Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Analiza konstrukcji wymienników wyparnych na przykładzie wymiennika krzyżowego – założenia

Structural analysis of evaporative air coolers on the example of cross-flow heat and mass exchangers: assumptions

W dobie kryzysu gospodarczego i wzrastających cen surowców duży nacisk kładzie się na obniżanie energochłonności systemów HVAC. Jednymi z najmniej korzystnych ekonomicznie urządzeń są konwencjonalne układy chłodnicze w instalacjach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych, dlatego coraz częściej stosuje się rozwiązania wykorzystujące energię odnawialną. Pozwala to zredukować koszty eksploatacyjne tego typu systemów. Jedną z możliwości, atrakcyjną zarówno inwestycyjnie, jak i eksploatacyjnie, jest wykorzystanie nierównowagi termodynamicznej powietrza zewnętrznego jako źródła energii odnawialnej.

Do urządzeń chłodniczych wykorzystujących energię odnawialną zalicza się jednostki stosujące bezpośrednie i pośrednie odparowanie wody (będącej czynnikiem chłodniczym).

Proces ten nazywany jest chłodzeniem wyparnym i opiera się na wymianie ciepła i masy pomiędzy cieczą a gazem (w przypadku chłodzenia bezpośredniego), podczas którego powietrze obniża swoją temperaturę, jednocześnie zwiększając zawartość wilgoci.

Strumień oddanego ciepła jawnego kompensowany jest napływem ciepła utajonego pod postacią pary wodnej, dlatego wydajność chłodnicza przemiany w odniesieniu do ciepła całkowitego równa jest zeru i odbywa się przy niezmiennej entalpii. W chłodzeniu pośrednim strumień powietrza dostarczany do użytkowników pomieszczeń (nazywany głównym) kontaktuje się z wodą poprzez ścianki wymiennika (rys. 1).

Część przepływu głównego (nazywana pomocniczą lub roboczą) zawracana jest do kanałów mokrych, gdzie realizuje ochładzanie wyparne warstwy cieczy. Strumień powietrza kierowany do użytkowników oddaje ciepło do wody przez ściankę rekuperatora, czego efektem jest spadek temperatury przy niezmiennej zawartości wilgoci, co z kolei umożliwia lepszą asymilację pary wodnej powstałej w pomieszczeniach i zwiększone odczuwanie komfortu przez ludzi w nich przebywających.

Głównymi zaletami rozwiązań pośrednich są niskie nakłady inwestycyjne i eksploatacyjne, bezawaryjność, prostota rozwiązań oraz powszechność występowania czynnika chłodniczego.

Przeczytaj koniecznie: Wpływ rodzaju wymiennika wyparnego na efektywność solarnych systemów klimatyzacyjnych >>

Najważniejsze wady to: wrażliwość na warunki atmosferyczne (systemy są nieefektywne w wilgotnym klimacie), brak osuszania powietrza oraz niemożliwość schłodzenia do temperatury niższej niż temperatura termometru mokrego (obecnie nowoczesne rekuperatory wyparne umożliwiają osiągnięcie temperatury niższej niż temperatura termometru mokrego [7]).

Wraz ze wzrostem zainteresowania chłodzeniem wyparnym [1–5] powszechne stało się zwiększanie efektywności wymienników, tak by proces wymiany ciepła i masy przebiegał w sposób optymalny przy minimalnym zużyciu wody i niskich stratach ciśnienia po stronie powietrza.

Do podstawowych kierunków rozwoju wymienników do chłodzenia wyparnego zaliczyć można:

  • urzeczywistnienie zasady wielostopniowego chłodzenia powietrza w jednym urządzeniu w celu pełniejszego wykorzystania termodynamicznej nierównowagi powietrza;
  • poszukiwanie racjonalnych i najbardziej efektywnych schematów układu przepływu czynników, pozwalających na uzyskanie możliwie najniższej temperatury otrzymywanego chłodu;
  • wykorzystanie materiałów o strukturze porowatej do produkcji higroskopijnych wypełnień pozwalających na równomierne nawilżanie powierzchni ścianek – przy minimalnym zapotrzebowaniu na wodę;
  • uzyskanie warunków najbardziej efektywnej realizacji procesów wymiany ciepła i masy w aparatach do pośredniego ochładzania powietrza i obszarów ich racjonalnego wykorzystania na zasadzie nowoczesnych metod wielokryterialnej optymalizacji.

