Использование адиабатического процесса испарения для снижения температуры приточного воздуха в летний период (неполное кондициони-рование)

Физическая сущность указанного способа снижения температуры заключается в следующем. Наружный воздух, обрабатывае­мый в оросительной камере, вступая в контакт с капельками раз­брызгиваемой воды, имеющей температуру мокрого термометра (т. е. t_в = t_м), принимает состояние, близкое к состоянию насы­щения (практически φ ≈ 95÷96%), за счет происходящего в этом случае испарения влаги.

            Естественно, что испарение происходит лишь тогда, когда обра­батываемый воздух имеет относительную влажность ниже 100%. Источником тепла в процессе испарения для рассматриваемой системы «вода – воздух» является воздух, а потенциалом переноса тепла – разность температур между воздухом и водой, которая при t_в = t_м равна психрометрической разности температур (t_с – t_м).

            В результате происходящего теплообмена приточный воздух, отдавая явное тепло, снижает свою температуру. В условиях теоретического процесса при достижении полного насыщения конечная температура воздуха должна быть равна температуре мокрого термометра. Однако практически достичь такого состояния воздуха в реальной камере не удается.

            Обычно конечная относительная влажность воздуха близка к φ = 95%. Изложенное позволяет сделать вывод о том, что в летний период из всех основных элементов, составляющих форсуночный кондиционер, функционирует только камера орошения.

            В камере орошения разбрызгиваемая вода при контакте с обрабатываемым воздухом принимает температуру мокрого термомет­ра. Для поддержания указанной температуры воды не требуется специальных охлаждающих устройств. Из общего количества разбрызгиваемой воды испаряется всего 3 – 5%. Остальная часть ее выпадает в поддон, откуда забирается насосом и направляется форсункам. Добавление воды производится автоматически с помощью шарового крана.

            Вследствие незначительного количества добавляемой воды заметного изменения температуры разбрызгиваемой воды не наблюдается. Поэтому практически считают, что температуру разбрызгиваемой воды с достаточным для расчетов приближением можно принимать равной температуре мокрого термометра, а конечное со­стояние обрабатываемого воздуха определять точкой пересечения линии I = const, проведенной через точку заданного

состояния на­ружного воздуха (в летний период), с кривой φ = 96%.

            Рассмотрим построение этого процесса кондиционирования воздуха на I–d диаграмме.

            Исходными данными для построения процесса являются расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха; кроме того, должно быть также известно количество тепла и влаги, выделяющееся в помещении.

Обозначим параметры наружного воздуха через t_н и φ_н, а расчетные параметры внутреннего воздуха – через t_в иφ_в = a – b. Заметим, что значение относительной влажности внутреннего воздуха в этом случае дается в определенных допустимых пределах, поскольку при данном способе обработки воздуха, как это будет видно из дальнейшего, не представляется возможным поддерживать заданное значение относительной влажности φ_в.

            Если же поддержание относительной влажности воздуха внутри помещения ограничено некоторыми допустимыми пределами (на­пример, от φв = а до φв = b, то рассматриваемый способ обработки воздуха в ряде случаев может быть успешно использован.

            На рис. 12.3. изображена принципиальная схема такого устройства кондиционирования воздуха. Буквы Н, О, П и В, указанные в отдельных участках схемы, связывают её с построением процесса на I–d диаграмме   (рис. 12.4), на которой этими же буквами обозначены состояния воздуха в соответствующих отдельных участках

            Согласно схеме (рис. 12.3), наружный воздух в количестве G поступает в кондиционер 1, из которого после соответствую­щей обработки направляется в помещение 2; затем отработанный воздух извлекается из помещения с помощью вытяжной системы 3. Такая схема обработки воздуху носит название прямоточной.

            Изображенная на рис. 12.3 схема кондиционера, условно разделена на три части в соответствии с составляющими его элементами, в которых в процессе обработки воздуха изменяется его состояние, а именно: калорифера первого подогрева, оросительной камеры и калорифера второго подогрева. Построение процесса  кондиционирования  воздуха  начинается с нанесения на I–d диаграмму точки Н, характеризующей состояние наружного воздуха (рис. 12.4). Так как в летний период оба калорифера выключаются, то наружный воздух с состоянием, соответствующим точке Н, поступает в дождевое пространство. В дож­девом пространстве при контакте воздуха с капельками воды, имеющей температуру мокрого термометра, процесс изменения состоя­ния протекает адиабатически по лучу НО     (ε ≈ 0) и завершается в точке О пересечения этого луча с кривой φ = 95%. При этом температура t₀ является минимальной, которую можно достичь при использовании адиабатического процесса. Таким образом, в результате такой обработки температура воздуха снижается на Δt = t_н – t₀  градусов. Теплосодержание воздуха при этом сохраняется примерно постоянным.

