КОНДИЦИОНЕР С ГИБРИДНОЙ СИСТЕМОЙ ОСУШИТЕЛЬНОГО И ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
AIR CONDITIONER WITH HYBRID DESICCANT AND EVAPORATIVE COOLING SYSTEM

Заявляемое решение относится к области кондиционеров, применяемых для обслуживания производственных помещений с высокой относительной влажностью воздуха, а также производственных помещений с низкой относительной влажностью в случае смешения кондиционированного воздуха, имеющего высокую относительную влажность, с более сухим очищенным в рукавном фильтре рециркулируемым воздухом, расположенных в климатических районах, как с низкими отрицательными температурами наружного воздуха до (-30°C) в холодный период года, так и с температурами наружного воздуха в теплый период года до (+35°C), а также для обслуживания помещений специального назначения в диапазоне отрицательных температур (-11°C)÷(-40°C).
Из источников научно-технической и патентной информации известно большое количество модификаций кондиционеров. Среди них выбраны кондиционеры с системой осушительного и испарительного охлаждения - Desic-cative and Evaporative Cooling (DEC), принадлежащей к «экологически чистым» системам, которые отвечают требованию «обеспечения устойчивости среды обитания», предъявляемому международными рейтинговыми программами LEED (США), BREEM (Великобритания), DGNB (Германия) к инженерным системам ОВК (отопление, вентиляция и кондиционирование) нового поколения, но имеют круглогодично низкую энергетическую эффективность DEC-системы, что обеспечивает возможность их усовершенствования в направлении, указанном в формуле изобретения заявляемого решения.
Известна принципиальная схема кондиционера, реализующего технологию охлаждения DEC, описанная в статье Н.В. Шилкина «Климатический центр Klimahaus в Бремерхафене», которая опубликована в журнале «АВОК» №2, 2012 г., с.84-93, и в Интернете на сайте http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=5181, принятого за прототип. Принципиальная схема прототипа прилагается.
2
Кондиционер-прототип состоит из приточной и вытяжной камер, разделенных между собой горизонтальной промежуточной перегородкой с двумя окнами, охладителя приточного воздуха, выполненного в виде системы осушительного и испарительного охлаждения - Desiccative and Evaporative Cooling (DEC), состоящей из двух роторных рекуператоров (рекуператора-осушителя и рекуператора-охладителя приточного воздуха), встроенных в окна горизонтальной промежуточной перегородки, и имеющих противоположно направленные линии вытяжки и притока, регенеративного нагревателя вытяжного воздуха, размещенного между роторными рекуператорами, и двух адиабатических увлажнителей вытяжного и приточного воздуха с подводящим водопроводом, приточная и вытяжная камеры содержат воздухоочистители, установленные на входе в камеры, и вентиляторные блоки, установленные на выходе из камер. Подводящие водопроводы деминерализованной воды к адиабатическим увлажнителям на принципиальной схеме кондиционера не показаны. При этом рекуператор-осушитель приточного воздуха выполнен роторным регенератором адсорбционного типа, а рекуператор-охладитель приточного воздуха - роторным регенеративным теплообменником. Адиабатический увлажнитель вытяжного воздуха установлен на входе в роторный регенеративный теплообменник, а адиабатический увлажнитель приточного воздуха - на выходе из роторного регенеративного теплообменника. Роторный регенератор адсорбционного типа является входным рекуператором охладителя приточного воздуха и имеет ячейки аккумулирующей матрицы ротора, покрытые влагопоглощающим материалом - адсорбентом. В кондиционере-прототипе это силикагель (SiO), который является адсорбентом влаги, содержащейся в наружном воздухе.
При этом аккумулирующая матрица адсорбционного ротора нагревается потоком вытяжного воздуха. Приточный воздух, проходя через нагретые ячейки адсорбционного ротора, нагревается в них и одновременно осушивается за счет адсорбции содержащейся в нем влаги. При повороте адсорбционного ротора ячейки аккумулирующей матрицы, сорбирующая поверхность которых наполнена влагой, поступают в зону вытяжки. При этом нагретый поток вытяжного воздуха, проходя через ячейки аккумулирующей матрицы ротора, осуществляет десорбцию содержащейся в них влаги, а по отношению к адсорбенту - его регенерацию, одновременно увлажняясь, после чего выбрасывается в атмосферу вытяжным вентиляторным блоком. Процесс нагревания и осушки приточного воздуха осуществляется при сухой энергетической эффективности роторного рекуператора-осушителя, равной  (в долях ед.).
Роторный рекуператор-охладитель охлаждает приточный воздух. Теплота, снятая аккумулирующей матрицей роторного теплообменника с приточного воздуха передается при повороте ротора вытяжному воздуху. Адиабатический увлажнитель вытяжного воздуха обеспечивает адиабатическое охлаждение вытяжного воздуха ~ на 6°C, и предназначен для увеличения перепада температур на входах в роторный регенеративный теплообменник , что обеспечивает увеличение фактического перепада температур на выходах из роторного регенеративного теплообменника:
охл
- на охлаждение приточного воздуха Δt, °C;
нагр
- на нагревание вытяжного воздуха Δt, °C.
При этом в теплый период года
,
где  - сухая эффективность рекуперации теплоты роторного регенеративного теплообменника,  (в долях ед.)
1
5
1
5
В статье рассматривается режим охлаждения приточного воздуха, который в соответствии с приведенным графиком процесса на i-d-диаграмме осуществляется при постоянных значениях температуры наружного воздуха t=31°C и вытяжного воздуха t=25°C, имеющих влагосодержание d=11,9 г/кг сух. возд. и d=10,3 г/кг сух. возд.
1
5
4
Система охлаждения DEC, используемая в кондиционере-прототипе, обеспечивает при t=31°C и t=25°C получение заданного значения температуры приточного воздуха t=19°C.
4
1
5
1
5
Указанную температуру приточного воздуха (t=19°C) при заданных температурах наружного воздуха t=31°C и вытяжного t=25°C воздуха, имеющих влагосодержания d=11,9 и d=10,3 г/кг сух. возд., в статье предлагается получать:
охл
1) при косвенном охлаждении приточного и вытяжного воздуха адиабатическими увлажнителями на перепад температур Δt=6°C, который обеспечивает получение температур:
- вытяжного воздуха на входе в рекуператор-охладитель
,
- приточного воздуха на выходе из рекуператора-охладителя
,
2) при значениях сухой эффективности рекуперации теплоты рекуператора-осушителя приточного воздуха  и рекуператора-охладителя приточного воздуха , которые обеспечивают получение температур:
- приточного воздуха на выходе из рекуператора-осушителя:
,
6
7
- вытяжного воздуха на выходе из рекуператора-охладителя приточного воздуха, который одновременно нагревает вытяжной воздух с температуры t до t
,
- вытяжного воздуха на выходе из регенеративного воздухонагревателя
,
- вытяжного воздуха на выходе из рекуператора-осушителя приточного воздуха
.
2
3
6
7
8
9
Все рассчитанные температуры приточного и вытяжного воздуха (t=49°C, t=25°C, t=19°C, t=43°C, t=70°C, t=52°C) хорошо согласуются со схемой обработки воздуха в кондиционере - прототипе, реализующем принцип DEC на I-d-диаграмме, представленной на рис. 4 статьи Н.В. Шилкина «Климатический центр Klimahaus в Бремерхафене».
Кондиционер-прототип с охладителем приточного воздуха, выполненным в виде осушительного и испарительного охлаждения DEC на базе двух роторных рекуператоров, регенеративного воздухонагревателя вытяжного воздуха и двух адиабатических увлажнителей вытяжного и приточного воздуха, имеет следующие недостатки:
1. Имеет низкую энергетическую эффективность DEC-системы при работе кондиционера в холодный период года.
2. Имеет низкую энергетическую эффективность DEC-системы при работе кондиционера в теплый период года.
Для обеспечения сопоставимости расчетов сравниваемых кондиционеров (кондиционера-прототипа и заявляемого кондиционера) в качестве адсорбционного роторного рекуператора использовано адсорбционное колесо Hoval с эффективностями рекуперации теплоты  и влаги , представленными в виде графических зависимостей  от числа оборотов ротора «и» и приведенными в справочнике по проектированию, монтажу и эксплуатации «Ротационные теплообменники для рекуперации тепловой энергии в вентиляционных установках Hoval», опубликованному на сайте: hoval-rekuperaciyatepla.ru/zoolu-website/media/document/4640/
По п. 1 недостатков DEC-системы кондиционера-прототипа
Энергоэффективность DEC-системы кондиционера зависит от:
1) места размещения адсорбционного роторного рекуператора (на входе приточного воздуха в DEC-систему или на выходе из DEC-системы);
2) величины эффективности рекуперации теплоты  рекуператора-теплообменника и места его размещения (на входе приточного воздуха в DEC-систему, на выходе из DEC-системы).
