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

Systemy sorpcyjne z wykorzystaniem bezpośredniego i pośredniego chłodzenia wyparnego jako źródło energii chłodniczej w klimatyzacji

Desiccant cooling systems based on a direct and indirect evaporative cooling as a cooling energy source in air conditioning
Sorpcyjny układ z wykorzystaniem wymiennika przeciwprądowego pośredniego wyparnego z M-obiegiem
Sorpcyjny układ z wykorzystaniem wymiennika przeciwprądowego pośredniego wyparnego z M-obiegiem
Rys. redakcji RI

Wytwarzanie energii chłodniczej odbywa się najczęściej przy zastosowaniu systemów sprężarkowych zasilanych energią elektryczną. Układami, które mogą zastąpić systemy sprężarkowe, są systemy sorpcyjne zasilane energią słoneczną, pozwalające na redukcję zużycia energii elektrycznej i kosztów eksploatacyjnych w procesach chłodzenia.

Rozwój gospodarczy i wzrost populacji ludzkiej na świecie powoduje zwiększenie zużycia energii elektrycznej, a 20% z niej stanowi energia potrzebna do zasilenia klimatyzatorów i wentylatorów. Coraz bardziej cenimy sobie komfort cieplny i chętniej wyposażamy budynki mieszkalne w takie urządzenia, a w biurach czy budynkach użyteczności publicznej systemy wentylacji i klimatyzacji są już w zasadzie standardem.

International Energy Agency (IEA) w opublikowanym niedawno raporcie [1] zwraca szczególną uwagę na rosnące zapotrzebowanie na energię chłodniczą. Dlatego konieczne są zmiany wymagań dotyczących wydajności urządzeń klimatyzacyjnych oraz zmniejszenie zanieczyszczenia powietrza związanego z wytwarzaniem energii chłodniczej. Jeśli systemy klimatyzacyjne nie zostaną ulepszone i nie ograniczymy zapotrzebowania na chłód poprzez odpowiednie projektowanie budynków, do roku 2050 zapotrzebowanie na energię do zasilenia klimatyzatorów może wzrosnąć nawet trzykrotnie (będzie równe aktualnemu zapotrzebowaniu na energię elektryczną Chin) [1].

Wytwarzanie energii chłodniczej odbywa się najczęściej przy zastosowaniu systemów sprężarkowych zasilanych energią elektryczną, a ta, pomimo rozwoju odnawialnych źródeł energii, dalej produkowana jest w sposób konwencjonalny. Naukowcy z całego świata pracują nad rozwojem metod alternatywnej produkcji chłodu, które pozwalają na zminimalizowanie zużycia elektryczności i kosztów eksploatacyjnych systemów. Układami, które mogą zastąpić systemy sprężarkowe, są systemy sorpcyjne, które zamiast dużej ilości energii elektrycznej potrzebują energii cieplnej do regeneracji „serca” systemu, czyli rotora sorpcyjnego. W artykule omówiono zasadę działania wymienników wyparnych i dokonano przeglądu literatury dotyczącej różnych konfiguracji i wariantów systemów sorpcyjnych wykorzystujących te urządzenia.

Opis zagadnienia

Centralne systemy klimatyzacyjne i lokalne systemy chłodzenia umożliwiają zapewnienie odpowiedniej temperatury i wilgotności powietrza w pomieszczeniach. Systemy centralne składają się z przewodów, elementów nawiewnych i wywiewnych, centrali klimatyzacyjnej oraz jednostki zewnętrznej, w której może być wywarzana energia chłodnicza lub cieplna. Z kolei systemy lokalne składają się z jednostki wewnętrznej i zewnętrznej połączonych przewodami, które transportują czynnik chłodniczy. W obydwu przypadkach powietrze wewnętrzne ma odpowiednią temperaturę i zawartość wilgoci, co pozwala na asymilację zysków ciepła jawnego i utajonego w klimatyzowanej lub chłodzonej strefie. Klimatyzatory typu split pracują jednak tylko na powietrzu obiegowym i nie zapewniają doprowadzenia do strefy przebywania ludzi wymaganego strumienia świeżego powietrza ze względu na wymagania higieniczne. Niemniej, tak jak w przypadku układu centralnego, są wyposażone w chłodnicę, w której powietrze jest ochładzane do odpowiedniej temperatury, a podczas procesu kondensacji pary wodnej na ściankach wymiennika osuszane.

