КОНДИЦИОНЕР С ГИБРИДНОЙ СИСТЕМОЙ ОСУШИТЕЛЬНОГО И ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
AIR CONDITIONER WITH HYBRID SYSTEM OF DRAINAGE AND EVAPORATION COOLING

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°С) в холодный период года, так и с температурами наружного воздуха в теплый период года до (+30°С).
Из источников научно-технической и патентной информации известно большое количество модификаций кондиционеров. Среди них выбраны кондиционеры с системой осушительного и испарительного охлаждения - Desiccative 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, систему осушительного и испарительного охлаждения-Desiccative and Evaporative Cooling (DEC), состоящую 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 DEC-системы и имеет ячейки аккумулирующей матрицы ротора, покрытые влагопоглощающим материалом - адсорбентом. В кондиционере-прототипе это силикагель (SiO), который является адсорбентом влаги, содержащейся в наружном воздухе.
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>1</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>0,46</mn></mrow>
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.).
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>t</mi><mrow><mi>в</mi><mi>х</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>у</mi><mi>д</mi></mrow><mrow><mi>у</mi><mi>в</mi></mrow></msubsup><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mrow><mi>в</mi><mi>х</mi></mrow></msub></mrow>
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°С, 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, °С;
нагр
- на нагревание вытяжного воздуха Δt, °С.
При этом в теплый период года
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>о</mi><mi>х</mi><mi>л</mi></mrow><mrow><mi>р</mi><mi>е</mi><mi>г</mi></mrow></msubsup><mo>=</mo><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>н</mi><mi>а</mi><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mi>р</mi><mi>е</mi><mi>г</mi></mrow></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>2</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup><mo stretchy="false">(</mo><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>у</mi><mi>д</mi></mrow><mrow><mi>у</mi><mi>в</mi></mrow></msubsup><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mrow><mi>в</mi><mi>х</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mn>0,8</mn><mo>⋅</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>19</mn><mo>−</mo><mn>49</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mn>24</mn><mo>°</mo><mi>C</mi></mrow>
,
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>2</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>2</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>0,8</mn></mrow>
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°С, 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°С и t=25°С получение заданного значения температуры приточного воздуха t=19°С.
4
1
5
1
5
Указанную температуру приточного воздуха (t=19°С) при заданных температурах наружного воздуха t=31°С и вытяжного t=25°С 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°С, который обеспечивает получение температур:
- вытяжного воздуха на входе в рекуператор-охладитель
<mrow><msub><mi>t</mi><mn>6</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>t</mi><mn>5</mn></msub><mo>−</mo><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>о</mi><mi>х</mi><mi>л</mi></mrow><mrow><mi>а</mi><mi>д</mi></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>25</mn><mo>−</mo><mn>6</mn><mo>=</mo><mn>19</mn><mo>°</mo><mi>С</mi></mrow>
,
- приточного воздуха на выходе из рекуператора-охладителя
<mrow><msub><mi>t</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>t</mi><mn>4</mn></msub><mo>+</mo><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>о</mi><mi>х</mi><mi>л</mi></mrow><mrow><mi>а</mi><mi>д</mi></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>19</mn><mo>+</mo><mn>6</mn><mo>=</mo><mn>25</mn><mo>°</mo><mi>С</mi></mrow>
,
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>1</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>0,46</mn></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>2</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>0,8</mn></mrow>
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:
<mrow><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>t</mi><mn>3</mn></msub><mo>−</mo><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>2</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup><msub><mi>t</mi><mn>6</mn></msub></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>2</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>25</mn><mo>−</mo><mn>0,8</mn><mo>⋅</mo><mn>19</mn></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>0,8</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>49</mn><mo>°</mo><mi>C</mi></mrow>
,
6
7
- вытяжного воздуха на выходе из рекуператора-охладителя приточного воздуха, который одновременно нагревает вытяжной воздух с температуры t до t:
<mrow><msub><mi>t</mi><mn>7</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>t</mi><mn>6</mn></msub><mo>−</mo><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>2</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>t</mi><mn>6</mn></msub><mo>−</mo><mi>t</mi><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mn>19</mn><mo>−</mo><mn>0,8</mn><mo stretchy="false">(</mo><mn>19</mn><mo>−</mo><mn>49</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mn>43</mn><mo>°</mo><mi>C</mi></mrow>
,
<mrow><msub><mi>t</mi><mn>8</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>1</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>1</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>49</mn><mo>−</mo><mn>31</mn><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>0,46</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mn>0,46</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>70</mn><mo>°</mo><mi>C</mi></mrow>
- вытяжного воздуха на выходе из регенеративного воздухонагревателя:
,
- вытяжного воздуха на выходе из рекуператора-осушителя приточного воздуха:
<mrow><msub><mi>t</mi><mn>9</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>t</mi><mn>8</mn></msub><mo>−</mo><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>1</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>t</mi><mn>8</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mn>70</mn><mo>−</mo><mn>0,46</mn><mo stretchy="false">(</mo><mn>70</mn><mo>−</mo><mn>31</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mn>52</mn><mo>°</mo><mi>C</mi></mrow>
.
2
3
6
7
8
9
Все рассчитанные температуры приточного и вытяжного воздуха (t=49°С, t=25°С, t=19°С, t=43°С, t=70°С, t=52°С) 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 системой 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) низкую энергетическую эффективность DEC-системы при работе кондиционера в холодный период года.
2) низкую энергетическую эффективность DEC-системы при работе кондиционера в теплый период года.
