом вщпов> дають завданням об'емного зволоження повпря безпосередньо усередиш примщення. Даний тип зволожувачiв вимагае наявносп на об'ектi iснуючо! системи стисненого повпря або установки компресора необхщного напору i продуктивность
8. Водяш зволожувачi оптимальним образом вщповщають завданням зволоження повпря у складi секцiй.
Проаналiзувавши досто!нства i недолiки кондицiонерiв випарного типу, можна дшти ви-сновку про те, що переваги таких пристро!в за-безпечують досягнення бшьш широкого охвату параметрiв, що сприятливо впливають на кл> мат у примщеннях, якi кондицiонуються, у по-рiвняннi iз широко використовуваними в цей час кондицюнерами на основi парокомпресш-них машин. Крiм того, вони менше споживають електроенерги, екологiчно безпечнi, iстотно дешевше у виготовленш, обслуговуваннi та ремонта Що ж стосуеться недолiкiв, то найбшьш iстотними з них е необхщнють поповнення водою, залежнють продуктивностi вiд вологостi навколишнього повпря, неможливють роботи в режимi теплового насосу.
З метою усунення зазначених недолiкiв була запропонована принципова схема кондицюнера [3], показана на рис. 1.
Новим е те, що запропонований кондицю-нер обладнаний блоком конденсаци вологи з повiтря, який виконано з нашвпровщникових термохолодильних елеменив, на холодних спаях яких встановлено реберш радiатори - кон-денсатори вологи з охолодженого повпря, а на гарячих спаях розмщено водяний теплообмш-ник, який поеднуеться з додатковим охоло-джуючим водоповпряним теплообмiнником;
а також електрофiльтром, розташованим у тру-бi, що подае повпря у «сухЬ> канали.
Поштря 1 отлоджувача |
Рис.1. Принципова схема кондицюнера:
1 - корпус; 2 - бак для запасу води; 3 - електрофшьтр; 4 - заслшка; 5 - теплообмшник; 6 - колектор з перфоро-
ваними трубками; 7 - ткронасоси для перекачування води; 8 - охолоджуючий випарний блок; 9 - реберш радь атори, на яких ввдбуваеться конденсац1я вологи з повпря; 10 - термохолодильш елементи; 11 - теплообмшник для охолодження гарячих спагв термохолодильних елемент1в; 12 - вентилятор; 13 - пористе покриття «мокрих» канал1в; 14 - «сух!» канали; 15 - «мокрЬ> канали; 16 - тддон випарного блоку охолоджувача пов1тря
Запропонований пристрш кондицiювання повiтря в порiвняннi з юнуючими поеднуе в со-бi кориснi властивостi аналогiв, а саме, простоту конструкцi! та економiчнiсть кондицiонерiв випарного типу, з можливютю реалiзацi! роботи в режимi теплового насоса при мiнiмальнiй потребi в поповненнi водою i незалежнш ефек-тивнiй роботи вiд ктматичних i погодних умов експлуатацi!; розширенш можливостей регулювання параметрiв обробленого повпря як за температурою, так i за волопстю, а також за юн-ним складом та бактерицидними властивостя-ми.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Маханько М. Г. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах и локомотивах / М. Г. Маханько, Ю. П. Сидоров, А. Хенач, М. Шмидт. - М.: Транспорт, 1981. - 254 с.
2. Михайлов М. В. Микроклимат в кабинах мобильных машин / М. В. Михайлов, С. В. Гусева. -М.: Машиностроение, 1977. - 230 с.
3. Христян £. В. Обгрунтування вибору системи кондицюнування повпря для кабш локомотив1в / £. В. Христян, I. В. Титаренко. // Вюник Днш-ропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна. - Вип. 10. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2007. - С. 25-28.
Надшшла до редколегп 07.03.2008.