Rys. 1. Przemiany powietrza na wykresie i-x w komorze zraszania (bezpośrednie chłodzenie wyparne)
Rys. 1. Przemiany powietrza na wykresie i-x w komorze zraszania (bezpośrednie chłodzenie wyparne)

W przypadku typowych sorpcyjnych systemów klimatyzacyjnych w pierwszym etapie powietrze jest osuszane na rotorze sorpcyjnym, następnie ochładzane w wymienniku ciepła oraz ponownie ochładzane i nawilżane w komorze zraszania (bezpośrednim urządzeniu wyparnym – rys. 1).

Rotor sorpcyjny może również współpracować z pośrednim wymiennikiem wyparnym, w którym powietrze jest ochładzane bez zmiany zawartości wilgoci (rys. 4) [2]. Najbardziej efektywnymi urządzeniami do pośredniego chłodzenia wyparnego są wymienniki z obiegiem Maisotsenki (­M-obieg). Wykorzystują one zjawisko wstępnego schłodzenia powietrza przed wprowadzeniem go do kanału pomocniczego.

Rys. 2. Przemiany powietrza na wykresie i-x w typowym wymienniku pośrednim wyparnym
Rys. 2. Przemiany powietrza na wykresie i-x w typowym wymienniku pośrednim wyparnym

Chłodzenie wyparne – zasada działania

Czym jest M-obieg, można wytłumaczyć w oparciu o podstawowe przemiany powietrza, jakie występują w urządzeniach do chłodzenia bezpośredniego i pośredniego. W przypadku komór zraszania powietrze ochładzane bezpośrednio kontaktuje się z warstwą wody, co skutkuje wymianą ciepła i masy pomiędzy cieczą (wodą) a gazem (powietrzem).

Czytaj też: Zwiększanie sprawności odzysku chłodu w klimatyzacji

Rys. 3. Przemiany powietrza na wykresie i-x w wymienniku regeneracyjnym pośrednim wyparnym z M-obiegiem
Rys. 3. Przemiany powietrza na wykresie i-x w wymienniku regeneracyjnym pośrednim wyparnym z M-obiegiem

Przemiana fazowa wody w parę pochłania energię, co skutkuje obniżeniem temperatury powietrza i wzrostem poziomu zawartej w nim wilgoci (rys. 1). W pośrednim chłodzeniu wyparnym strumień ochładzanego powietrza w kanale suchym jest oddzielony od kanału mokrego cienką ścianką wymiennika i nie kontaktuje się z wodą. Porowate ścianki wymiennika w kanale mokrym są wypełnione wodą i w kanale tym następuje zjawisko parowania wody do strumienia pomocniczego. Do obydwu kanałów wymiennika wprowadzane jest powietrze o tych samych parametrach (pkt A na rys. 2). Ważnym aspektem jest fakt, że limitem temperaturowym, do którego można schłodzić powietrze za pomocą tego urządzenia, jest temperatura termometru mokrego powietrza na wejściu do kanału mokrego (tm).Chłodzenie pośrednie wyparne z M-obiegiem (rys. 3) jest modyfikacją typowego, powszechnie znanego rozwiązania (rys. 2).

Powietrze główne jest wstępnie ochładzane w kanale suchym, a następnie kierowane do kanału mokrego. Tym sposobem obniżany jest limit temperaturowy chłodzenia. Temperaturę powietrza można obniżyć niemal do temperatury punktu rosy powietrza na wejściu do kanału mokrego tm ≈ tr, co jest szczególną zaletą tego typu wymiennika. Taki układ chłodzenia jest wynalazkiem prof. Valeriya Maisotsenki, opatentowanym już w latach 90. [3–5].