Jednym z najbardziej istotnych elementów wymiennika wyparnego, mającym znaczący wpływ na efektywność termodynamiczną jednostki, jest jego konstrukcja. Dotyczy to zarówno budowy wypełnienia (wymiennik z materiałem higroskopijnym czy też płytowy zraszany), obecności lub też braku ożebrowania (oraz typu żeber występujących w wymienniku), a także materiału użytego do jego budowy (stal, włókna, polietylen itp.).

Materiały wykorzystywane do konstrukcji jednostek wyparnych

Zhao, Liu oraz Duan [1–3] opisali podstawowe materiały używane do konstrukcji pośrednich wymienników wyparnych. Poniżej zestawiono najważniejsze materiały używane do stworzenia porowatej struktury kanału pomocniczego w pośrednich jednostkach wyparnych.

Metal

Tradycyjny metalowy wymiennik wyparny wykonany jest zazwyczaj z aluminium, miedzi lub ich stopów, które mogą być kształtowane w płyty lub rury. Ten rodzaj wypełnienia nie ma możliwości utrzymywania wilgoci za pomocą sił kapilarnych i musi być zwilżany na bieżąco.

Obecnie, w celu wykorzystania sił kapilarnych do rozprowadzenia i utrzymania wilgoci w wypełnieniu, zalecane jest stosowanie porowatych struktur metalowych, które zastępują gładkie powierzchnie płyt [1]. Do takich należą wełny stalowe oraz metale spienione. Metale porowate cechują się przewodnością cieplną od ok. 30 do 400 W/(m · K) [1, 2].

Przeczytaj także: Chłodzenie adiabatyczne w układach klimatyzacji komfortu >>

Porowatość struktur metalowych może zmieniać się od 39 do 98% w zależności od konstrukcji i gęstości wybranego metalu oraz rozmiaru i konfiguracji porów [3]. Pory w strukturach metalowych są wystarczające do zatrzymania wody, jednak są nieporównywalnie mniej skuteczne niż higroskopijne membrany włóknowe [3]. Zaletą metali jest natomiast duża przewodność cieplna oraz trwałość i wytrzymałość.

Włókna

Badania wykazały, że membrany wykonane z takich materiałów, jak włókna szklane, celulozowe, drewniane czy tekturowe, w porównaniu z metalami cechują się znacznie wyższą skutecznością w rozprowadzaniu wody i utrzymywaniu powierzchni w stanie nasycenia, jednak mają znacznie niższą przewodność cieplną – wahającą się zazwyczaj od 0,01 do 0,3 W/(m · K) [3].

Przykładem pośredniego wymiennika wyparnego wykorzystującego struktury włókniste może być wymiennik z M‑obiegiem produkowany przez firmę Coolerado [7], w tym przypadku wypełnienie wykonane jest z mieszanych włókien celulozowych.

Chociaż przewodność cieplna włókien jest niższa niż metalu, rozmiar ich porów pozwala na utrzymywanie wody w sposób niepozwalający na wyparcie jej przez powietrze [3]. Większość włókien ma niewielką wytrzymałość, dlatego nie zawsze mogą one zostać wykorzystane w konstrukcji wymienników ciepła.

Czytaj dalej: Struktura wypełnienia wymienników wyparnych >>

   23.05.2014

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Czym mogą Cię zaskoczyć nowoczesne pompy do wody »

pompy do wody

 



Zadbaj o bezpieczeństwo swoje i swoich pracowników » Szukasz partnera w projektowaniu inżynieryjnym i specjalistycznym? »
bezpieczeństwo instalatora pomoc w projektowaniu
czytam więcej » poznaj go już dziś »

 


Jak projektować instalacje najwyższej jakości »

innowacyjne projektowanie

 



Poznaj bezpieczne systemy do dezynfekcji wody pitnej i basenowej » Jakich zabezpieczeń wentylatorów dachowych potrzebujesz »
czysta woda wentylator dachowy
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Czy klimatyzacja jest zdrowa »

wentylacja

 



Kompendium wiedzy o procesach wymiany ciepła » Czy ogrzewanie może wpływać na nasze zdrowie »
pompy woda powietrze pompy ciepła
wiem więcej » wiem więcej »

 


Jak dobrze odseparować wodę kanalizacyjna od gruntowej »

studzienka kanalizacyjna

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
9/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Dofinansowanie ogrzewania i fotowoltaiki
  • - Eksploatacja gruntowych pomp ciepła
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl