Новое в кондиционировании воздуха: косвенно-испарительная рекуперативная установка (КИРУС)

Адиабатические охладители воздуха в отличие от косвенно-испарительных охладителей, относятся к категории прямого действия, когда поток воздуха непосредственно контактирует с орошающей водой, при испарении которой отбирается тепло у воздуха. Однако применение адиабатических охладителей воздуха имеет значительные ограничения, связанные с тем, что вместе с понижением температуры приточного воздуха повышается его влажность, затруднен процесс регулирования.
С целью исключения наиболее существенного недостатка адиабатических охладителей — увеличение влажности воздуха — осуществляем разделение потоков на основной (подаваемый в помещение) и вспомогательный (способствующий интенсификации испарения воды). Учитывая, что при разделении потоков отсутствует принцип прямого испарения, получаем эффект косвенно-испарительного охлаждения. Этот эффект и положен в основу работы Косвенно-Испарительной Рекуперативной Установки — КИРУС.
Сердцем установки КИРУС является особенный блок тепломассообмена, состоящий из чередующихся сухих и смачиваемых каналов. Наружный воздух проходит по сухим каналам (основной поток), где охлаждается за счет испарения воды в смежных увлажняемых каналах (вспомогательный поток), в которые подается наружный воздух либо воздух, удаляемый из обслуживаемых помещений. На выходе потока из сухих каналов устанавливается увлажняющая насадка, в которой этот воздух увлажняется и охлаждается во второй ступени при непосредственном контакте с водой, после чего направляется в обслуживаемое помещение.

Таблица 1. Параметры воздуха в режиме 1. Расход основного потока 1200 м³/час,
вспомогательного — 1100 м³/час

Share График 1.
Share	Параметры воздуха: 1 — основной поток (наружный воздух) входящий в КИРУС; 2 — основной поток, охлажденный в КИРУСе; 3 — основной поток увлажненный во второй ступени КИРУСа; 4 — воздух в помещении.

Установка КИРУС может использоваться самостоятельно для охлаждения приточного воздуха поступающего в помещение в летний период года. В этом режиме работают две ступени охлаждения. В первой ступени воздух охлаждается без изменения его влагосодержания, во второй ступени дополнительно увлажняется и охлаждается. При совместной работе КИРУСа с генератором искусственного холода используется только первая ступень охлаждения, увлажняющая ступень не работает. В этом режиме за счет охлаждения приточного воздуха в КИРУСе существенно снижается потребная холодильная мощность и, следовательно, уменьшаются затраты энергии.
В зимнем режиме работы используется только первая ступень КИРУСа, в которой за счет теплообмена между удаляемым из помещения теплым и холодным приточным воздухом, осуществляется подогрев последнего, что существенно уменьшает расход тепла на отопление помещения. Полив влажных каналов отсутствует. В этом режиме КИРУС используется как рекуператор тепловой энергии.

Таблица 2. Параметры воздуха в режиме 2. Расход основного потока 1200 м³/час,
вспомогательного — 1100 м³/час

Share График 3.
Share	Параметры воздуха: 1 — основной поток (наружный воздух) входящий в КИРУС; 2 — основной поток, охлажденный в КИРУСе; 3 — основной поток, охлажденный в испарителе холодильной машине; 4 — воздух в помещении.

Установки типа КИРУС могут использоваться в трёх режимах работы:
Режим 1. Охлаждение приточного воздуха в летний период без использования холодильных машин. Установка работает следующим образом: наружный воздух т.1 вентилятором приточной системы подается через воздушный фильтр в “сухие” каналы косвенно — испарительного воздухоохладителя, где происходит его охлаждение без изменения влагосодержания т.2. Далее этот поток увлажняется во второй ступени т.3 и поступает в помещение, где усваивая тепло помещения приобретает параметры точки т.4. Вспомогательный поток воздуха, который отводит тепло от основного потока подается во влажные каналы, где нагревается, увлажняется и выбрасывается в атмосферу.