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>1</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>1</mn></mrow><mi>d</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>1</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup><mo>=</mo><menclose notation="horizontalstrike"><mo>∫</mo></menclose><mo stretchy="false">(</mo><mi>n</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>1</mn></mrow><mi>d</mi></msubsup><mo>=</mo><menclose notation="horizontalstrike"><mo>∫</mo></menclose><mo stretchy="false">(</mo><mi>n</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
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
и
от числа оборотов ротора «и» и приведенными в электронном 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
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>2</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>2</mn><mtext> </mtext><mi>max</mi></mrow><mi>t</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>0,8</mn></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>2</mn><mtext> </mtext><mi>max</mi></mrow><mi>t</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msub><mi>t</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>t</mi><mn>4</mn></msub><mo>−</mo><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mi>н</mi><mi>в</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>24,6</mn><mo>−</mo><mn>0,8</mn><mo>=</mo><msup><mrow><mn>23,8</mn></mrow><mo>∘</mo></msup><mi>С</mi></mrow>
<mrow><msub><mi>i</mi><mn>5</mn></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>i</mi><mrow><mi>н</mi><mn>4</mn></mrow><mi>м</mi></msubsup><mo>=</mo><msub><mi>i</mi><mn>4</mn></msub><mo>=</mo><mn>37,3</mn><mtext> </mtext><mi>к</mi><mi>Д</mi><mi>ж</mi><mo>/</mo><mi>к</mi><mi>г</mi></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>о</mi><mi>х</mi><mi>л</mi></mrow><mrow><mi>а</mi><mi>д</mi></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>9,6</mn><mo>°</mo><mi>С</mi></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mi>н</mi><mi>в</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>0,8</mn><mo>°</mo><mi>С</mi></mrow>
1
5
5
м4
4
4
9
Низкая энергетическая эффективность DEC-системы кондиционера-прототипа в холодный период года вызвана низким значением максимально возможной эффективности рекуперации теплоты
роторного рекуператора-теплообменника, равного
. Указанное значение
формирует при температуре наружного воздуха t=-30°С, заданной температуре приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя t=15°С, его относительной влажности φ=0,825, принятой для заявляемого кондиционера, и температуре приточного воздуха перед вентиляторным блоком
, полученной при параметрах
сух. возд., t=13,3°С, d=4,95 г/кг сух. возд., t=24,6°С,
;
, низкое значение температуры вытяжного воздуха на выходе из нагревателя t=46,6°С.
9
1
Полученная температура t не обеспечивает в диапазоне температур наружного воздуха t=0÷(-30)°С хорошее качество регенерации адсорбента, которым покрыты ячейки адсорбционного ротора при прохождении через них недостаточно нагретого вытяжного воздуха и не может быть рекомендована для применения в кондиционере-прототипе.
9
2
9
Значение t=46,6°С подтверждается следующими расчетами температур приточного t и вытяжного t воздуха кондиционера-прототипа.
Температура приточного воздуха на выходе из адсорбционного роторного рекуператора
<mrow><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>t</mi><mn>3</mn></msub><mo>−</mo><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>2</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup><msub><mi>t</mi><mn>7</mn></msub></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>2</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>23,8</mn><mo>−</mo><mn>0,8</mn><mo>⋅</mo><mn>20</mn></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>0,8</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>39</mn><mo>°</mo><mi>C</mi></mrow>
,
7
7
6
где t - температура вытяжного воздуха перед роторным рекуператором-теплообменником, °С, t=t=20°С.
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>1</mn></mrow><mi>d</mi></msubsup><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>d</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>d</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>d</mi><mn>9</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>d</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>4,95</mn><mo>−</mo><mn>0,194</mn></mrow><mrow><mn>7,29</mn><mo>−</mo><mn>0,194</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0,67</mn></mrow>
Эффективность рекуперации влаги адсорбционным роторным рекуператором
.
9
7
6
6
6
Влагосодержание вытяжного воздуха перед адсорбционным роторным рекуператором d=d=d=7,29 г/кг сух. возд. (Получено при t=20°С, φ=0,5).
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>1</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>0,9</mn></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>1</mn></mrow><mi>d</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>0,67</mn></mrow>
Эффективность рекуперации теплоты адсорбционным роторным рекуператором Hoval составляет
при
.
9
1
Температура вытяжного воздуха на выходе из нагревателя t, °С при t=-30°С
<mrow><msub><mi>t</mi><mn>9</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>1</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>1</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>39</mn><mo>+</mo><mn>30</mn><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>0,9</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mn>0,9</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>46,6</mn><mo>°</mo><mi>C</mi></mrow>
.
5
5
3
9
5
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>н</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>о</mi><mi>т</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mn>9,8</mn></mrow></msubsup><mo>=</mo><msub><mi>t</mi><mn>9</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mn>8</mn></msub><mo>=</mo><mn>21,6</mn><mo>°</mo><mi>С</mi></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>н</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>з</mi><mi>а</mi><mi>я</mi><mi>в</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mn>9,8</mn></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>12,3</mn><mo>°</mo><mi>С</mi></mrow>
Переход к более низкому значению относительной влажности приточного воздуха с φ=0,825 на φ=0,8 приводит к повышению температуры t с 23,8 до 25,6°С (см. табл. 1) и температуры t с 46,6 до 64°С к получению увеличенного значения перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в нагревателе
по сравнению с заявляемым кондиционером (
) при φ=0,825.
1
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mi>н</mi><mrow><mn>9,8</mn></mrow></msubsup></mrow>
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)°С и определены значения перепада температур нагревания вытяжного воздуха
, °С, характеризующих энергоэффективность DEC-систем сравниваемых кондиционеров.
1
5
9
9
min
5
1
В расчете параметров приточного и вытяжного воздуха сравниваемых кондиционеров для диапазона температур наружного воздуха t=0÷(-30)°С применены значения относительной влажности приточного воздуха φ, обеспечивающие получение на выходе из нагревателя вытяжного воздуха температуры t≥[t]=55°C, обеспечивающей хорошую регенерацию адсорбента, которым покрыты ячейки адсорбционного роторного рекуператора. На основании этого относительная влажность приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя φ в расчете для диапазона температур t=0÷(-30)°С принята:
5
- для заявляемого кондиционера φ=0,825;
5
- для кондиционера-прототипа φ=0,8.
1
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>н</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>о</mi><mi>т</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mn>9,8</mn></mrow></msubsup></mrow>
Согласно табл. 1 (п. 23) в кондиционере-прототипе по сравнению с заявляемым кондиционером в диапазоне температур наружного воздуха t=0÷(-30)°С образуются увеличенные значения перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в нагревателе
, вызывающие увеличенные энергозатраты в нагревателе вытяжного воздуха, которые больше чем в заявляемом кондиционере:
1
- при t=0 в
1
- при t=-1 в
1
- при t=0 в
1
Увеличение в ~1,75 раза энергозатраты в нагревателе вытяжного воздуха кондиционера-прототипа в диапазоне температур наружного воздуха t=0÷(-30)°С характеризуют низкую энергетическую эффективность DEC-системы кондиционера-прототипа в холодный период года.
По п. 2 недостатков кондиционера-прототипа
Низкая энергетическая эффективность DEC-системы кондиционера-прототипа в теплый период года вызвана тем, что охлаждение приточного воздуха в кондиционере-прототипе ведется с применением двух адиабатических увлажнителей вытяжного и приточного воздуха.
