В останні десятиліття традиційним способом досягнення необхідної відносної вологості повітря в системах кондиціонування стало охолодження повітря до температури нижче заданої, а потім повторний нагрів, що супроводжується витратою значної кількості енергії. При цьому традиційні системи кондиціонування рідко використовують поновлювані джерела енергії, а зрошувані повітроохолоджувачі сприяють забрудненню повітря і розмноженню бактерій.
Системи кондиціонування повітря з рідким вологопоглиначем (десикантом) позбавлені цих та багатьох інших недоліків. Головне їх достоїнство - можливість незалежного контролю температури та вологості повітря і здатність здійснювати явний і прихований охолодження (зниження температури та вологості, відповідно) без витрати зайвої енергії.
Особливості традиційних систем кондиціювання повітря
Системи охолодження є третіми за величиною споживачами енергії і джерелами вуглецевих викидів в комерційних будівлях (після систем освітлення і повітряного опалення) і четвертими за величиною споживачами енергії і джерелами вуглецевих викидів в житлових будинках (після повітряного і водяного опалення та освітлення). Системи охолодження як у комерційних, так і в житлових будинках споживають близько 11% всієї енергії. Світове виробництво енергії склало в 2004р. 14,9 ТВт. Періоди пікового навантаження енергоспоживання припадали на відповідні періоди інтенсивного використання систем кондиціонування повітря, тому будь-яке скорочення енергоспоживання системами кондиціонування сприяє скороченню необхідного виробництва і постачання енергії.
Основна проблема традиційних систем кондиціонування полягає в тому, що парокомпрессионниє теплові насоси (становлять 95% традиційних систем кондиціонування), охолоджена вода і системи безпосереднього охолодження забезпечують значне явне охолодження, але неефективні для зниження вологості повітря. 80% роботи звичайного кондиціонера складає явне охолодження і тільки 20% - приховане охолодження. Це не відповідає вимогам середовища в більшості приміщень. Зазвичай цільові показники температури та вологості становлять 22 º C/50%. Для зниження вологості до допустимого рівня може знадобитися охолодження оброблюваного повітря до 11 ° C або нижче, а потім використання калорифера для повторного нагріву до потрібної температури. Саме такий алгоритм закладений в більшість осушувачів повітря.
Проте відзначимо, що стало стандартним вимога до рівня вологості в 50-55% засновано головним чином на функціональних можливостях традиційних систем вентиляції та кондиціонування, а не на реальних відчуттях людини.
Зниження вологості допомагає створити більш комфортне середовище в приміщенні і підвищити продуктивність, а також знизити енергоспоживання за допомогою збільшення заданого значення температури.
Після проведення випробувань систем кондиціонування з використанням контрольно-вимірювальної апаратури більш ніж у 100 медичних установах був зроблений наступний висновок: «... діаграмою комфортних параметрів повітря Американської асоціації інженерів з опалення, охолодження та кондиціонування повітря (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers - ASHRAE) рекомендується підтримання рівня вологості майже від 0 до 80% у літні місяці для створення досить комфортної робочої атмосфери. Ми вважаємо, що рівень вологості повинен становити від 30% в зимові до 40% у літні місяці для досягнення найбільш комфортних умов, а робоча температура - від 22 до 26 º C, що було визначено в контрольній області майже в середині комфортної зони. Робоча температура складається з температури повітря та радіаційної температури. ... Підтримання низького (нижче 50%) рівня вологості в літні місяці дозволить підвищувати робочу температуру, не знижуючи рівня комфортності ».
Тут мається на увазі, що для людини важлива енергія (ентальпія) повітря. Дійсно, відомо, що +30 ° C в Києві і в Ялті переноситься по-різному. Це пояснюється відмінністю в відносній вологості повітря: у Києві більш сухий клімат, в той час як в Ялті - морський, а тому повітря більш вологий. Додаткова вологість підвищує енергію повітря, і саме цей надлишок ентальпії робить ялтинські +30 ° C менш комфортними, ніж київські.
Явна і прихована теплове навантаження
Для спрощення розуміння явної та прихованої теплової потужності вводиться індекс теплового навантаження при вентиляції, що представляє річну теплове навантаження, необхідну для обробки повітряного потоку в 1 м3 / ч при подачі повітря з вулиці в приміщення. Індекс розділяє навантаження на два доданки: кВт ∙ год прихованої навантаження на 1 м3 в рік і кВт ∙ год явної навантаження в рік. Дослідження, проведене в США, показало значну різницю між прихованої і явної навантаженням. Дані, зібрані для американських міст, справедливі також і для аналогічних кліматичних зон Європи. Наприклад, в Бостоні прихована навантаження складає 4,1 кВт ∙ год / (м3 / ч ∙ рік), а явна навантаження - 0,6 кВт ∙ год / (м3 / ч ∙ рік). Париж знаходиться в тій же кліматичній зоні з середньорічною температурою 10,5 ° C (СР 10,7 ° C в Бостоні) і відносною вологістю 76,5% (СР 73% в Бостоні). Мета даного дослідження - демонстрація того, наскільки показники роботи використовуються в даний час систем вентиляції та кондиціонування в більшості міст не відповідають необхідним.