Энергоэффективность DEC-системы кондиционера в холодный период года возрастает при размещении адсорбционного роторного рекуператора на выходе приточного воздуха из DEC-системы, а рекуператора-теплообменника - на входе в DEC-систему и повышении эффективности рекуперации теплоты рекуператора-теплообменника.
Низкая энергоэффективность DEC-системы кондиционера-прототипа в холодный период года обусловлена следующими причинами.
1. Адсорбционный роторный рекуператор размещен на входе приточного воздуха в DEC-систему, а роторный рекуператор-теплообменник размещен на выходе из DEC-системы.
2. Адсорбционный роторный рекуператор (адсорбционное колесо Hoval), установленный на входе в DEC-систему со стороны наружного воздуха при заданном значении эффективности рекуперации влаги  имеет низкое значение эффективности рекуперации теплоты, равное .
1
1
6
6
9
8
7
6
5
Указанные недостатки кондиционера-прототипа в холодный период года при параметрах наружного воздуха t=(-1,0)÷(-30)°C d=6,34÷0,194 г/кг сух. возд., параметрах вытяжного воздуха t=23°C, d=8,77 г/кг сух. возд. d=d=d=d и заданной температуре приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя t=19°C ухудшают значения ее остальных параметров вытяжного и приточного воздуха, и как следствие формируют низкую энергетическую эффективность ее DEC-системы по сравнению с энергетической эффективностью DEC-системы заявляемого кондиционера.
1
В табл. 1 для производственных помещений, требующих высокой относительной влажности воздуха, представлены алгоритм, формулы и результаты расчета параметров вытяжного и приточного воздуха сравниваемых кондиционеров для четырех температур наружного воздуха в холодный период года t=10,0, (-1), (-30)°C и определены значения перепада температур нагревания вытяжного воздуха , °C, характеризующих энергоэффективность DEC-систем сравниваемых кондиционеров.
Согласно табл. 1 (п. 35) в кондиционере-прототипе по сравнению с заявляемым кондиционером образуются увеличенные значения перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в нагревателе , которые характеризуют низкую энергоэффективность ее DEC-системы.
Перепад температур на нагревание вытяжного воздуха  определяется из выражения  и составляет:
- при  при
- при  при
- при  при
- при .при
При этом увеличение перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в нагревателе DEC-системы кондиционера-прототипа по сравнению с DEC-системой заявляемого кондиционера, определяемого из выражения , составляет:
1
ув
- при t=10°C n=17,6/5,8=3,03 раза
1
ув
- при t=0°C n=22,5/8,9=2,53 раза
1
ув
- при t=(-1,0)°C n=22,8/9,0=2,53 раза
1
ув
- при t=(-30)°C n=31,3/12,0=2,61 раза.
1
ув(ср)
Среднее значение увеличения перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в диапазоне изменения температур наружного воздуха t=10÷(-30)°C в кондиционере-прототипе по сравнению с заявляемым кондиционером, определяемого из выражения , составляет n=(3,03+2,53+2,53+2,61)/4=2,67 раза.
При этом расход электроэнергии на нагревание вытяжного воздуха в холодный период года (кВт⋅ч) в DEC-системе кондиционера-прототипа будет в 2,67 раза больше, чем в DEC-системе заявляемого кондиционера. Это подтверждает низкую энергетическую эффективность DEC-системы кондиционера-прототипа по сравнению с DEC-системой заявляемого кондиционера в холодный период года.
5
5
пр
пр
Кондиционер-прототип также вызывает повышенные энергозатраты при обслуживании помещений специального назначения в диапазоне отрицательных температур наружного воздуха (-11)÷(-40)°C, когда предъявляются повышенные требования к поддержанию постоянного значения относительной влажности приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя ϕ5 с выполнением условия ϕ≤0,75 при t=15°C с целью получения после дополнительного нагрева приточного воздуха в нагревателе, устанавливаемом за пределами кондиционера, температуры приточного воздуха t=19°C и ϕ=0,58.
пр
пр
1
1
В табл. 2 для помещений специального назначения, требующих поддержания относительной влажности приточного воздуха ϕ=0,58 при t=19°C в диапазоне температур наружного воздуха t=(-11)÷(-40)°C, представлены алгоритм расчета, формулы и результаты расчета параметров вытяжного и приточного воздуха сравниваемых кондиционеров для температур наружного воздуха t=(-11), (-30), (-40)°C и определены значения перепада температур нагревания вытяжного воздуха , характеризующих энергоэффективность DEC-систем сравниваемых кондиционеров.
Согласно табл. 2 (п. 38) в кондиционере-прототипе по сравнению с заявляемым кондиционером образуются увеличенные значения перепада температур на нагревание вытяжного воздуха , которые характеризуют низкую эффективность ее DEC-системы.
Перепад температур на нагревание вытяжного воздуха  определяется из выражения  и составляет:
- при  при
- при  при
- при  при
При этом увеличение перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в нагревателе DEC-системы кондиционера-прототипа по сравнению с DEC-системой заявляемого кондиционера, определяемого из выражения , составляет:
1
ув
- при t=-11°C n=39,4/8,9=4,43 раза
1
ув
- при t=-30°C n=41,6/9,1=4,57 раза
1
ув
- при t=-40°C n=39,4/9,2=4,28 раза.
1
ув(ср)
Среднее значение увеличения перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в диапазоне изменения температур наружного воздуха t=(-11)÷(-40)°C в кондиционере-прототипе по сравнению с заявляемым кондиционером, определяемого из выражения , составляет n=(4,43+4,57+4,28)/3=4,43 раза.
1
пр
пр
1
При этом расход электроэнергии на нагревание вытяжного воздуха в диапазоне температур наружного воздуха t=(-11)÷(-40)°C в (кВт⋅ч) в DEC-системе кондиционера-прототипа будет в 4,43 раза больше, чем в DEC-системе заявляемого кондиционера. Это подтверждает низкую энергетическую эффективность DEC-системы кондиционера-прототипа по сравнению с DEC-системой заявляемого кондиционера при обслуживании помещений специального назначения, предъявляемых повышенные требования к поддержанию постоянных значений относительной влажности приточного воздуха (ϕ=0,58) при t=19°C в диапазоне температур наружного воздуха t=(-11)÷(-40)°C.
По п. 2 недостатков DEC-системы кондиционера-прототипа.
1
1
6
6
7
7
9
8
7
5
Указанные недостатки кондиционера-прототипа при его использовании в теплый период года при параметрах наружного воздуха (t=11÷35°C, d=3,28÷14,32 г/кг сух. возд.), параметрах вытяжного воздуха (t=23÷28°C, d=8,77÷11,99 г/кг сух. возд., t=17,2÷21,4°C, d=11,1÷14,64 г/кг сух. возд., d=d=d) и параметрах приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя t=19÷23°C ухудшают значения ее остальных параметров вытяжного и приточного воздуха, и как следствие, формируют низкую энергетическую эффективность ее DEC-системы по сравнению с энергетической эффективностью DEC-системы заявляемого кондиционера.
1
1
В табл. 3 для производственных помещений, требующих высокой относительной влажности воздуха, представлены алгоритм расчета, формулы и результаты расчета параметров вытяжного и приточного воздуха сравниваемых кондиционеров для двух температур наружного воздуха в теплый период года t=11°C и t=35°C и определены значения перепада температур на нагревание вытяжного воздуха , характеризующие энергоэффективность DEC-систем сравниваемых кондиционеров.
Согласно табл. 3 (п. 40) в кондиционере-прототипе по сравнению с заявляемым кондиционером образуются увеличенные значения перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в нагревателе , которые характеризуют низкую энергоэффективность ее DEC-системы.
Перепад температур на нагревание вытяжного воздуха  определяется из выражения  и составляет:
- при  при
- при  при .