1
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>2</mn><mtext> </mtext><mi>max</mi></mrow><mi>t</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>1</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>0,8</mn></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mi>н</mi><mrow><mn>9,8</mn></mrow></msubsup></mrow>
Применение адиабатического увлажнителя приточного воздуха в кондиционере-прототипе для диапазона температур наружного воздуха t=11÷30°С в сочетании с низким значением максимально возможной эффективности рекуперации теплоты
роторным рекуператором-теплообменником, равной
, формирует увеличенные значения перепада температур на нагревание вытяжного воздуха
, °C.
1
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mi>н</mi><mrow><mn>9,8</mn></mrow></msubsup></mrow>
В табл. 2 представлены алгоритм, формулы и результаты расчета параметров вытяжного и приточного воздуха сравниваемых кондиционеров для двух температур наружного воздуха в теплый период года t=11 и 30°С и определены значения перепада температур на нагревание вытяжного воздуха
, характеризующих энергоэффективность DEC-систем сравниваемых кондиционеров.
При этом тепло-влажностная обработка приточного воздуха в заявляемом кондиционере ведется при выключенном адиабатическом увлажнителе приточного воздуха.
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mi>н</mi><mrow><mn>9,8</mn></mrow></msubsup></mrow>
Значения перепада температур на нагревание вытяжного воздуха
в кондиционере-прототипе составили:
1
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>н</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>о</mi><mi>т</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mn>9,8</mn></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>22,5</mn><mo>°</mo><mi>С</mi></mrow>
- при t=11°C
1
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>н</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>о</mi><mi>т</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mn>9,8</mn></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>16,6</mn><mo>°</mo><mi>С</mi></mrow>
-при t=30°C
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>н</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>о</mi><mi>т</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mn>9,8</mn></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>н</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>з</mi><mi>а</mi><mi>я</mi><mi>в</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mn>9,8</mn></mrow></msubsup></mrow>
При этом значения
в кондиционере-прототипе больше, чем в заявляемом кондиционере
:
1
- при t=11°С в
1
- при t=30°С в
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mi>н</mi><mrow><mn>9,8</mn></mrow></msubsup></mrow>
1
Поскольку энергозатраты в нагревателе вытяжного воздуха пропорциональны величине перепада температур на нагревание вытяжного воздуха
, то в кондиционере-прототипе в диапазоне температур наружного воздуха t=11÷30°С будут иметь место увеличенные в n=2,62÷2,68 раза энергозатраты на нагревание вытяжного воздуха. Это свидетельствует о низкой энергетической эффективности DEC-системы кондиционера-прототипа.
Задача создания кондиционера с осушительным и испарительным охлаждением - Desiccative and Evaporative Cooling (DEC) для круглогодичного обслуживания производственных помещений, 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 вышеуказанных технических результатов 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 - рекуператора-осушителя и рекуператора-охладителя, имеющих линии притока и вытяжки, блока воздухонагревателя вытяжного воздуха, размещенного между рекуператорами, и двух адиабатических увлажнителей вытяжного и приточного воздуха с подводящим водопроводом деминерализованной воды, один из которых размещен в линии вытяжки на входе в рекуператор-охладитель, а другой - в линии притока, при этом рекуператор-осушитель выполнен в виде роторного регенератора адсорбционного типа, который встроен в основное окно горизонтальной промежуточной перегородки, приточная и вытяжная камеры содержат входной и выходной патрубки, воздухоочистители, установленные на входах в приточную и вытяжную камеры и вентиляторные блоки, отличающийся тем, что система осушительного и испарительного охлаждения выполнена гибридной, рекуператор-осушитель снабжен инвертором и управляющим контроллером, рекуператор-охладитель выполнен в виде пластинчатого трехкаскадного перекрестноточного рекуператора V-образного исполнения, размещенного в подвесном корпусе с боковыми и торцовыми стенками, днищем, поддоном для сбора конденсата со сливным штуцером и сифоном, и содержащего два диагонально установленных в ряд пластинчатых теплообменника, соединенных по внутренним боковым ребрам с помощью горизонтальной пластины, и герметично присоединенный к ним снизу через промежуточные патрубки замыкающий пластинчатый теплообменник, который жестко установлен нижним ребром на днище корпуса рекуператора, при этом наружные боковые ребра диагонально установленных в ряд пластинчатых теплообменников рекуператора соединены с боковыми стенками корпуса рекуператора, торцы пластинчатых теплообменников соединены с торцевыми стенками корпуса рекуператора с образованием воздушных каналов между теплообменниками в линиях вытяжки и притока трехкаскадного рекуператора, а каждый пластинчатый теплообменник содержит волнообразные вкладыши между пластинами, кроме этого дополнительное окно в горизонтальной промежуточной перегородке кондиционера выполнено с выступающей вниз частью и разделено вертикальной поперечной перегородкой, которая выполнена по всей ширине кондиционера и герметично присоединена к потолочной панели и боковым стенкам кондиционера, напольная панель кондиционера снабжена монтажным окном, размещенным симметрично относительно вертикальной поперечной перегородки кондиционера, причем подвесной корпус пластинчатого трехкаскадного перекрестноточного рекуператора V-образного исполнения установлен центрирующим выступом в монтажное окно напольной панели кондиционера, верхняя половина диагонально установленных в ряд теплообменников выполнена выступающей за пределы фланцев корпуса пластинчатого трехкаскадного рекуператора и встроена через монтажное окно в напольной панели в кондиционер с герметичным примыканием фланцев корпуса пластинчатого трехкаскадного рекуператора к напольной панели, свободных торцев диагонально установленных в ряд пластинчатых теплообменников и их верхних ребер - к боковым стенкам кондиционера с дополнительным встраиванием верхних ребер указанных теплообменников в выступающую вниз часть дополнительного окна горизонтальной промежуточной перегородки и герметичным присоединением к ней внахлест, а вертикальная поперечная перегородка кондиционера своим нижним торцом герметично присоединена через промежуточное вертикальное звено к горизонтальной пластине, соединяющей внутренние боковые ребра диагонально установленных в ряд пластинчатых теплообменников, с образованием выходных воздушных каналов из пластинчатого трехкаскадного перекрестноточного рекуператора в вытяжную и приточную камеры.
Доказательство существенности отличий заявляемого кондиционера и связь отличительных признаков с достигаемыми техническими результатами раскрывается в следующем порядке.
1. Повышение энергетической эффективности системы осушительного и испарительного охлаждения кондиционера в холодный период года.
2. Повышение энергетической эффективности системы осушительного и испарительного охлаждения кондиционера в теплый период года.