Q — полная холодопроизводительность КИРУСа, кВт.час
Q = Lo x gв x ср x (t1 – t2) = Lo x gв x ср x E x (t1 – t1м)
Где Е = (t1 – t2) / (t1 – t1м)
Qасс — количество тепла, отнимаемое воздухом от охлаждаемого помещения.
Qасс = Loсн x g x ср x (t4 – t3)

• Share

• Share

Режим 2. Охлаждение приточного воздуха в летний период при совместной работе с холодильной машиной. В этом режиме установка КИРУС охлаждает наружный воздух в объеме необходимой санитарной нормы или при прямоточной схеме подачи воздуха, таким образом снижает потребные затраты искусственного холода. В этом режиме в качестве вспомогательного потока может использоваться как наружный воздух, так и охлажденный воздух из помещения. Установка работает следующим образом. Наружный воздух т.1 охлаждается в “сухих” каналах КИРУСа т.2 и подается в общую систему кондиционирования воздуха. Далее происходит охлаждение и осушка воздуха в испарителе холодильной машины т.3, после чего он подается в помещение т.4.
Q — полная холодопроизводительность КИРУСа, кВт.час

Q = Lo x gв x ср x(t1 – t2) = Lo x gв x ср x E x (t1 – t1м)
Где Е = (t1 – t2) / (t1 – t1м)
Qасс — количество тепла, отнимаемое воздухом от охлаждаемого помещения.
Qасс = Loсн . g . ср . (t4 – t3)

Режим 3. В зимнем режиме используется только первая ступень КИРУСа, в которой за счет теплообмена между удаляемым из помещения теплым воздухом и холодным приточным воздухом, осуществляется подогрев последнего, что существенно уменьшает расходы тепла на отопление помещения. Полив влажных каналов отсутствует. В этом режиме КИРУС используется как рекуператор тепловой энергии.
По графику 3 зная перепад температур между воздухом помещения и наружным воздухом определяем необходимый дополнительный подогрев воздуха в калорифере.
Qд = Loсн x g x (tп – tпр)

• Share

Для определения аэродинамического сопротивления блока используется график 4.
Подбор насадки прямого испарительного адиабатического охлаждения производится по графикам 5 и 6. Эффективность Еа процесса адиабатического увлажнения определяется по формуле

Еа = (t2 – t3) / (t2 – t3м) ,
где t2 — начальная температура увлажняемого воздуха;
t3 — конечная температура увлажняемого воздуха;
t3м — температура “мокрого” термометра увлажняемого воздуха.

Используя данные графика 7 и 8, определяем конечную температуру t3 увлажняемого воздуха и аэродинамическое сопротивление насадки в зависимости от ее толщины.

• Share

• Share

Установки КИРУС комплектуются из блоков. Блоки выпускаются двух типов. Типа БТО-П для охлаждения приточного воздуха в летний период и нагрева его в зимний период, а также типа БТО-Р для нагрева приточного воздуха в зимний период в режиме рекуперации.
Основные параметры и размеры блоков приведены в таблице 3.

В состав установки КИРУС входят: вентиляторы основного и вспомогательных потоков воздуха, воздушные фильтры, водяной циркуляционный насос для подачи воды в режиме охлаждения и увлажнения воздуха, емкость с поплавковым клапаном для подпитки орошающей воды.
Наиболее ощутимый эффект от работы косвенно испарительных, равно как и адиабатических охладителей воздуха, проявляется в тех климатических зонах, где влагосодержание является относительно низким. Однако в настоящее время установки КИРУС успешно применяются во многих регионах, таких как Автономная республика Крым, Киевская, Тернопольская, Закарпатская, Одесская, Николаевская области Украины, Республика Молдова.

И.А. Яковенко
Генеральный директор
ООО “Термотех-Пром”
Е.А. Соловцов
Технический директор
ООО “Термотех-Пром”
А.Б. Цимерман к.т.н.
Заведующий научно-производственной лабораторией
ООО “Термотех-Пром”