При этом увеличение перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в нагревателе DEC-системы кондиционера-прототипа по сравнению с DEC-системой заявляемого кондиционера, определяемого из выражения , составляет:
1
ув
- при t=11°C n=20,2/0,9=22,4 раза
1
ув
- при t=35°C n=8,5/0,5=17,0 раза
1
ув(ср)
Среднее значение увеличения перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в диапазоне изменения температуры наружного воздуха t=11÷35°C в кондиционере-прототипе по сравнению с заявляемым кондиционером, определяемого из выражения , составляет n=(22,4+17,0)/2=19,7 раза.
При этом расход электроэнергии на нагревание вытяжного воздуха в теплый период года (кВт⋅ч) в DEC-системе кондиционера-прототипа будет в 19,7 раз больше, чем в DEC-системе заявляемого кондиционера.
Это подтверждает низкую энергетическую эффективность DEC-системы кондиционера-прототипа по сравнению с DEC-системой заявляемого кондиционера в теплый период года.
Задача создания кондиционера с гибридной системой осушительного и испарительного охлаждения - Desiccative and Evaporative Cooling (DEC) для круглогодичного обслуживания помещений различного назначения, на осуществление которой направлено заявляемое решение, состояла в дальнейшем усовершенствовании известной конструкции кондиционера с DEC-системой охлаждения приточного воздуха, и получении технического результата - повышения энергетической эффективности системы осушительного и испарительного охлаждения кондиционера в холодный и теплый периоды года.
Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что кондиционер с гибридной системой осушительного и испарительного охлаждения, содержащий напольную и потолочную панели, боковые стенки, приточную и вытяжную камеры, разделенные между собой горизонтальной промежуточной перегородкой с основным и дополнительным окнами, систему осушительного и испарительного охлаждения, состоящую из двух рекуператоров - адсорбционного роторного рекуператора и рекуператора-теплообменника, встроенных в окна горизонтальной промежуточной перегородки и имеющих линии притока и вытяжки, блока воздухонагревателя вытяжного воздуха, размещенного между рекуператорами, и двух адиабатических увлажнителей вытяжного и приточного воздуха с индивидуальными подводящими водопроводами деминерализованной воды, один из которых размещен в линии вытяжки, а другой - в линии притока, приточная и вытяжная камеры содержат входной и выходной патрубки, воздухоочистители, установленные на входах в приточную и вытяжную камеры и вентиляторные блоки, при этом основное окно в горизонтальной промежуточной перегородке размещено на входе приточного воздуха в систему осушительного и испарительного охлаждения, отличающийся тем, что система осушительного и испарительного охлаждения выполнена гибридной с размещением в основном окне горизонтальной промежуточной перегородки рекуператора-теплообменника, который выполнен в виде пластинчатого трехкаскадного противопоточного рекуператора V-образного исполнения, размещенного в подвесном фланцевом корпусе с боковыми и торцовыми стенками, днищем и содержащего два вертикально установленных в ряд пластинчатых противопоточных теплообменника, соединенных по внутренним боковым стенкам горизонтальным звеном, и герметично присоединенный к ним снизу через промежуточные патрубки замыкающий диагонально установленный пластинчатый перекрестноточный теплообменник, который жестко установлен нижним ребром на днище корпуса рекуператора, при этом пластинчатый трехкаскадный рекуператор размещен в подвесном корпусе ниже фланцевой линии с образованием в его верхней части свободного пространства, в котором на вершинах вертикально установленных в ряд пластинчатых противопоточных теплообменников установлены вертикальные звенья с соединительными пазами, которые выполнены по всей ширине корпуса трехкаскадного рекуператора и герметично присоединены к торцевым стенкам корпуса рекуператора, а наружные боковые стенки упомянутых теплообменников соединены с боковыми стенками корпуса рекуператора, торцы теплообменников соединены с торцевыми стенками корпуса рекуператора с образованием воздушных каналов между теплообменниками в линиях вытяжки и притока трехкаскадного рекуператора, кроме этого основное окно в горизонтальной промежуточной перегородке кондиционера выполнено с опущенными вниз двумя вертикальными поперечными стенками, торцы которых герметично присоединены к боковым стенкам кондиционера, и разделено вертикальной поперечной перегородкой, которая выполнена по всей ширине кондиционера и герметично присоединена к потолочной панели и боковым стенкам кондиционера, на горизонтальном звене, соединяющем два вертикально установленных в ряд пластинчатых противопоточных теплообменника, установлена вертикальная поперечная перегородка с соединительным пазом в ее верхней части, которая выполнена по всей ширине корпуса пластинчатого трехкаскадного рекуператора и герметично присоединена к торцовым стенкам корпуса рекуператора, напольная панель кондиционера снабжена монтажным окном с фланцами, размещенным симметрично относительно вертикальной поперечной перегородки кондиционера, причем подвесной корпус пластинчатого трехкаскадного рекуператора встроен центрирующими выступами в монтажное окно и герметично присоединен своими фланцами к фланцам монтажного окна в напольной панели кондиционера с дополнительным встраиванием двух опущенных вниз вертикальных поперечных стенок основного окна горизонтальной промежуточной перегородки кондиционера в соединительные пазы вертикальных звеньев вертикально установленных пластинчатых противопоточных теплообменников пластинчатого трехкаскадного рекуператора и встраиванием нижнего торца вертикальной поперечной перегородки кондиционера в соединительный паз вертикальной поперечной перегородки корпуса пластинчатого трехкаскадного рекуператора с образованием трех герметичных соединений «в замок» и выходных воздушных каналов из пластинчатого трехкаскадного противопоточного рекуператора в вытяжную и приточную камеры.
Технический результат заявляемого изобретения обеспечивается всей совокупностью существенных признаков.
Доказательство существенности отличий заявляемого кондиционера и связь отличительных признаков с достигаемым техническим результатом раскрывается в следующем порядке.
1
5
5
1. Повышение энергетической эффективности DEC-системы при работе кондиционера в холодный период года в диапазоне температур наружного воздуха t=(10)÷(-30)°C для получения приточного воздуха с высокой относительной влажностью ϕ=0,84÷0,75 и температурой t=19°C.
1
5
5
2. Повышение энергетической эффективности DEC-системы кондиционера при обслуживании помещений специального назначения в диапазоне отрицательных температур наружного воздуха t=(-11)÷(-40)°C для получения приточного воздуха с температурой на выходе из адиабатического увлажнителя t=15°C и относительной влажностью ϕ=0,748.
1
3. Повышение энергетической эффективности DEC-системы при работе кондиционера в теплый период года в диапазоне температур наружного воздуха t=11÷35°C.
Повышение энергетической эффективности DEC-системы заявляемого кондиционера в холодный период года обеспечивается следующими преимуществами заявляемого решения перед прототипом.
1. Рекуператор-теплообменник размещен на входе приточного воздуха в DEC-систему, выполнен в виде пластинчатого трехкаскадного противопоточного рекуператора V-образного исполнения и имеет повышенную эффективность рекуперации теплоты вытяжного воздуха , которая определена по следующей формуле:
,
где  - эффективность рекуперации теплоты противопоточным теплообменником компании Klingenburg ;  - эффективность рекуперации теплоты перекрестноточным теплообменником компании fflingenburg .
2. Адсорбционный роторный рекуператор размещен на выходе приточного воздуха из DEC-системы и не контактирует с холодным наружным воздухом.
При этом адсорбционные роторные рекуператоры сравниваемых кондиционеров и роторного теплообменника кондиционера-прототипа работают при постоянной частоте вращения роторов, без инверторов.
1
1
6
6
9
8
7
6
5
Указанные преимущества заявляемого кондиционера, обеспечиваемые отличительными признаками заявляемого решения, при параметрах наружного воздуха t=10÷(-30)°C d=6,34÷0,194 г/кг сух. возд., параметрах вытяжного воздуха t=23°C d=8,77 г/кг сух. возд. d=d=d=d и заданной температуре приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя t=19°C улучшают значения его остальных параметров вытяжного и приточного воздуха, и как следствие, обеспечивают повышение энергетической эффективности ее DEC-системы по сравнению с энергетической эффективностью DEC-системы кондиционера-прототипа.
При этом по сравнению с прототипом обеспечивается следующее изменение параметров:
1. Уменьшение величины перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в нагревателе, определяемого из выражения , которое составляет
- при  при
- при  при
- при  при
- при  при
2. Повышение энергетической эффективности DEC-системы заявляемого кондиционера при нагревании вытяжного воздуха, определяемое по формуле , которое составляет
1
нi
- при t=10°C ΔФ=67,0%
1
нi
- при t=0°C ΔФ=60,4%
1
нi
- при t=-1°C ΔФ=60,5%
1
нi
- при t=-30°C ΔФ=61,3%.