Технический результат, заключающийся в повышении энергетической эффективности системы осушительного и испарительного охлаждения кондиционера в холодный период года обеспечивается следующими преимуществами заявляемого решения над прототипом.
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>2</mn></mrow><mi>c</mi></msubsup></mrow>
Повышается значение сухой энергетической эффективности рекуператора-охладителя
c 80 до 87,5% за счет его выполнения в виде пластинчатого трехкаскадного перекрестноточного рекуператора V-образного исполнения, имеющего диагонально установленные пластинчатые теплообменники с волнообразными вкладышами, и размещенного в подвесном корпусе, в днище которого установлен поддон для сбора конденсата со сливным штуцером и сифоном.
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>2</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>0,875</mn></mrow>
5
5
1
9
9
min
Повышенное значение энергетической эффективности рекуператора-охладителя
позволяет при заданных значениях приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя t=15°С и относительной влажности φ=0,825 получить в диапазоне температур наружного воздуха t=0÷(-30)°С значения температуры на выходе из нагревателя вытяжного воздуха t>[t]=55°С, обеспечивающие хорошее качество регенерации адсорбционного роторного рекуператора, определяемые по формуле
<mrow><msub><mi>t</mi><mn>9</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>1</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>1</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup></mrow></mfrac></mrow>
и которые составили:
1
- при t=0
1
- при t=-1°С
1
- при t=-30°С
1
9
9
min
5
5
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>2</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>0,8</mn></mrow>
Для получения в кондиционере-прототипе в диапазоне температур наружного воздуха t=0÷(-30)°С и
значения температуры вытяжного воздуха на выходе из нагревателя t>[t]=55°С, обеспечивающей хорошее качество регенерации адсорбента, которым покрыты ячейки адсорбционного роторного рекуператора, необходимо уменьшить относительную влажность приточного воздуха с φ=0,825 до φ=0,8.
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mi>н</mi><mrow><mn>9,8</mn></mrow></msubsup></mrow>
5
5
Поэтому расчет перепада температур на нагревание вытяжного воздуха
, °C для сравниваемых кондиционеров в холодный период года, результаты которого приведены в табл. 1 (п. 23), осуществлялся при температуре приточного воздуха t=15°С и разной относительной влажности φ:
5
- для заявляемого кондиционера: φ=0,825;
5
- для кондиционера-прототипа: φ=0,8.
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mi>н</mi><mrow><mn>9,8</mn></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>t</mi><mi>н</mi><mrow><mn>9,8</mn></mrow></msubsup><mo>=</mo><msub><mi>t</mi><mn>9</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mn>8</mn></msub></mrow>
При этом перепад температур на нагревание вытяжного воздуха
в заявляемом кондиционере, определяемом по формуле
, составил:
1
- при t=0  при
1
- при t=-1°C  при
1
- при t=-30°C  при
Повышение энергетической эффективности гибридной DEC-системы заявляемого кондиционера по сравнению с энергетической эффективностью DEC-системы кондиционера-прототипа, определяемой по формуле
1
в диапазоне температур t=0÷(-30)°С составило:
1
- при t=0
1
- при t=-1°С
1
- при t=-30°С
1
Среднее значение повышения энергетической эффективности гибридной DEC-системы заявляемого кондиционера по сравнению с энергетической эффективностью DEC-системы кондиционера-прототипа в холодный период года для четырех температур наружного воздуха t=10,0, -1, -30°С составило:
Технический результат, заключающийся в повышении энергетической эффективности системы осушительного и испарительного охлаждения кондиционера в теплый период года обеспечивается следующими преимуществами перед прототипом.
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>2</mn></mrow><mi>c</mi></msubsup></mrow>
1. Повышается значение сухой энергетической эффективности рекуператора-охладителя
с 80 до 87,5% за счет его выполнения в виде пластинчатого трехкаскадного перекрестноточного рекуператора V-образного исполнения, имеющего диагонально установленные пластинчатые теплообменники с волнообразными вкладышами, и размещенного в подвесном корпусе, в днище которого установлен поддон для сбора конденсата со сливным штуцером и сифоном.
<mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>2</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>0,875</mn></mrow>
Повышенное значение энергетической эффективности рекуператора-охладителя
обеспечивает:
9
9
9
min
а) возможность охлаждения приточного воздуха без применения адиабатического увлажнителя приточного воздуха, что уменьшает температуру вытяжного воздуха перед рекуператором-осушителем t (на выходе из регенеративного воздухонагревателя) при выполнении условия t>[t]=40°С, обеспечивающего хорошее качество регенерации адсорбента, которым покрыты ячейки адсорбционного роторного рекуператора, и характерного для теплого периода года;
8
б) увеличение температуры вытяжного воздуха на выходе из рекуператора-охладителя t (на входе в регенеративный воздухонагреватель).
9
8
Уменьшение температуры t и увеличение температуры t снижает перепад температур на нагревание вытяжного воздуха в регенеративном воздухонагревателе , °С.
1
н
В табл. 2 приведены алгоритм расчета параметра  и его значения двух температур наружного воздуха t=11 и 30°С в режиме его охлаждения в заявляемом кондиционере и кондиционере-прототипе, а также результаты расчета повышения энергетической эффективности гибридной DEC-системы ΔФ, %.
Согласно табл. 2 (п. 40) значения перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в заявляемом кондиционере определяемые по формуле , °C, составили:
1
- при t=11°С  при
1
- при t=30°С  при .
При этом повышение энергетической эффективности гибридной DEC-системы заявляемого кондиционера по сравнению с энергетической эффективностью DEC-системы кондиционера-прототипа, определяемой по формуле
составило:
1
- при t=11°С
1
- при t=30°С
1
Среднее значение повышения энергетической эффективности гибридной DEC-системы заявляемого кондиционера по сравнению с энергетической эффективностью DEC-системы кондиционера-прототипа для двух температур наружного воздуха t=11 и 30°С составило:
Технический результат заявляемого изобретения обеспечивается всей совокупностью существенных признаков.