Інша проблема використовуваних в даний час систем вентиляції та кондиціювання - Шкода здоров'ю, що заподіюється бактеріями, що знаходяться в повітрі, і зростанням бактерій на внутрішніх поверхнях обладнання. Вода, конденсована на охолоджувачах, - ідеальна инкубационная середу для цвілі і бактерій. Дослідження американських учених Естель Леветін, Річарда Шонессі, Христини А. Роджес і Роберта Шейру виявило десятикратне збільшення знаходиться в повітрі цвілі за чотири місяці, протягом яких охолоджувачі перебували у вологому стані. А адже повітряний потік, що проходить по системі вентиляції, являє собою ідеальний засіб перенесення бактерій в приміщення, де вони можуть викликати захворювання і завдати серйозної шкоди.
Принцип роботи систем кондиціонування, що використовують десиканти
Технологія кондиціонування з рідким вологопоглиначем пропонує рішення цих проблем. Як правило, така система складається з двох компонентів - абсорбера і регенератора. Рідкий вологопоглинач протікає через абсорбер. Оброблюваний повітря подається в протилежному напрямку. Тепло і волога видаляються з повітря вологопоглиначем. Волога, яку видобувають із повітря, подається в регенератор. У регенераторі вона нагрівається, а потім пропускається через інший абсорбер. Гарячий розчин випаровує зібрану вологу, спрямовуючи її в потік відпрацьованого повітря, поточний в протилежному напрямку.
Загальна схема повітряних потоків представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема повітряних потоків в системі кондиціонування з використанням десиканти.
Головне достоїнство систем кондиціонування з рідким вологопоглиначем полягає в оптимізації продуктивності явного і прихованого охолодження у відповідності з заданими параметрами кондиціонування. Продуктивність прихованого охолодження може бути збільшена в 2-5 разів в порівнянні з явним охолодженням, що істотно для регіонів з вологим кліматом і об'єктів з великим вологовиділення.
Рідкий вологопоглинач знижує приховану навантаження, зменшуючи необхідність надлишкового охолодження та повторного нагріву повітря для досягнення необхідної вологості. Одне тільки це властивість може сприяти достатньою економії енергії.
Системи кондиціонування з рідким вологопоглиначем також дозволяють незалежно контролювати температуру і вологість, створюючи більш комфортну атмосферу і сприяючи додатковому енергозбереження. Велика здатність систем з рідким вологопоглиначем до зменшення вологості також сприяє створенню комфортної робочої середовища, дозволяючи збільшувати задані параметри температури на 1-3 градуси.
У системах кондиціонування повітря з рідким вологопоглиначем використовується низькопотенційне тепло. Джерелом цього виду теплової енергії може стати промислове обладнання, в тому числі традиційні системи вентиляції та кондиціонування. Наприклад, для харчування рідких вологопоглиначів прихованого охолодження може використовуватися відпрацьоване тепло традиційних охолоджувачів (тепло від конденсаторів парокомпрессионних систем охолодження), скорочуючи, таким чином, операційні витрати системи охолодження приблизно на 40%.
У більш складних, але ефективних з точки зору енергозбереження пристроях може використовуватися теплова енергія, що виробляється когенераційними установками, тепло, що виділяється в процесі виробництва (витіснить тепло), енергія з поновлюваного джерела, як, наприклад, сонячне випромінювання. Подібна система охолодження може скоротити споживання енергії на 80% і більше.
Поліпшення якості повітря в приміщенні
Ще одна перевага використання рідкого вологопоглинача полягає в скороченні площі поверхонь, на яких відбувається конденсація вологи, яка є ідеальним живильним середовищем для цвілі і бактерій.
Солоний рідкий осушуваних розчин виконує функцію бактерициду, очищаючи оброблюваний повітря від мікроорганізмів. В результаті системи кондиціонування з рідким вологопоглиначем сприяють поліпшенню якості повітря в приміщенні, видаляючи близько 91% повітряних мікроорганізмів і 80% частинок розміром більше 5 мікрон.
Це важливо для багатьох сфер застосування, в тому числі для підприємств харчової та фармацевтичної промисловості, медичних установ, чистих приміщень та лабораторій, виробництва мікросхем, для навчальних та інших закладів, де особливо значимо якість повітря.
Сфера застосування систем кондиціонування на рідких десиканти
Взагалі кажучи, сфера застосування систем кондиціонування на рідких десиканти досить широка, так як вони допомагають досягти необхідних параметрів мікроклімату з істотно більш низькими витратами електроенергії. Якщо ж говорити про те, де застосування даного типу кондиціонерів найбільш виправдано, то можна виділити наступні групи об'єктів:
Об'єкти, що знаходяться в регіонах з вологим кліматом (як правило, це приморські райони). Необхідність осушення в подібних умовах очевидна, а конденсаційний метод охолодження, застосовуваний в традиційних зволожувачах, неефективний.