1
ср
3. Повышение энергетической эффективности DEC-системы заявляемого кондиционера по сравнению с энергоэффективностью DEC-системы кондиционера-прототипа, в холодный период года в диапазоне температур наружного воздуха t=10÷(-30)°C, определяемое из выражения  составляет ΔФ=62,3%.
5
При этом в заявляемом кондиционере в холодный период года при температуре приточного воздуха t=19°C обеспечивается запроектированная высокая относительная влажность приточного воздуха, которая составляет:
1
5
- при t=10°C ϕ=0,84 (в долях ед.)
1
5
- при t=0°C ϕ=0,8
1
5
- при t=-1°C ϕ=0,79
1
5
- при t=-30°C ϕ=0,75.
1
Повышение энергетической эффективности DEC-системы заявляемого кондиционера при обслуживании помещений специального назначения в диапазоне температур наружного воздуха t=(-11)÷40°C обеспечивается следующими преимуществами заявляемого решения перед прототипом:
9
9
9
1. Рекуператор-теплообменник размещен на входе приточного воздуха в DEC-систему, выполнен в виде пластинчатого трехкаскадного противопоточного рекуператора V-образного исполнения и имеет повышенную эффективность рекупераций теплоты , которая позволяет уменьшить температуру вытяжного воздуха t на выходе из нагревателя до t=42,6-50,8°C по сравнению с t=70°C в кондиционере-прототипе и, как следствие снизить величину перепада температур на нагревание вытяжного воздуха , характеризующего энергоэффективность DEC-системы кондиционера.
1
9
9
2. Адсорбционный роторный рекуператор (адсорбционное колесо) размещен на выходе приточного воздуха из DEC-системы и не контактирует с холодным наружным воздухом, имеющим температуру t=(-11)÷(-40)°C, что позволяет осуществлять нагревание вытяжного воздуха в нагревателе до сравнительно низких температур t=42,6÷50,8°C по сравнению с t=70°C - в кондиционере-прототипе.
9
При отсутствии контакта адсорбционного колеса заявляемого кондиционера с холодным наружным воздухом и температуре вытяжного воздуха на выходе из воздухонагревателя t=42,6÷50,8°C обеспечивается:
- отсутствие обмерзания ячеек аккумулирующей матрицы адсорбционного колеса и как следствие, отсутствие образования в ячейках ледяных пробок, повышающее надежность работы заявляемого кондиционера при указанных отрицательных температурах наружного воздуха;
2
- хорошая десорбция вытяжным воздухом влаги, содержащейся во влагопоглощающем материале-силикагеле (SiO), которым покрыты ячейки аккумулирующей матрицы адсорбционного колеса, и качественная регенерация влагопоглощающего материала.
1
4
5
5
Сравнительный анализ энергоэффективности DEC-систем заявляемого кондиционера и кондиционера-прототипа проводился с использованием адсорбционного колеса Hoval, имеющего графические зависимости эффективности рекуперации теплоты  и эффективности рекуперации влаги  теплоты от числа оборотов адсорбционного колеса «n». Графические зависимости прилагаются. Процесс адиабатического увлажнения приточного воздуха в сравниваемых кондиционерах в диапазоне температур наружного воздуха t=(-11)÷(-40)°C осуществляется при постоянном влагосодержании приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем d=2,2 г/кг сух. возд., которая при температуре приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя t=15°C обеспечивает заданное и постоянное значение относительной влажности приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя ϕ=0,748.
5
5
пр
пр
опт
Дополнительное нагревание приточного воздуха с параметрами (t=15°C, ϕ=0,748) до t=19°C в нагревателе, расположенном за пределами кондиционера, позволяет получить приточный воздух с заданной относительной влажностью ϕ=0,58, входящей в диапазон оптимальной относительной влажности воздуха ϕ=0,4÷0,6, необходимый для создания комфортного микроклимата в помещениях.
4
1
1
Для обеспечения постоянного значения влагосодержания перед адиабатическим увлажнителем d=2,2 г/кг сух. возд. при изменяющемся влагосодержании наружного воздуха d=1,22÷0,065 г/кг сух. возд. в диапазоне температур t=(-11)÷(-40)°C электроприводы адсорбционных колес сравниваемых кондиционеров снабжены частотными инверторами.
При этом эффективность рекуперации влаги адсорбционным колесом  определяется:
3
4
2
1
7
6
- для заявляемого кондиционера по формуле , где d=d=2,2 г/кг сух. возд., d=d; d=d
2
3
4
9
8
7
6
- для кондиционера-прототипа по формуле , d=d=d=2,2 г/кг сух. возд., d=d=d=d
9
5
1
Для обеспечения постоянных значений температуры вытяжного воздуха на выходе из нагревателя t=70°C и температуры приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя t=15°C кондиционера-прототипа при изменяющейся температуре наружного воздуха в диапазоне t=(-11)÷(-40)°C в электроприводе роторного теплообменника кондиционера-прототипа используется частотный инвертор.
1
1
6
6
9
8
7
6
5
8
9
Указанные преимущества заявляемого кондиционера, обеспечиваемые отличительными признаками заявляемого решения, при параметрах наружного воздуха t=(-11)÷(-40)°C, d=1,224÷0,065 г/кг сух. возд., параметрах вытяжного воздуха t=20°C, d=7,29 г/кг сух. возд., d=d=d=d и температуре приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя t=15°C улучшают значения параметров вытяжного воздуха t и t и, как следствие, обеспечивают повышение энергетической эффективности его DEC-системы по сравнению с энергетической эффективностью DEC-системы кондиционера-прототипа.
При этом по сравнению с прототипом обеспечивается следующее изменение значений параметров вытяжного воздуха:
9
1. Уменьшение значений температуры вытяжного воздуха на выходе из нагревателя t, определяемой по формуле , которая при  составляет:
- при  при
- при  при
- при  при
8
2. Увеличение значений температуры вытяжного воздуха перед нагревателем t, определяемой по формуле , которая при  составляет:
- при  при ;
- при  при ;
- при  при .
3. Уменьшение значений перепада температур на нагревание вытяжного воздуха , определяемого из выражения , которые составляют:
- при  при ;
- при  при ;
- при  при .
4. Повышение энергетической эффективности DEC-системы заявляемого кондиционера при нагревании вытяжного воздуха, определяемое по формуле , которая составляет:
1
нi
- при t=-11°C ΔФ=77,4%;
1
нi
- при t=-30°C ΔФ=78,1%;
1
нi
- при t=-40°C ΔФ=76,6%.
1
н(ср)
5. Повышение энергетической эффективности DEC-системы заявляемого кондиционера по сравнению с энергетической эффективностью DEC-системы кондиционера-прототипа при обслуживании помещений специального назначения в диапазоне температур наружного воздуха t=(-11)÷(-40)°C, определяемое из выражения , составляет ΔФ=77,36%.
1
5
5
При этом в заявляемом кондиционере в диапазоне температур наружного во t=(-11)÷(-40)°C при температуре приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя t=15°C обеспечивается запроектированное значение относительной влажности воздуха ϕ=0,748.
Повышение энергетической эффективности DEC-системы заявляемого кондиционера в теплый период года обеспечивается следующими преимуществами заявляемого решения перед прототипом.
1. На входе приточного воздуха в DEC-систему размещен рекуператор-теплообменник, который выполнен в виде пластинчатого трехкаскадного противопоточного рекуператора V-образного исполнения с высокой эффективностью рекуперации теплоты .
2. Адсорбционный роторный рекуператор (адсорбционное колесо) размещен на выходе приточного воздуха из DEC-системы.
3. Охлаждение приточного воздуха ведется без использования адиабатического увлажнителя приточного воздуха.
1
1
6
9
8
7
5
Указанные преимущества заявляемого кондиционера, обеспечиваемые отличительными признаками заявляемого решения, при параметрах наружного воздуха t=11÷35°C, d=3,28÷14,32 г/кг сух. возд.; параметрах вытяжного воздуха t=23÷28°C d=d=d=11,1÷14,64 г/кг сух. возд. и температуре приточного воздуха на выходе из кондиционера t=19÷23°C улучшают значения ее остальных параметров вытяжного и приточного воздуха и как следствие, обеспечивают повышение энергетической эффективности его DEC-системы по сравнению с энергетической эффективностью DEC-системы кондиционера-прототипа. При этом по сравнению с прототипом обеспечивается следующее поэтапное изменение значений параметров вытяжного и приточного воздуха.