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 А (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 В (на фиг. 4); фиг. 6 - разрез А-А (на фиг. 2); фиг. 7 - принципиальная схема кондиционера с нумерацией зон воздушных потоков линии 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 (фиг. 3), гибридную систему осушительного и испарительного охлаждения 8, состоящую из двух рекуператоров 9 и 10, встроенных в основное 6 и дополнительное 7 окна горизонтальной промежуточной перегородки 5, и имеющих линии притока и вытяжки, блока воздухонагревателя вытяжного воздуха 11, размещенного между рекуператорами 9 и 10, и двух адиабатических увлажнителей вытяжного 12 и приточного 13 воздуха с подводящими водопроводами деминерализованной воды 14. При этом рекуператор 9 выполнен в виде роторного регенератора адсорбционного типа с инвертором и управляющим контроллером (на фиг. не показаны) и расположен в основном окне 6 горизонтальной промежуточной перегородки 5. Приточная камера 3 содержит входной 15 и выходной 16 патрубки, воздухоочиститель 17, установленный на входе в камеру 3 и вентиляторный блок 18, установленный перед адиабатическим увлажнителем 13. Вытяжная камера 4 содержит входной 19 и выходной 20 патрубки, воздухоочиститель 21 и вентиляторный блок 22. Приточная камера 3 на входе и вытяжная камера 4 на выходе содержат управляемые утепленные воздушные клапаны 23 и 24. Второй рекуператор 10 (фиг. 4) выполнен в виде пластинчатого трехкаскадного перекрестноточного рекуператора V-образного исполнения, размещенного в подвесном корпусе 26, с боковыми 27 и торцовыми 28 (фиг. 5) стенками, днищем 29 (фиг. 4), и содержащего два диагонально расположенных в ряд пластинчатых теплообменника 30, соединенных по внутренним боковым ребрам 32 горизонтальной пластиной 33 и герметично присоединенным к ним снизу через промежуточные патрубки 34 замыкающий пластинчатый теплообменник 35, который жестко установлен нижним ребром 36 на днище 29 корпуса 26 пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10. При этом наружные боковые ребра 37 диагонально установленных в ряд пластинчатых теплообменников 30 пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10 соединены с боковыми стенками 27 корпуса 26 пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10, торцы 31 (фиг. 5) пластинчатых теплообменников 30 и 35 (фиг. 4) соединены с торцевыми стенками 28 (фиг. 5) корпуса 26 пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10 с образованием воздушных каналов 38 и 39 (фиг. 4) между теплообменниками в линиях вытяжки и притока пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10. Кроме этого дополнительное окно 7 в горизонтальной промежуточной перегородке 5 кондиционера выполнено с выступающей вниз частью 25 (фиг. 3) и разделено вертикальной поперечной перегородкой 40, которая герметично присоединена к потолочной панели 2 и боковым стенкам 41 кондиционера. Напольная панель 1 кондиционера снабжена монтажным окном 42, размещенным симметрично относительно вертикальной поперечной перегородки 40 кондиционера. Подвесной корпус 26 пластинчатого трехкаскадного рекуператора V-образного исполнения установлен центрирующим выступом 43 (фиг. 4) в монтажное окно 42 (фиг. 3) в напольной панели 1 кондиционера. Верхняя половина 44 диагонально установленных в ряд теплообменников 30 (фиг. 4) выполнена выступающей за пределы фланца 45 корпуса 26 пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10 и встроена через монтажное окно 42 напольной панели 1 в кондиционер (фиг. 6) с герметичным примыканием фланца 45 корпуса 26 пластинчатого трехкаскадного рекуператора к напольной панели 1, свободных торцов 31 диагонально установленных в ряд пластинчатых теплообменников 30 и их верхних ребер 46 к боковым стенкам 41 кондиционера с дополнительным встраиванием верхних ребер 46 указанных теплообменников в выступающую вниз часть 25 дополнительного окна 7 горизонтальной промежуточной перегородки 5 и герметичным присоединением к ней внахлест посредством болтовых соединений, вертикальная поперечная перегородка 40 кондиционера своим нижним торцом герметично присоединена к горизонтальной пластине 33, соединяющей внутренние боковые ребра 32 диагонально установленных в ряд пластинчатых теплообменников, через промежуточное вертикальное звено 47 (фиг. 6) с образованием выходных воздушных каналов 48 и 49 из пластинчатого трехкаскадного перекрестноточного рекуператора 10 в вытяжную 4 и приточную 3 камеры. При этом адиабатический увлажнитель 12 установлен в линии вытяжки на входе в пластинчатый трехкаскадный перекрестноточный рекуператор V-образного исполнения 10, второй адиабатический увлажнитель 13 - в линии притока на выходе из приточной камеры 3. Между пластинами 50 размещены волнообразные вкладыши 51. Корпус пластинчатого трехкаскадного рекуператора (фиг. 6) имеет вертикальные и горизонтальные люки 52, 53, а корпус кондиционера - сервисную дверь 54 (фиг. 1) для роторного регенератора адсорбционного типа 9 и два сервисных люка 55 для герметичного встраивания ребер 46 (фиг. 4) диагонально установленных в ряд теплообменников 30 в выступающую вниз часть 25 (фиг. 3) дополнительного окна 7 горизонтальной промежуточной перегородки 5 и герметичного присоединения нижнего торца вертикальной поперечной перегородки 40 через промежуточное вертикальное звено 47 к горизонтальной пластине 33, соединяющей пластинчатые теплообменники 30.
Перед присоединением корпуса 26 пластинчатого трехкаскадного рекуператора V-образного исполнения 10 к кондиционеру (фиг. 6) вертикальное промежуточное звено 47 своим пазом насаживается на вертикальную поперечную перегородку 40 и свободно подвешивается на ней на болтовых соединениях в вертикальных пазах вертикальной поперечной перегородки 40.
После присоединения корпуса 26 к кондиционеру (фиг. 6), нижний торец вертикального промежуточного звена 47 устанавливается на горизонтальной пластине 33, а само звено 47 окончательно закрепляется через отверстия для сервисных люков 55 болтовыми соединениями к вертикальной поперечной перегородке 40. После этого нижний торец вертикального промежуточного звена 47 приваривается угловым швом к пластине 33. Такая конструкция соединения обеспечивает возможность демонтажа корпуса 26 пластинчатого трехкаскадного рекуператора от кондиционера.
В холодный период года при отрицательных температурах наружного воздуха в линии вытяжки пластинчатого трехкаскадного рекуператора V-образного исполнения 10 в воздушном канале 38 образуется конденсат. Для этого горизонтальный сервисный люк 53 воздушного канала 38 снабжен поддоном для сбора конденсата 56 со сливным штуцером 57 и сифоном 58. Выходное отверстие сифона 58 сообщено с дренажной линией (на фиг. не показана).
В холодный период года электропривод адсорбционного роторного регенератора 9 работает с инвертором. В теплый период года электропривод адсорбционного роторного регенератора 9 работает при постоянной частоте вращения.