Об'єкти з високим рівнем теплонадлишків. Найбільш популярний приклад - басейни та спорткомплекси. У першому випадку вологість зростає за рахунок дзеркала води, а в другому - за рахунок підвищеного вологовиділення, генерованого спортсменами (в 2-4 рази вище звичайного). Також до цієї категорії можуть відноситися промислові об'єкти з високим рівнем вологовиділення. • Об'єкти з недоліком електричної потужності, тобто об'єкти, де гостро стоїть питання енергозбереження.
Об'єкти, що мають витіснить тепло. Як правило, це виробничі і промислові майданчики. Звичайно мова йде про воді з температурою 40-60 ° C. Часто її охолоджують зовнішнім повітрям в градирнях, але, впровадивши систему кондиціонування на вологопоглинача, її можна використовувати з вигодою для себе.
Об'єкти, для яких критично якість повітря, - медичні установи, лабораторії, харчові підприємства. Безумовно, тут встановлюються спеціальні фільтри і очисні установки, але і до установок кондиціонування застосовуються підвищені вимоги. Системи кондиціонування з рідким поглиначем характеризуються антибактеріальну дію, тому можуть ефективно працювати на подібних об'єктах.
Приклади впровадження систем кондиціонування на рідких десиканти
Розглянемо деякі приклади застосування подібних систем охолодження.
Провідне світове кондитерське підприємство в цехах по виробництву жувальної гумки раніше використовувало систему з твердим вологопоглиначем і електричним нагрівачем, який висушує десикант. Потім компанія замінила її системою кондиціонування з рідким поглиначем, що використовує свіже повітря і існуючу вентиляційну установку.
Система кондиціонування з рідким вологопоглиначем підтримує і сприяє поліпшенню стану повітря в приміщенні з температурою 20 ° C + / - 1 ° C і вологістю 45 + / - 5%. У приміщення поставляється сухий холодне повітря, і істотно знижується енергоспоживання вентустановки і нагрівача. В якості чистого результату компанія досягла скорочення витрат на енергоспоживання на 60%.
Рис. 2. Панель десікатівного охолоджувача.
Ще один приклад. Велике підприємство, яке займається ливарного, скоротило виробничі витрати на 125 643 долара на рік, замінивши систему осушення повітря з роторним осушувачем системою кондиціонування з рідким вологопоглиначем.
Щоб уникнути конденсації, здатної призвести до пошкодження поверхні відформованого вироби, потрібна низька вологість повітря. Для підтримки необхідного рівня вологості раніше використовувалися роторні осушувачі. Система з роторним осушувачем виробляла 4556 кубометрів повітря в годину для двох приміщень з 32 литними машинами. Для живлення системи з роторним осушувачем використовувалося 12362 кубометрів зрідженого вуглеводневого газу в рік; теплове навантаження на систему кондиціонування становила 98,5 кВт. Витрати на підтримання потрібної температури регенерації становили 102269 доларів вартості скрапленого вуглеводневого газу та 72855 доларів вартості електроенергії.
Було розглянуто ряд альтернатив і прийнято рішення про використання системи кондиціонування з рідким вологопоглиначем. В одному з виробничих приміщень було встановлено три такі системи. Потім було прийнято рішення про встановлення системи у другому виробничому приміщенні.
Використання системи кондиціонування з рідким вологопоглиначем усуває необхідність у використанні скрапленого вуглеводневого газу, так як регенерація вимагає меншої температури і скорочує споживання електроенергії, виробляючи навантаження по охолоджуванню в 61,2 кВт і знижуючи теплове навантаження системи вентиляції та кондиціонування на 159,7 кВт. Установки кондиціонування з рідким вологопоглиначем споживають електрику на суму 75891 долар на рік, але скорочують витрати на електрику систем вентиляції та кондиціонування на 26410 доларів. В цілому усунення потреби у використанні зрідженого вуглеводневого газу та скорочення витрат на електрику забезпечили загальну економію в 125 643 долара.
Нарешті, третій приклад. М'ясокомбінат в Німеччині скоротив витрати на охолодження і зниження вологості повітря на 43%, встановивши системи кондиціонування і осушення з рідким вологопоглиначем. Для необхідного охолодження і осушення повітря система використовує холодну і гарячу воду, одержувану на підприємстві в процесі технологічного циклу. Комбінат економить щороку понад 231000 доларів (165000 євро) на платі за електрику, покращуючи в той же час умови праці, знижуючи загрози безпеки і продовжуючи термін дії обладнання.
Висновки
На відміну від традиційних систем кондиціонування системи кондиціонування з рідким вологопоглиначем безпосередньо поглинають вологу з повітря в процесі охолодження. Даний підхід значно знижує енергоспоживання, позбавляючи від необхідності надлишкового охолодження та повторного нагріву повітря.
Такі системи дозволяють також контролювати температуру і вологість, створюючи більш комфортне робоче середовище і можливість додаткового енергозбереження. В якості джерел живлення тут можуть виступати сонячні панелі, геотермальні свердловини або відпрацьоване тепло когенераційних установок і витіснить тепло заводів і підприємств.
Немає коментарів:
Дописати коментар