Rys. 4. Wyparny wymiennik krzyżowy z M-obiegiem: a) schemat przepływów strumieni powietrza w urządzeniu; b) oryginalny wymiennik typu M30 [6]; c) oryginalny wymiennik typu C60 [7]
Rys. 4. Wyparny wymiennik krzyżowy z M-obiegiem: a) schemat przepływów strumieni powietrza w urządzeniu; b) oryginalny wymiennik typu M30 [6]; c) oryginalny wymiennik typu C60 [7]

Istnieją różne rodzaje wymienników z M-obiegiem, które charakteryzują się odmiennym układem przepływów. Najbardziej znany jest regeneracyjny przeciwprądowy wymiennik wyparny z M-obiegiem (schematycznie zaprezentowany na rys. 3). Wymiennik krzyżowy z M-obiegiem jest drugą popularną wersją tego typu urządzenia – schemat przepływów w nim zachodzących przedstawiono na rys.4a. Wymienniki tego typu produkowane są w różnych wariantach – rys. 4b i rys. 4c.

streszczenie

W artykule przedstawiono przyjazne środowisku alternatywne systemy chłodnicze, stosowane w klimatyzacji i badane w literaturze światowej. Omówiono różne warianty układów sorpcyjnych oraz wyjaśniono zjawiska zachodzące w bezpośrednich i pośrednich urządzeniach wyparnych, ze szczególnym uwzględnieniem wymienników wyparnych z obiegiem Maisotsenki. Porównano również pracę typowego układu sorpcyjnego wykorzystującego komory zraszania z układem współpracującym z wymiennikiem pośrednim wyparnym. Źródłem ciepła w obu analizowanych przypadkach jest układ solarny. Zastosowanie typowego układu wymaga większego osuszenia strumienia powietrza w rotorze sorpcyjnym, co znacznie zwiększa jego koszty eksploatacyjne w porównaniu do systemu sorpcyjnego bazującego na pośrednim chłodzeniu wyparnym.



abstract

In this paper alternative environmental friendly cooling systems used in air conditioning are referred. Based on literature review different arrangements of solid desiccant systems are presented. This study explains also the idea of direct and indirect evaporative cooling, with special focus on the particular indirect evaporative cooling type which is known as the Maisotsenko-Cycle. In the presented comparison, typical Solar Assisted Solid Desiccant System (with direct evaporative coolers) needs higher dehumidification rate to reach the same supply air parameters than system with the counter-flow indirect evaporative cooler.

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!

[powietrze, chłodzenie wyparne, systemy sorpcyjne, klimatyzacja]

   24.08.2018
Dostęp do pełnej treści tego artykułu jest BEZPŁATNY, wymaga jednak zalogowania.
Logowanie
zapomniałem hasła
Załóż konto
Jeśli nie masz jeszcze Konta Użytkownika - prosimy o wypełnienie formularza rejestracyjnego. Czas potrzebny na założenie Konta Użytkownika to max. 1 minuta.
Chcę założyć konto użytkownika
Dlaczego warto założyć konto użytkownika?
otrzymujesz bezpłatny dostęp do wielu przydatnych informacji: artykułów znanych ekspertów, przeglądów produktów, porad i raportów
co tydzień otrzymasz bezpłatny Newsletter informujący o nowych artykułach, produktach i wydarzeniach związanych z izolacjami i rynkiem budowlanym
będziesz miał możliość brania udziału w konkursach z cennymi nagrodami
utworzysz swój Profil, dzięki któremu będziesz mógł brać udział w dyskusjach na Forum, wymieniać się poglądami z innymi użytkownikami oraz pisać opinie i komentarze
będziesz otrzymywać powiadomienia o promocjach i rabatach w naszej Księgarni Technicznej oraz zniżkach w sklepach naszych partnerów biznesowych.
Jednocześnie zapewniamy Cię, iż podczas rejestracji nie zbieramy żadnych szczegółowych danych personalnych i teleadresowych. W każdej chwili możesz zmienić swoje dane lub zażądać usunięcia konta.
Przed założeniem Konta sugerujemy zapoznać się z regulaminem.

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