В холодный период года при низких отрицательных температурах наружного воздуха возможно обледенение ячеек адсорбционного роторного рекуператора в его линии вытяжки. Для обеспечения размораживания обледеневших ячеек указанного роторного регенератора, на его входе и выходе из линии вытяжки установлен датчик перепада давления (на фиг. 1-6 не показан), управляющий производительностью вентиляторного блока 18 приточной камеры 3 посредством переключения скоростей электродвигателя вентиляторного блока 18, который выполнен трехскоростным. Датчик перепада давления имеет два электрических контакта (верхний и нижний). Верхний электроконтакт датчика перепада давления настроен на критический перепад давления в вытяжной линии контролируемого адсорбционного роторного регенератора 9, при замыкании которого происходит переключение третьей скорости электродвигателя вентиляторного блока 18 приточной камеры 3 на вторую скорость с обеспечением снижения производительности вентиляторного блока 18 на 30%. При замыкании нижнего электроконтакта в датчике перепада давлений включается третья скорость электродвигателя вентиляторного блока 18, обеспечивающая полную расчетную производительность вентиляторного блока 18.
Заявляемый кондиционер может работать в четырех режимах:
Режим 1. Режим кондиционирования приточного воздуха в теплый период года с пропусканием через кондиционер 100% вытяжного и 100% наружного воздуха и охлаждением приточного воздуха в гибридной системе осушительного и испарительного охлаждения кондиционера.
Режим 2. Режим кондиционирования приточного воздуха в холодный период года с пропусканием через кондиционер 100% вытяжного и 100% наружного воздуха с нагреванием приточного воздуха за счет рекуперации теплоты нагретого вытяжного воздуха адсорбционным роторным регенератором с последующим увлажнением приточного воздуха в адиабатическом увлажнителе и нагреванием вытяжного воздуха в пластинчатом трехкаскадном рекуператоре V-образного исполнения.
Режим 3. Режим вентиляции в холодный период года с пропусканием через кондиционер 100% вытяжного и 66% наружного воздуха, обеспечивающий размораживание ячеек адсорбционного роторного регенератора.
Режим 4. Режим ожидания.
Все четыре режима задаются на пульте управления.
Режим 1 обеспечивает в теплый период года при температуре наружного воздуха, изменяющейся в диапазоне от 10 до 30°С, охлаждение приточного воздуха:
5
5
1
6
- до конечной температуры t=19°С и относительной влажности φ=0,46 при температуре наружного воздуха t=11°С и вытяжного воздуха t=21°С;
4
4
1
5
- до конечной температуры t=23°С и относительной влажности φ=0,65 при температуре наружного воздуха t=30°С и вытяжного воздуха t=25°С.
ув
Кондиционер в режиме 1 работает следующим образом. Работают два вентиляторных блока 18, 22 приточной и вытяжной камер, один адиабатический увлажнитель 12 вытяжного воздуха, блок нагревателя 11 вытяжного воздуха и электропривод адсорбционного роторного регенератора 9 при постоянной частоте вращения. При этом открыты управляемые утепленные воздушные клапаны 23, 24. Вентиляторные блоки 18, 22 работают со 100%-ной производительностью. Адиабатический увлажнитель 12 работает с переменной производительностью G, кг/ч, рассчитываемой по формуле:
6
7
где  - массовый поток сухого вытяжного воздуха, кг/ч, d, d - влагосодержание вытяжного воздуха до адиабатического увлажнителя и после него, г/кг сух. возд.;
Адиабатический увлажнитель 12 предназначен для адиабатического охлаждения вытяжного воздуха на перепад температур :
6
-  при t=21°С;
6
-  при t=25°С.
1
9
9
Блок нагревателя 11 вытяжного воздуха обеспечивает в диапазоне изменения температуры наружного воздуха t=11÷30°С нагревание вытяжного воздуха до расчетной температуры на выходе из нагревателя t, °С, изменяющейся в пределах t=41,6÷46,2°С.
t9
Получение заданного расчетного значения температуры , определяемой из выражения
<mrow><msub><mi>t</mi><mn>9</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>1</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><msubsup><mi>Ф</mi><mrow><mi>R</mi><mn>1</mn></mrow><mi>t</mi></msubsup></mrow></mfrac></mrow>
,
1
осуществляется за счет регулирования мощности нагревателя 11 с помощью термостата (на фиг. 1-7 не показан) при изменении температуры наружного воздуха t на каждый °С.
pi
При этом мощность нагревателя N, кВт, определяется по формуле
c
рс
рс
1
где G - массовый поток сухого вытяжного воздуха, кг/ч; С - удельная массовая теплоемкость сухого воздуха, кДж/(кг·С), С=1,005;  - перепад температур на нагревание вытяжного воздуха, °С соответствующий текущей температуре наружного воздуха t, определяется из выражения
8
9
где t, t - температура вытяжного воздуха на входе и выходе из нагревателя, °С; 3600 - переводной коэффициент кДж в кВт.
Рассмотрим работу линии вытяжки кондиционера в режиме 1.
р.з
6
6
6
6
к
р.з
7
6
7
7
8
3
3
Запыленный воздух с концентрацией пыли в нем С≥6 мг/м и параметрами (t=21÷25°С, φ=50%; d=7,83÷10,0 г/кг сух. возд.; i=41,0÷50,6 кДж/кг сух. возд.), поступает из рабочей зоны производственного помещения по всасывающему воздуховоду во входной патрубок 19 вытяжной камеры 4, проходит воздухоочиститель 21, имеющий эффективность очистки воздуха Е=85% (коэффициент очистки η=E/100=0,85), и очищается в нем до концентрации пыли С=С(1-η)=6(1-0,85)=0,9 мг/м. Очищенный воздух проходит через адиабатический увлажнитель 12, в котором увлажняется высокодисперсным водяным аэрозолем до влагосодержания d=10,05÷12,43 г/кг сух. возд.; одновременно адиабатически охлаждаясь в нем с температуры t=21÷25°С до температуры t=15,5÷19,0°С. Увлажненный и охлажденный воздух проходит через линию вытяжки пластинчатого трехкаскадного перекрестноточного рекуператора 10, который снимает пластинами теплообменников и волнообразными вкладышами теплоту с приточного воздуха и передает ее вытяжному воздуху, дополнительно нагревая его с температуры t=15,5÷19,0°С до температуры t, равной:
8
8
9
Затем дополнительно нагретый вытяжной воздух с температурой t поступает в блок воздухонагревателя 11, размещенный между рекуператорами 9 и 10, в котором нагревается на перепад температур  с температуры t=33,0÷40,0°С до заданного значения t=41,64÷46,2°С на выходе из нагревательного блока 11.