            Из рис. 12.4 нетрудно убедиться, что чем больше φ_н, тем меньше становится величина Δt. Отсюда следует, что использовать адиа­батический процесс для снижения температуры приточного воздуха целесообразно только при сравнительно низких значениях относи­тельной влажности наружного воздуха.

            Обработанный воздух с состоянием, характеризуемым точкой О, проходит через вентилятор и затем по воздуховоду направляется в кондиционируемое помещение. На пути от вентилятора до конди­ционируемого помещения воздух повышает свою температуру на  1– 1,5 ºС, вследствие превращения механической энергии вентилятора в тепловую энергию и передачи тепла через стенки воздуховода от воздуха, окружающего канал (температура которого близка к t_н) к обработанному воздуху, проходящему по этому каналу. В результате этого повышения температуры воздух принимает окончательное состояние, характеризуемое точкой П, с которым поступает в кондиционируемое помещение. Этот процесс повышения температуры происходит по линии d₀ = d_п = const.

            Таким образом, в рассматриваемых условиях параметры точки являются параметрами приточного воздуха. Если известны количество тепла и влаги, выделяющиеся в помещении, а, следовательно, и величина углового коэффициента луча процесса в помещении, то дальнейшее построение процесса производится следующим образом. Через точку П проводят луч ПВ процесса в помещении до пересечения с изотермой, соответствующей заданному значению внутренней температуры. Найдя таким построением точку В, можно определить количество вентиляционного воздуха по    формуле (11.6). Если относительная влажность, соответствующая точке В, удовлетворяет заданным пределам φ_в = a ÷ b, то построение процесса можно считать на этом законченным.

            Применять описанный метод обработки воздуха возможно лишь  в том случае, когда точка В находится в пределах допустимых значений относительной влажности. В практике часто наблюдаются такие условия, при которых линия луча процесса в помещении проходит в зоне высоких значений относительной влажности, вследствие чего значение относительной влажности точки В выходит  за допустимые пределы. Поэтому в таких случаях, не представляется возможным использовать вышеописанную схему обработки воздуха, вследствие чего обычно прибегают к схеме обработки воздуха предусматривающей частичное подмешивание наружного воздуха (байпас)   после дождевого  пространства к воздуху,   прошедшему через дождевое пространство (рис. 12.5).

           Согласно этой схеме, в дождевое пространство подается только часть общего количества воздуха, равная G_дп, кг/ч. Эта часть воздуха с состоянием   Н, соответствующим   расчетным   параметрам наружного воздуха, поступает в оросительную камеру, пройдя которую, она приобретает состояние, характеризуемое точкой О (как результат адиабатического процесса). Другая часть воздуха в количестве G_б (байпасируемый воздух) с состоянием Н проходит по обводному воздуховоду (байпасу), минуя оросительную камеру, и вступает в смесь с воздухом, выходящим из оросительной камеры в количестве G_дп и имеющим состояние, соответствующее точке О. В результате смешивания воздушно-паровая смесь приобретает состояние П', с которым этот воздух в количестве G_п проходит через вентилятор и затем поступает в воздуховод. В вентиляторе и воздуховоде воздух подогревается на 1  1,5 °С, приобретая при этом состояние, характеризуемое точкой П, с которым он подается в кондиционируемое помещение.

            В результате поступления в этот воздух тепла и влаги в поме­щении устанавливается заданное состояние внутреннего   воздуха (точка В). С этим состоянием воздух извлекается вытяжной системой вентиляции.

            Рассмотрим далее построение этого процесса обработки воздуха на I–d диаграмме. По-прежнему исходными данными являются заданные расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха, а также величина углового коэффициента луча процесса в помещении.

            Построение процесса начинают с нанесения на I–d диаграмму (рис. 12.5) точки Н, имеющей параметры наружного воздуха. Затем через точку Н проводится луч адиабатического процесса испарения (ε_ув ≈ 0) до пересечения с кривой φ = 95% в точке О, параметры которой определяют состояние воздуха, покидающего дождевое пространство.

            Далее на I–d диаграмму по заданным параметрам внутренне­го воздуха наносят точку В (в этом случае значение φ_в принимает­ся вполне определенным).

            От точки В вниз по линии d_в = const   в масштабе  температур откладывают отрезок ВВ', соответствующий 1 ÷ 1,5 °С, в результате чего получают точку В', через которую проводят луч процесса   в помещении с угловым   коэффициентом ε_п. Точка П' пересечения луча с линией НО определяет состояние смеси воздуха, поступаю­щего в вентилятор. Через точку П' проводится линия d_п = const, на которой в масштабе температур откладывается  отрезок П'П, соответствующий 1 ÷ 1,5 ºС. Таким путем определяют положение точ­ки П, характеризующей состояние приточного воздуха. Далее точку П соединяют прямой с точкой В. Прямая ПВ является лучом процесса изменения состояния воздуха в помещении. На этом построение процесса заканчивается.