1. Уменьшение значений температуры приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем за счет его выключения, которое составляет
- при
при
;
- при
при
.
3
2. Уменьшение значений температуры приточного воздуха после адсорбционного роторного рекуператора t, определяемого по формуле , которая составляет:
- при  при
при  при ;
- при  при
при  при .
2
3. Уменьшение значений температуры приточного воздуха на выходе из пластинчатого трехкаскадного рекуператора t, определяемой по формуле , которая составляет
- при
при ;
- при
при .
9
4. Уменьшение значений температуры вытяжного воздуха на выходе из нагревателя t, определяемой по формуле, которая составляет:
- при
при
- при
при
8
5. Уменьшение значений температуры вытяжного воздуха перед нагревателем t, определяемой по формуле , которая составляет:
- при
при
- при
при
6. Уменьшение величины перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в нагревателе , определяемой из выражения , которая составляет:
- при
при ;
- при
при .
7. Повышение энергетической эффективности DEC-системы заявляемого кондиционера при нагревании вытяжного воздуха, определяемое по формуле , которая составляет:
1
- при t=11°C ;
1
- при t=35°C .
1
н(ср)
8. Повышение энергетической эффективности DEC-системы заявляемого кондиционера по сравнению с энергоэффективностью DEC-системы кондиционера-прототипа в теплый период года в диапазоне температур наружного воздуха t=11÷35°C, определяемое из выражения , составляет ΔФ=(95,5+94,1)=94,8%.
Конструкция заявляемого кондиционера с гибридной системой осушительного и испарительного охлаждения приточного воздуха проиллюстрирована чертежами на фиг. 1-7. На фиг. 1 представлена вертикальная проекция кондиционера; на фиг. 2 - вид A (на фиг. 1); на фиг. 3 - вертикальная проекция кондиционера с горизонтальной промежуточной перегородкой с двумя окнами для встраивания рекуператоров (проекция представлена без рекуператоров); фиг. 4 - разрез В-В пластинчатого трехкаскадного рекуператора (на фиг. 5); фиг. 5 - вид B (на фиг. 4); фиг. 6 - разрез А-А (на фиг. 2); фиг. 7 - принципиальная схема кондиционера с нумерацией зон воздушных потоков линий вытяжки и притока.
На фиг. 6, 7 стрелками обозначены
линия вытяжки кондиционера
линия притока кондиционера
На фиг. 7 зоны 1-5 принадлежат к линии притока, а зоны 6-11 - к линии вытяжки кондиционера.
Кондиционер (фиг.6) содержит напольную 1 и потолочную 2 панели, приточную 3 и вытяжную 4 камеры, разделенные между собой горизонтальной промежуточной перегородкой 5 с основным 6 и дополнительным 7 окнами, гибридную систему осушительного и испарительного охлаждения 8, состоящую из двух рекуператоров 9 и 10 - адсорбционного роторного рекуператора 9 и рекуператора-теплообменника 10, встроенных в окна 7, 6 горизонтальной промежуточной перегородки 5, и имеющих линии притока и вытяжки, электрического блока воздухонагревателя вытяжного воздуха 11, размещенного между рекуператорами 9 и 10, и двух адиабатических увлажнителей вытяжного 12 и приточного 13 воздуха с индивидуальными подводящими водопроводами деминерализованной воды 14 и 15. При этом адиабатический увлажнитель вытяжного воздуха 12 установлен на входе в адсорбционный роторный рекуператор 9, а адиабатический увлажнитель приточного воздуха 13 - на выходе из приточной камеры 3, адсорбционный роторный рекуператор 9 снабжен инвертором и управляющим контроллером (на фиг. не показаны) и установлен в дополнительном окне 7 горизонтальной промежуточной перегородки 5. Приточная камера 3 содержит входной 16 и выходной 17 патрубки, воздухоочиститель 18, установленный на входе в камеру 3 и вентиляторный блок 19, размещенный между адсорбционным роторным рекуператором 9 и адиабатическим увлажнителем 13 приточного воздуха. Вытяжная камера 4 содержит входной 20 и выходной 21 патрубки, воздухоочиститель 22 и вентиляторный блок 23. Приточная камера 3 на входе и вытяжная камера 4 на выходе содержат управляемые утепленные воздушные клапаны 24 и 25. Рекуператор-теплообменник выполнен в виде пластинчатого трехкаскадного противопоточного рекуператора V-образного исполнения 10, размещенного в подвесном фланцевом корпусе 26, с боковыми 27 и торцовыми 28 (фиг. 5) стенками, днищем 29 (фиг. 4) и содержащего два вертикально установленных в ряд пластинчатых противопоточных теплообменника 30, соединенных по внутренним боковым стенкам 31 горизонтальным звеном 32 и герметично присоединенного к ним снизу через промежуточные патрубки 33 замыкающего диагонально установленного пластинчатого теплообменника 34, который жестко установлен нижним ребром 35 на днище 29 подвесного корпуса 26 пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10.
Пластинчатый трехкаскадный рекуператор 10 размещен в подвесном фланцевом корпусе 26 ниже фланцевой линии с образованием в его верхней части свободного пространства, в котором на вершинах вертикально установленных в ряд пластинчатых противопоточных теплообменников 30 установлены вертикальные звенья 44 с соединительными пазами, которые выполнены по всей ширине корпуса 26 трехкаскадного рекуператора 10 и герметично присоединены к торцевым стенкам 28 корпуса 26 рекуператора 10. При этом наружные боковые стенки 36 вертикально установленных в ряд пластинчатых противопоточных теплообменников 30 пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10 соединены с боковыми стенками 27 корпуса 26 пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10, торцы 37 (фиг. 5) пластинчатых теплообменников 30 и 34 (фиг. 4) соединены с торцевыми стенками 28 корпуса 26 пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10 с образованием воздушных каналов 38 и 39 между теплообменниками в линиях вытяжки и притока пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10. Кроме этого основное окно 6 в горизонтальной промежуточной перегородке 5 кондиционера выполнено с опущенными вниз двумя вертикальными поперечными стенками 40, торцы которых герметично присоединены к боковым стенкам 42 кондиционера (фиг. 2), и разделено вертикальной поперечной перегородкой 41 (фиг. 3), которая выполнена по всей ширине кондиционера и герметично присоединена к потолочной панели 2 и боковым стенкам 42 кондиционера.
На горизонтальном звене 32, соединяющем два вертикально установленных в ряд пластинчатых теплообменника 30, установлена вертикальная поперечная перегородка 45 с соединительным пазом 46 в ее верхней части, которая выполнена по всей ширине корпуса 26 пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10 и герметично присоединена к торцовым стенкам 28 корпуса рекуператора.
Напольная панель 1 кондиционера снабжена монтажным окном 47, размещенным симметрично относительно вертикальной поперечной перегородки 41 кондиционера. Подвесной корпус 26 пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10 встроен центрирующими выступами 48 в монтажное окно 47 напольной панели 1 кондиционера с герметичным присоединением своими фланцами 43 к фланцам 49 монтажного окна напольной панели 1 кондиционера с дополнительным встраиванием двух опущенных вниз вертикальных поперечных стенок 40 основного окна 6 горизонтальной промежуточной перегородки 5 кондиционера в соединительные пазы вертикальных звеньев 44 пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10 и встраиванием нижнего торца вертикальной поперечной перегородки 41 кондиционера в соединительный паз 46 вертикальной поперечной перегородки 45 корпуса 26 пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10 (фиг. 6) с образованием трех герметичных соединений «в замок» (на фигурах позициями не обозначены) и выходных воздушных каналов 50 и 51 из пластинчатого трехкаскадного противопоточного рекуператора 10 в приточную 3 и вытяжную 4 камеры. Корпус 26 пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10 (фиг. 6) имеет вертикальные и горизонтальные сервисные люки 52, 53, а корпус кондиционера - сервисную дверь 54 (фиг. 1) для адсорбционного роторного рекуператора 9 и две сервисных двери 55 для герметизации соединений при присоединении корпуса 26 трехкаскадного рекуператора 10 к кондиционеру.