11
11
Нагретый в воздухонагревательном блоке 11 вытяжной воздух в режиме всасывания протягивается вентиляторным блоком 22 через роторный адсорбционный рекуператор 9 и выбрасывается в атмосферу. Осушенный вытяжной воздух, проходя через ячейки матрицы адсорбционного роторного регенератора 9, покрытые силикагелем, десорбирует влагу, находящуюся в слое силикагеля, увеличивая при этом свое влагосодержание d, г/кг сух. возд. и относительную влажность φ.
Рассмотрим работу линии притока кондиционера в режиме 1.
1
1
1
2
2
Наружный воздух с температурой t, изменяющейся в диапазоне от 11 до 30°С, относительной влажности φ=0,4% и влагосодержанием d=3,28÷10,75 г/кг сух. возд. и поступает во входной патрубок 15 приточной камеры 3, проходит воздухоочиститель 17, имеющий эффективность очистки воздуха Е=85%, и очищается в нем. Очищенный наружный воздух проходит через рекуператор-осушитель 9 адсорбционного типа, который при постоянных значениях эффективности рекуперации теплоты  снимает теплоту с вытяжного воздуха, одновременно дополнительно нагревает приточный воздух до температуры t, равной 35,5÷43,0°С и увеличивает его влагосодержание d до 6,32÷11,51 г/кг сух. возд.
2
Затем нагретый и увлажненный приточный воздух проходит через рекуператор-охладитель 10, который снимает с него теплоту посредством нагрева пластин и волнообразных вкладышей теплообменников, которые передают ее вытяжному воздуху. При этом приточный воздух охлаждается с температуры t=35,5÷43,0°С до температуры равной:
3
6
1
- t=18,0°С при t=21°С и t=11°С
3
6
1
t=22,0°C при t=25°C и t=30°C.
Затем охлажденный приточный воздух проходит через вентиляторный блок 18, нагреваясь в нем на  и далее - через выключенный адиабатический увлажнитель приточного воздуха 13. При этом обеспечиваются следующие параметры приточного воздуха в заявляемом кондиционере:
1
5
5
- при t=11°С t=19°С, φ=0,46%
1
5
5
- при t=30°С t=23°С, φ=0,65%
6
6
Режим 2 обеспечивает в холодный период года нагревание приточного воздуха за счет рекуперации теплоты нагретого воздуха адсорбционным роторным регенератором 9 и нагревание вытяжного воздуха в пластинчатом трехкаскадном рекуператоре V-образного исполнения 10 за счет рекуперации теплоты приточного воздуха, а также адиабатическое увлажнение приточного воздуха. При этом обеспечивается получение следующих параметров приточного воздуха при t=20°С и φ=0,5%:
1
5
5
- t=10°С t=15°С, φ=0,875%
1
5
5
- t=0÷(-30)°С t=15°С, φ=0,825%.
9
Кондиционер в режиме 2 работает следующим образом. Работают два вентиляторных блока 18 и 22 приточной и вытяжной камер, и адиабатический увлажнитель 13 приточного воздуха. При этом открыты управляемые утепленные воздушные клапаны 23, 24, выключен адиабатический увлажнитель вытяжного воздуха 12. Работает блок воздухонагревателя вытяжного воздуха 11 и электропривод ротора адсорбционного роторного регенератора 9 с контроллером и инвертором. Вентиляторные блоки 18, 22 работают со 100%-ной производительностью. Вытяжной воздух, войдя в вытяжную камеру 4 через входной патрубок 19, проходит через воздухоочиститель 21, пластинчатый трехкаскадный перекрестноточный рекуператор V-образного исполнения 10, который снимает теплоту с приточного воздуха и передает ее вытяжному воздуху. Далее нагретый в трехкаскадном пластинчатом рекуператоре вытяжной воздух дополнительно нагревается в нагревателе 11 до расчетной температуры t и вентиляторным блоком 22 выбрасывается в атмосферу через выпускной патрубок 20. Холодный наружный воздух проходит через входной патрубок 15 приточной камеры 3, воздухоочиститель 17, через адсорбционный роторный регенератор 9, и далее через пластинчатый трех-каскадный перекрестноточный рекуператор V-образного исполнения 10. Затем приточный воздух проходит через вентиляторный блок 18 и адиабатический увлажнитель 13.
Адсорбционный роторный регенератор 9 осуществляет две функции:
- рекуперацию влаги вытяжного воздуха и передачи ее приточному воздуху;
- рекуперацию теплоты нагретого вытяжного воздуха и передачу ее приточному воздуху.
Указанные функции осуществляются за счет изменения частоты вращения адсорбционного ротора посредством инвертора.
2
4
2
4
При этом на выходе из адсорбционного роторного регенератора в соответствии с расчетными значениями эффективности рекуперации влаги  обеспечивается заданное расчетное влагосодержание приточного воздуха d, которое должно быть равно влагосодержанию перед адиабатическим увлажнителем d, т.е. d=d и составляет:
1
2
- при t=10°С d=6,63 г/кг сух. возд.,
1
2
- при t=0÷(-30)°С d=4,95 г/кг сух. возд.
1
2
Адсорбционный роторный регенератор одновременно обеспечивает повышение температуры приточного воздуха с t=10÷(-30)°С до t, которое составляет:
1
2
- при t=10°С t=25,6°С,
1
2
- при t=0÷(-30)°С t=48,8°С.
2
3
Пластинчатый трехкаскадный рекуператор 10 рекуперирует теплоту приточного воздуха и передает ее вытяжному воздуху, охлаждая приточный воздух с температуры t до t, которая составляет:
1
2
- при t=10°С t=20,7°С
1
3
- при t=0÷(-30)°С t=23,6°С.
4
В вентиляторном блоке 18 приточный воздух нагревается на  до температуры t, которая составляет:
1
4
- при t=10°С t=21,7°С
1
4
- при t=0÷(-30)°С t=24,6°С.
Адиабатический увлажнитель 13 осуществляет две функции:
5
- косвенное охлаждение приточного воздуха на , °С до температуры t;
- адиабатическое увлажнение приточного воздуха.
При этом на выходе из адиабатического увлажнителя приточный воздух имеет следующие параметры:
1
5
5
- при t=10°С t=15°С, φ=0,875%
1
5
5
- при t=0÷(-30)°С t=15°С, φ=0,825%.
Режим 3 обеспечивает размораживание ячеек адсорбционного роторного регенератора 9 при их обледенении, и является кратковременным, но периодически повторяющимся. Указанное размораживание осуществляется за счет уменьшения производительности вентиляторного блока 18 приточной камеры 3 на 30% по отношению к номинальной 100%-ной производительности и сохранения 100%-ной производительности вентиляторного блока 22 вытяжной камеры 4.
Кондиционер в режиме 3 работает следующим образом. При обледенении ячеек адсорбционного роторного регенератора 9 уменьшается площадь проходного сечения для вытяжного воздушного потока и увеличивается его скорость. При этом увеличивается гидравлическое сопротивление адсорбционного роторного регенератора 9, которое приводит к замыканию верхнего электрического контакта датчика перепада давления. Сигнал об указанном замыкании передается через микропроцессорный контроллер многоскоростному электродвигателю вентиляторного блока 18 приточной камеры 3 на переключение его с третьей скорости на вторую, что обеспечивает уменьшение производительности вентиляторного блока 18 приточной камеры 3 на 30% от его номинальной производительности. После оттаивания обледеневших ячеек адсорбционного роторного регенератора 9 увеличивается площадь проходного сечения для вытяжного воздуха, снижается его скорость и уменьшаются потери давления в линии вытяжки адсорбционного роторного регенератора 9, что обеспечивает замыкание нижнего электрического контакта датчика перепада давления. Последний передает сигнал в микропроцессорный контроллер о переключении электродвигателя вентиляторного блока 18 приточной камеры 3 со второй скорости на третью, что обеспечивает увеличение производительности вентиляторного блока 18 на 30% и достижение вентиляторным блоком его 100%-ной производительности. Далее кондиционер продолжает работу в режиме 2 до следующего обледенения ячеек адсорбционного роторного регенератора 9, после чего цикл повторяется.
В режиме 4 (режим ожидания) закрыты управляемый утепленный воздушный клапан 23 приточной камеры 3, управляемый выходной утепленный воздушный клапан 24 вытяжной камеры 4. Выключены вентиляторные блоки 18 и 22 приточной 3 и вытяжной 4 камер, адиабатические увлажнители 12 и 13 вытяжного и приточного воздуха, блок воздухонагревателя 11 вытяжного воздуха, электропривод ротора адсорбционного роторного регенератора 9.
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, 6).
7. Дополнительное окно горизонтальной промежуточной перегородки кондиционера (фиг. 3).
8. Система осушительного и испарительного охлаждения (фиг. 6).
9. Роторный регенератор адсорбционного типа (фиг. 6).
10. Пластинчатый трехкаскадный перекрестноточный рекуператор V-образного исполнения (фиг. 6).
11. Блок воздухонагревателя 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 (фиг. 6).
15. Входной патрубок приточной камеры (фиг. 1, 3, 6).
16. Выходной патрубок приточной камеры (фиг. 1, 3, 6).
17. Воздухоочиститель приточной камеры (фиг. 6).
18. Вентиляторный блок приточной камеры (фиг. 6).
19. Входной патрубок вытяжной камеры (фиг. 1, 3, 6).
20. Выходной патрубок вытяжной камеры (фиг. 1, 3, 6).
21. Воздухоочиститель вытяжной камеры (фиг. 6).
22. Вентиляторный блок вытяжной камеры (фиг. 6).
23. Управляемый утепленный воздушный клапан, установленный на входе в приточную камеру (фиг. 6).
24. Управляемый утепленный воздушный клапан, установленный на выходе вытяжной камеры (фиг. 6).
25. Выступающая вниз часть дополнительного окна горизонтальной промежуточной перегородки (фиг. 3, 6).
26. Подвесной корпус пластинчатого трехкаскадного рекуператора (фиг. 4).
27. Боковые стенки корпуса пластинчатого трехкаскадного рекуператора (фиг. 4).
28. Торцовые стенки корпуса пластинчатого трехкаскадного рекуператора (фиг. 4).
29. Днище корпуса пластинчатого трехкаскадного рекуператора (фиг. 4, 6).
30. Два диагонально установленных в ряд пластинчатых теплообменника (фиг. 4, 6).
31. Торцы пластинчатых теплообменников (фиг. 5).
32. Внутренние боковые ребра пластинчатых теплообменников (фиг. 4).
33. Горизонтальная пластина, соединяющая пластинчатые теплообменники 30 (фиг. 4, 6).
34. Промежуточные патрубки (фиг. 4).
35. Замыкающий пластинчатый теплообменник (фиг. 4, 6).
36. Нижнее ребро замыкающего пластинчатого теплообменника (фиг. 4, 6).
37. Наружные боковые ребра пластинчатых теплообменников (фиг. 4, 6).
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. Вертикальная поперечная перегородка (фиг. 3, 6).
41. Боковые стенки кондиционера (фиг. 3).
42. Монтажное окно в напольной панели 1 кондиционера (фиг. 3).
43. Центрирующие выступы на фланцах корпуса пластинчатого трехкаскадного рекуператора (фиг. 4, 6).
44. Верхняя половина диагонально установленных в ряд теплообменников 29 (фиг. 4).
45. Фланец корпуса трехкаскадного рекуператора 10 (фиг. 4).
46. Верхние ребра диагонально установленных в ряд пластинчатых теплообменников (фиг. 4).
47. Промежуточное вертикальное звено (фиг. 6).
48. Воздушный канал выхода вытяжного воздуха из трехкаскадного рекуператора 10 в вытяжную камеру 4 (фиг. 6).
49. Воздушный канал выхода приточного воздуха из трехкаскадного рекуператора 10 в приточную камеру 3 (фиг. 6).
50. Пластины теплообменной кассеты (фиг. 6).
51. Волнообразные вкладыши (фиг. 5).
52. Вертикальные сервисные люки на корпусе 26 пластинчатого трехкаскадного рекуператора 10 (фиг. 4, 5, 6).
53. Горизонтальные сервисные люки на корпусе 26 пластинчатого рекуператора 10 (фиг. 4, 6).
54. Сервисная дверь для роторного регенератора адсорбционного типа (фиг. 1, 3).
55. Сервисный люк для герметизации соединений (фиг. 1, 3).
56. Поддон для сбора конденсата (фиг. 4).
57. Сливной штуцер (фиг. 4).
58. Сифон (фиг. 4).