Присоединение подвесного фланцевого корпуса 26 трехкаскадного рекуператора 10 к кондиционеру с герметизацией соединений осуществляется в следующей последовательности. Вначале вертикальные звенья 44 насаживаются своими пазами на нижние торцы вертикальных поперечных стенок 40 кондиционера и временно закрепляются на них болтовыми соединениями. Затем нижние пласта вертикальных звеньев 44 намазываются клеем. После этого осуществляется подъем корпуса 26 с пластинчатым трехкаскадным рекуператором 10 и встраивание через окна сервисных дверей 54 нижнего торца вертикальной поперечной перегородки 41 кондиционера в соединительный паз 46 вертикальной поперечной перегородки 45 корпуса 26 с примыканием фланцев 43 корпуса 26 рекуператора к фланцам 49 монтажного окна 47 в напольной панели 1 кондиционера и присоединением фланцев 43 к фланцам 49 кондиционера болтовыми соединениями с установкой контрольных штифтов на фланцах. После этого вертикальные звенья 44 освобождают от болтовых соединений и опускают на вершины вертикально установленных теплообменников 30 и осуществляют прижим вертикальных звеньев для получения прочных клеевых швов.
Для облегчения встраивания вертикальных поперечных стенок 40 в соединительные пазы вертикальных звеньев 44, а также встраивания вертикальной поперечной перегородки 41 кондиционера в соединительный паз 46 вертикальной поперечной перегородки 45 корпуса 26 нижние торцы вертикальных стенок 40 и вертикальной поперечной перегородки 41 выполнены конусными.
Такая конструкция соединений «в замок» обеспечивает возможность демонтажа корпуса 26 пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10 от кондиционера.
Кроме этого кондиционер имеет дополнительно еще шесть сервисных дверей, размещенных на передней боковой стенке кондиционера:
- сервисную дверь 56 для обслуживания воздухоочистителя 18 приточной камеры 3,
- сервисную дверь 57 для обслуживания вентиляторного блока 19 приточной камеры 3,
- сервисную дверь 58 для обслуживания адиабатического увлажнителя 13 приточного воздуха,
- сервисную дверь 59 для обслуживания воздухоочистителя 22 вытяжной камеры 4,
- сервисную дверь 60 для обслуживания адиабатического увлажнителя 12 вытяжной камеры 4,
- сервисную дверь 61 для обслуживания нагревателя 11 вытяжного воздуха,
- сервисную дверь 62 для обслуживания вентиляторного блока 23 вытяжной камеры 4.
Заявляемый кондиционер может работать в четырех режимах.
1
5
5
5
Режим 1. Режим кондиционирования в холодный период года с пропусканием через кондиционер 100% вытяжного воздуха и 100% наружного воздуха при температуре t=10÷(-30)°C с нагреванием приточного воздуха в DEC-системе с последующим увлажнением приточного воздуха в адиабатическом увлажнителе и получением приточного воздуха с параметрами (t=19°C, d=11,60÷10,42 г/кг сух. возд., ϕ=0,84÷0,76) без нагревания приточного воздуха после его адиабатического увлажнения.
1
5
5
5
Режим 2. Режим кондиционирования в теплый период года с пропусканием через кондиционер 100% вытяжного воздуха и 100% наружного воздуха при t=11÷35°C без применения адиабатического увлажнителя приточного воздуха и получением приточного воздуха с параметрами (t=19÷23°C, d=6,8÷14,46 г/кг сух. возд., ϕ=0,49÷0,81).
1
Режим 3. Режим кондиционирования для помещений специального назначения с пропусканием через кондиционер 100% вытяжного воздуха и 100% наружного воздуха при t=(-11)÷(-40°C) с нагреванием приточного воздуха в DEC-системе с последующим увлажнением приточного воздуха в адиабатическом увлажнителе и получением приточного воздуха с параметрами:
5
5
5
- (t=15°C, d=7,96 г/кг сух. возд., ϕ=0,748) без нагревания приточного воздуха после его адиабатического увлажнения;
пр
пр
5
- (t=19°C, d=7,96 г/кг сух. возд., ϕ=0,58) с нагреванием приточного воздуха после его адиабатического увлажнения в нагревателе, установленном за пределами кондиционера.
Режим 4. Режим ожидания.
Все четыре режима задаются на пульте управления.
Кондиционер в режиме 1 работает следующим образом. Работают два вентиляторных блока 19, 23 приточной 3 и вытяжной 4 камер, один адиабатический увлажнитель 13 приточного воздуха, блок нагревателя 11 вытяжного воздуха и электропривод адсорбционного роторного рекуператора 9 при постоянной частоте вращения двигателя. При этом открыты управляемые утепленные воздушные клапаны 24, 25. Вентиляторные блоки 19, 23 работают со 100%-ной производительностью.
Рассмотрим работу линии вытяжки кондиционера в режиме 1.
6
6
6
6
Вытяжной воздух из рабочей зоны производственного помещения с параметрами (t, d, ϕ, i) поступает по всасывающему воздуховоду во входной патрубок 20 вытяжной камеры 4, проходит через воздухоочиститель 22 и выключенный адиабатический увлажнитель 12 и поступает в адсорбционный роторный рекуператор 9, который рекуперирует влагу вытяжного воздуха, передавая ее приточному воздуху, охлаждая приточный воздух.
Температура на выходе из адсорбционного роторного рекуператора 9 рассчитывается по формуле
и
при  составит:
1
8
- при t=10°C t=23-0,8(23-50)=44,6;
1
8
- при t=0°C t=23-0,8(23-64,5)=56,2;
1
8
- при t=-1°C t=23+0,8(23-65,0)=56,6;
1
8
- при t=-30°C t=23+0,8(23-78,0)=67,0.
9
Из адсорбционного роторного рекуператора 9 вытяжной воздух поступает в нагреватель 11, в котором он нагревается до расчетной температуры t, определяемой по формуле ,
Которая при  составит:
- при ;
- при ;
- при ;
- при .
1
9
Управляющий контроллер воздухонагревателя вытяжного воздуха 11 осуществляет через датчик температуры наружного воздуха (на фиг. не показан) постоянный мониторинг изменения температуры наружного воздуха t и при ее изменении на каждый 0,1°C подает сигнал термостату на пропорциональное изменение мощности нагревателя 11 вытяжного воздуха, обеспечивающее получение заданной расчетной температуры t.
9
1
1
Поддержание заданных расчетных температур t вытяжного воздуха на выходе из воздухонагревателя 11 при изменении температуры наружного воздуха t в диапазоне t=10÷(-30°C) обеспечивает перепад температур на нагревание вытяжного воздуха , который составляет:
- при ;
- при ;
- при ;
- при .
9
Вытяжной воздух из нагревателя 11 поступает в пластинчатый трехкаскадный противопоточный рекуператор 10, который рекуперирует теплоту вытяжного воздуха с температурой t и передает ее приточному воздуху, охлаждаясь в рекуператоре 10.
Температура охлажденного вытяжного воздуха на выходе из пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10 определяется по формуле  и при  составляет
1
10
- при t=10°C t=50,4-0,991(50,4-10)=10,4°C;
1
10
- при t=0°C t=65,1-0,991(65,1-0)=0,6°C;
1
10
- при t=-1°C t=65,6-0,991(65,6+1)=-0,4°C;
1
10
- при t=-30°C t=79,0-0,991(79,0+30)=-29,0°C.
Охлажденный в пластинчатом трехкаскадном рекуператоре 10 вытяжной воздух выбрасывается вентиляторным блоком 23 через выходной патрубок 21 вытяжной камеры 4 в атмосферу.
Рассмотрим работу линии притока кондиционера в режиме 1.
1
1
1
1
Наружный воздух с параметрами (t, d, ϕ, i) поступает во входной патрубок 16 приточной камеры 3, проходит через воздухоочиститель 18 и поступает в пластинчатый трехкаскадный рекуператор 10, который рекуперирует теплоту вытяжного воздуха, выходящего из нагревателя 11, и передает ее приточному воздуху. Температура приточного воздуха на выходе из пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10 определяется по формуле  и при  составляет:
1
2
- при t=10°C t=10+0,991(50,4-10)=50,0°C;
1
2
- при t=0°C t=0+0,991(65,1-0)=64,5°C;
1
2
- при t=-1°C t=-1+0,991(65,6+1)=65,0°C;
1
2
- при t=-30°C t=-30+0,991(79,0+30)=78,0°C.
Нагретый в пластинчатом трехкаскадном рекуператоре 10 приточный воздух поступает в адсорбционный роторный рекуператор 9, который рекуперирует:
- теплоту приточного воздуха и передает ее вытяжному воздуху, охлаждая приточный воздух;
- влагу вытяжного воздуха и передает ее приточному воздуху, увлажняя приточный воздух.
При этом:
3
7
а) температура приточного воздуха t на выходе из адсорбционного роторного рекуператора 9 определяется по формуле , и при , t=23°C составляет:
1
3
- при t=10°C t=50,0+0,8(23-50,0)=28,4°C;
1
3
- при t=0°C t=64,5+0,8(23-64,5)=31,3°C;
1
3
- при t=-1°C t=65,0+0,8(23-65,0)=31,4°C;
1
3
- при t=-30°C t=78,0+0,8(23-78,0)=34,0°C.
3
7
б) влагосодержание приточного воздуха d на выходе из адсорбционного роторного рекуператора 9 определяется по формуле  и при  и d=8,77 г/кг сух. возд. составляет
1
3
- при t=10°C d=6,34+0,45(8,77-6,34)=7,43 г/кг сух. возд.
1
3
- при t=0°C d=3,14+0,45(8,77-3,14)=5,67 г/кг сух. возд.
1
3
- при t=-1°C d=2,89+0,45 (8,77-2,89)=5,54 г/кг сух. возд.
1
3
- при t=-30°C d=0,194+0,45(8,77-0,194)=4,05 г/кг сух. возд.
Выходящий из адсорбционного роторного рекуператора 9 приточный воздух поступает в вентиляторный блок 19, в котором нагревается на величину  поступает в адиабатический увлажнитель с температурой, определяемой по формуле: :
1
4
4
3
- при t=10°C t=28,4+1,0=29,4°C; d=d=7,43 г/кг сух. возд.;
1
4
4
3
- при t=0°C t=31,3+1,0=32,3°C; d=d=5,67 г/кг сух. возд.;
1
4
4
3
- при t=-1°C t=31,4+1,0=32,4°C; d=d=5,54 г/кг сух. возд.;
1
4
4
3
- при t=-30°C t=34,0+1,0=35,0°C; d=d=4,05 г/кг сух. возд.
4
5
4
5
Вентиляторный блок 19 подает приточный воздух в адиабатический увлажнитель 13, который увлажняет его с влагосодержания d до влагосодержания d. При этом происходит косвенное адиабатическое охлаждение приточного воздуха с температуры t до t=15°C на перепад температур , который определяется по формуле  и при E=0,85 составляет:
- при ;
- при ;
- при ;
- при .
5
5
Адиабатическое увлажнение приточного воздуха в режиме №1 обеспечивает получение приточного воздуха со следующими значениями влагосодержания d и относительной влажности ϕ
1
5
5
- при t=10°C d=11,6 г/кг сух. возд.; ϕ=0,84;
1
5
5
- при t=0°C d=11,0 г/кг сух. возд.; ϕ=0,8;
1
5
5
- при t=-1°C d=10,9 г/кг сух. возд.; ϕ=0,79;
1
5
5
- при t=-30°C d=10,4 г/кг сух. возд.; ϕ=0,76.
Адиабатический увлажнитель 13 работает с переменной производительностью по деминерализованной воде , кг/ч, рассчитываемой по формуле
,
4
5
4
5
-3
где  - массовый поток сухого приточного воздуха, кг/ч;  - дефицит влаги в приточном воздухе перед адиабатическим увлажнителем, г/кг сух. возд.; d, d - влагосодержание приточного воздуха до адиабатического увлажнителя 13 и после него, г/кг сух. возд. Значения d и d определяются по табл. 1; 10 - переводной коэффициент г в кг.
Дефицит влаги в приточном воздухе перед адиабатическим увлажнителем  определяется по формуле  и составляет:
- при ;
- при ;
- при ;
- при
Переменное количество деминерализованной воды , подаваемое в распылительные форсунки, обеспечивается инвертором водяного насоса высокого давления и управлением работой соленоидных клапанов, отключающих (включающих) коллектора модульной распределительной стойки с различным количеством форсунок.
Кондиционер в режиме 2 работает следующим образом. Работают два вентиляторных блока 19, 23 приточной 3 и вытяжной 4 камер, один адиабатический увлажнитель 12 вытяжного воздуха, блок нагревателя 11 вытяжного воздуха и электропривод адсорбционного роторного рекуператора 9 при постоянной частоте вращения двигателя. При этом открыты управляемые утепленные воздушные клапаны 24, 25. Вентиляторные блоки 19, 23 работают со 100%-ной производительностью.
Особенностями работы линии вытяжки кондиционера в режиме 2 по сравнению с режимом 1 являются (табл. 3):
1
1. Изменение температуры вытяжного воздуха которая зависит от температуры наружного воздуха t и составляет:
1
6
- при t=11°C; t=23°C;
1
6
- при t=35°C; t=28°C.
2. Применение адиабатического увлажнителя вытяжного воздуха 12, который вызывает:
а) косвенное адиабатическое охлаждение вытяжного воздуха на величину , которое определяется по формуле  и при Е=0,85 составляет:
1
- при t=11°C; ;
1
- при t=35°C; ;
7
б) изменение температуры вытяжного воздуха на входе в адсорбционный роторный рекуператор t, которая определяется по формуле  и составляет:
1
7
- при t=11°C; t=17,2°C;
1
7
-  при t=35°C; t=21,4°C.
Особенностями работы линии притока кондиционера в режиме 2 по сравнению с режимом 1 являются:
5
1
1. Изменение температуры приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя t, которая зависит от температуры наружного воздуха t и составляет:
1
5
- при t=11°C; t=19°C;
1
5
- при t=35°C; t=23°C.
4
5
4
5
- охлаждение приточного воздуха без применения адиабатического увлажнителя, что обеспечивает равенство температур перед адиабатическим увлажнителем t и t на выходе из адиабатического увлажнителя (t=t), которые составляют:
1
4
5
- при t=11°C; t=t=19°C;
1
4
5
- при t=35°C; t=t=23°C.
Указанные особенности режима 2 обеспечивают:
1) получение перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в нагревателе 11, который определяется по формуле  и составляет:
1
- при t=11°C; ;
1
- при t=35°C; ;
2) получение приточного воздуха после адиабатического увлажнителя с параметрами:
1
5
5
5
- при t=11°C; t=19°C; d=6,8 г/кг сух. возд.; ϕ=0,49;
1
5
5
5
- при t=35°C; t=23°C; d=14,46 г/кг сух. возд.; ϕ=0,81.
Кондиционер в режиме 3 работает следующим образом. Работают два вентиляторных блока 19, 23 приточной 3 и вытяжной 4 камер, один адиабатический увлажнитель 13 приточного воздуха, блок воздухонагревателя 11 вытяжного воздуха и электропривод адсорбционного роторного рекуператора 9 при переменной частоте вращения двигателя, обеспечиваемой инвертором (на фиг. не обозначен). При этом открыты управляемые утепленные воздушные клапаны 24, 25. Вентиляторные блоки 19, 23 работают со 100%-ной производительностью.
1
5
5
Алгоритм расчета, формулы и значения параметров наружного, вытяжного и приточного воздуха в режиме нагревания по зонам (1-11) заявляемого кондиционера для трех температур наружного воздуха t=(-11), (-30) и (-40)°C для получения приточного воздуха с параметрами t=15°C и ϕ=0,748 приведены в табл. 2.
1
1
4
1
4
4
4,1
Особенностью работы линии вытяжки кондиционера в режиме 3 по сравнению с режимом 1 является дозированная подача влаги из вытяжного воздуха в приточный, обеспечиваемая инвертором электропривода адсорбционного роторного рекуператора. Количество влаги, передаваемое из вытяжного воздуха в приточный является переменной величиной, которая зависит от влагосодержания наружного воздуха d, изменяющегося в диапазоне температур наружного воздуха t=(-11)÷(-40)°C и определяемого по формуле Δd=d-d, где d - влагосодержание приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем 13 d=2,2 г/кг сух. возд. = const.
Особенностями работы линии притока кондиционера в режиме 3 по сравнению с режимом 1 являются:
пр
5
1
4
3
1
1. Обеспечение получения приточного воздуха с параметрами (t=15°C, ϕ=0,748) в диапазоне температур наружного воздуха t=(-11)÷(-40)°C за счет ведения процесса адиабатического увлажнения при постоянной величине влагосодержания приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем d=d=2,2 г/кг сух. возд., обеспечиваемого инвертором электропривода адсорбционного роторного рекуператора 9 в соответствии с расчетными значениями эффективности рекуперации влаги, определяемой по формуле для каждого значения изменяющейся температуры наружного воздуха t
,
3
3
4
2
1
7
7
где d - влагосодержание приточного воздуха на выходе из адсорбционного роторного рекуператора 9, г/кг сух. возд., d=d=2,2; d2 - влагосодержание приточного воздуха на выходе из пластинчатого трехкаскадного рекуператора, г/кг сух. возд.; d=d; d - влагосодержание вытяжного воздуха перед адсорбционным роторным рекуператором, г/кг сух. возд.; d=7,29.
Значения , обеспечиваемые адсорбционным колесом Hoval составляют:
1
- при t=-11°C ;
1
- при t=-30°C ;
1
- при t=-40°C .
2
2. Определение температуры приточного воздуха t между рекуператором осуществляется при переменном значении  по формуле
, которая составляет
1
- при t=-11°C ;
1
- при t=-30°C
1
- при t=-40°C .
Значения эффективности рекуперации теплоты вытяжного воздуха  адсорбционным колесом Hoval получены в п. 18 табл. 2.
3. Определение температуры вытяжного воздуха на выходе из адсорбционного роторного рекуператора 9 осуществляется при переменном значении  по формуле , которая составляет:
1
8
- при t=-11°C t=20-0,62(20-42,1)=33,7°C
1
8
- при t=-30°C t=20-0,67(20-45,4)=37,0°C
1
8
- при t=-40°C t=20-0,72(20-50,0)=41,6°C.
1
1
4
1
4
3
4
4. Работа линии притока в холодный период года в ограниченном диапазоне температур наружного воздуха t=(-11)÷(-40)°C, в котором влагосодержание наружного воздуха d меньше влагосодержания приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем d=2,2 г/кг сух. возд. (d<d), что обеспечивает возможность его доувлажнения до величины d=d=2,2 г/кг сух. возд. посредством адсорбционного роторного рекуператора 9.
Кондиционер в режиме 4 (режим ожидания) находится в следующем состоянии.
Закрыты управляемые утепленные клапаны 24, 25. Выключены:
- вентиляторные блоки 19, 23;
- нагреватель вытяжного воздуха 11;
- электропривод адсорбционного роторного рекуператора 9;
- инвертор электропривода адсорбционного роторного рекуператора (на фиг. не обозначен);
- адиабатические увлажнители 12, 13;
- насос высокого давления, обслуживающий адиабатические увлажнители 12, 13;
- установка обратного осмоса для деминерализации водопроводной воды, подаваемой в распылительные форсунки.
Все изложенное, включая описание работы кондиционера, подтверждает возможность его использования в промышленности с получением высоких технических показателей по сравнению с известными конструкциями кондиционеров. Кроме того, как в источниках патентной и научно-технической информации, так и в промышленности такая конструкция не встречалась, что свидетельствует о соответствии заявляемого решения критериям изобретения.
Перечень последовательностей
Состав кондиционера
(фиг. 1-7)
1. Напольная панель кондиционера (фиг. 1, 3, 6)
2. Потолочная панель кондиционера (фиг. 1, 3, 6)
3. Приточная камера (фиг. 6)
4. Вытяжная камера (фиг. 6)
5. Горизонтальная промежуточная перегородка кондиционера (фиг. 3)
6. Основное окно горизонтальной промежуточной перегородки кондиционера (фиг. 3)
7. Дополнительное окно горизонтальной промежуточной перегородки кондиционера (фиг. 3)
8. Гибридная система осушительного и испарительного охлаждения (фиг. 6)
9. Адсорбционный роторный рекуператор (фиг. 6)
10. Рекуператор-теплообменник (пластинчатый трехкаскадный противопоточный рекуператор V-образного исполнения) (фиг. 4, 6)
11. Блок нагревателя вытяжного воздуха, размещенный между рекуператорами (фиг. 6)
12. Адиабатический увлажнитель вытяжного воздуха (фиг. 6)
13. Адиабатический увлажнитель приточного воздуха (фиг. 6)
14. Подводящий водопровод деминерализованной воды для адиабатического увлажнителя вытяжного воздуха (фиг. 6)
15. Подводящий водопровод деминерализованной воды для адиабатического увлажнителя приточного воздуха (фиг. 6)
16. Входной патрубок приточной камеры (фиг. 3, 6)
17. Выходной патрубок приточной камеры (фиг. 1, 3, 6)
18. Воздухоочиститель приточной камеры (фиг. 6)
19. Вентиляторный блок приточной камеры (фиг. 6)
20. Входной патрубок вытяжной камеры (фиг. 1, 3, 6)
21. Выходной патрубок вытяжной камеры (фиг. 1, 3, 6)
22. Воздухоочиститель вытяжной камеры (фиг. 6)
23. Вентиляторный блок вытяжной камеры (фиг. 6)
24. Управляемый утепленный воздушный клапан, установленный на входе в приточную камеру (фиг. 6)
25. Управляемый утепленный воздушный клапан, установленный на выходе из вытяжной камеры (фиг. 6)
26. Подвесной корпус пластинчатого трехкаскадного рекуператора V-образного исполнения (фиг. 4, 6)
27. Боковые стенки корпуса пластинчатого трехкаскадного рекуператора (фиг. 6)
28. Торцовые стенки корпуса пластинчатого трехкаскадного рекуператора (фиг. 5)
29. Днище корпуса пластинчатого трехкаскадного рекуператора (фиг. 4, 6)
30. Два вертикально установленных в ряд пластинчатых противопоточных теплообменника (фиг. 4, 6)
31. Внутренние боковые стенки вертикально установленных пластинчатых противопоточных теплообменников (фиг. 4)
32. Горизонтальное звено, соединяющее вертикально установленные в ряд пластинчатые противопоточные теплообменники (фиг. 4, 6)
33. Промежуточные патрубки (фиг. 4, 6)
34. Замыкающий диагонально установленный пластинчатый перекрестноточный теплообменник (фиг. 4, 6)
35. Нижнее ребро диагонально установленного замыкающего пластинчатого теплообменника (фиг. 4, 6)
36. Наружные боковые стенки вертикально установленных пластинчатых противопоточных теплообменников (фиг. 4)
37. Торцы вертикально установленных пластинчатых противопоточных теплообменников (фиг. 5)
38. Воздушный канал между теплообменниками линии вытяжки пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10 (фиг. 4, 6)
39. Воздушный канал между теплообменниками линии притока пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10 (фиг. 4, 6)
40. Две опущенные вниз вертикальные поперечные стенки основного окна горизонтальной промежуточной перегородки.
41. Вертикальная поперечная перегородка кондиционера (фиг. 3)
42. Боковые стенки кондиционера (фиг. 2)
43. Фланцы корпуса трехкаскадного рекуператора 10 (фиг. 4, 5)
44. Вертикальные звенья с соединительными пазами на пластинчатых противопоточных теплообменниках (фиг. 4, 6)
45. Вертикальная поперечная перегородка корпуса пластинчатого трехкаскадного рекуператора (фиг. 4, 6)
46. Соединительный паз вертикальной поперечной перегородки корпуса пластинчатого трехкаскадного рекуператора (фиг. 4)
47. Монтажное окно в напольной панели (фиг. 3)
48. Центрирующий выступ на фланцевой поверхности подвесного корпуса пластинчатого трехкаскадного рекуператора V-образного исполнения.
49. Фланцы монтажного отверстия кондиционера.
50. Воздушный канал выхода вытяжного воздуха из пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10 в вытяжную камеру 4 (фиг. 6)
51. Воздушный канал выхода приточного воздуха из пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10 в приточную камеру 3 (фиг. 6)
52. Вертикальные сервисные люки на подвесном корпусе 26 пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10 (фиг. 4, 6)
53. Горизонтальный сервисный люк на подвесном корпусе 26 пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10 (фиг. 4, 6)
54. Сервисная дверь для адсорбционного роторного рекуператора (фиг. 1, 2, 3)
55. Сервисные двери для герметизации соединений (фиг. 1)
56. Сервисная дверь для воздухоочистителя приточной камеры (фиг. 1)
57. Сервисная дверь для вентиляторного блока приточной камеры (фиг. 1)
58. Сервисная дверь для адиабатического увлажнителя приточного воздуха (фиг. 1)
59. Сервисная дверь для воздухоочистителя вытяжного воздуха (фиг. 1)
60. Сервисная дверь для адиабатического увлажнителя вытяжного воздуха (фиг. 1)
61. Сервисная дверь для нагревателя вытяжного воздуха (фиг. 1)
62. Сервисная дверь для вентиляторного блока вытяжной камеры (фиг. 1)