ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ НАРУЖНОГО КЛИМАТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА С КОСВЕННЫМ ИСПАРИТЕЛЬНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ В ПЛАСТИНЧАТЫХ РЕКУПЕРАТОРАХ

Научно-технический и производственный журнал

-------ЖИЛИЩНОЕ ---

СТРОИТЕЛЬСТВО

Energy efficient construction

УДК 697.001

О.Д. САМАРИН, канд. техн. наук (samarinod@mgsu.ru), Д.А. КИРУШОК, инженер

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

Оценка параметров наружного климата для обработки воздуха с косвенным испарительным охлаждением в пластинчатых рекуператорах

Рассмотрена принципиальная схема процессов в установке кондиционирования воздуха, предусматривающей применение косвенного испарительного охлаждения приточного воздуха в теплый период года с использованием пластинчатого рекуперативного перекрестно-точного теплообменника, предназначенного для утилизации теплоты вытяжного воздуха в холодный период. Проведена оценка необходимых параметров наружного климата для модификации известных вариантов такой схемы, позволяющей применить для прямого испарительного охлаждения вспомогательного потока в теплый период секцию увлажнения, непосредственно предназначенную для повышения влагосодержания притока в зимних условиях, за счет надлежащего изменения направления потоков воздуха в установке. Представлены корреляционные соотношения между климатическими параметрами в соответствии с действующими нормативными документами Российской Федерации и выявлены районы, где возможно использование рассматриваемой технологии обработки воздуха для обеспечения внутреннего микроклимата на оптимальном уровне.

Ключевые слова: кондиционирование воздуха, испарительное охлаждение, секция увлажнения, пластинчатый рекуператор, наружный климат.

Для цитирования: Самарин О.Д., Кирушок Д.А. Оценка параметров наружного климата для обработки воздуха с косвенным испарительным охлаждением в пластинчатых рекуператорах // Жилищное строительство. 2018. № 4. С. 41-43.

O.D. SAMARIN, Candidate of Sciences

Estimation of External Climatic Parameters for Air Treatment with Indirect Evaporative Cooling in Plate Heat Recovery Units

Schematic diagram of processes in air conditioning unit, providing indirect evaporative cooling of supply air in the warm season with the use of plate recuperative cross flow heat exchanger designed for heat recovery of exhaust air in the cold period, is considered. Estimation of the necessary external climatic parameters for the modification of the known variants of this scheme, letting to apply the air humidifier designed specifically to increase the moisture content of the inflow in winter conditions for direct evaporative cooling the auxiliary stream in the warm period, through appropriate changes of direction of air flow in the installation is carried out. The correlation relationship between climatic parameters in accordance with the applicable regulatory documents of the Russian Federation is presented and the areas are identified where it is possible to use the reporting technology of air treatment to ensure the internal microclimate at the optimum level.

Keywords: air conditioning, evaporative cooling, humidifier, plate heat recovery unit, external climate.

For citation: Samarin O.D., Kirushok DA. Estimation of external climatic parameters for air treatment with indirect evaporative cooling in plate heat recovery units. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2018. No. 4, pp. 41-43. (In Russian).

Одной из энергосберегающих схем обработки притока в системах кондиционирования воздуха в теплый период года является косвенное испарительное охлаждение, позволяющее при определенных условиях избежать применения искусственных источников холода. Различные аспекты применения указанной схемы как в отношении конструкций применяемого оборудования для обработки воздуха, так и расчета энергетических и технико-экономических показателей установок и выявления целесообразной области их применения, а также ряд смежных вопросов энергосбережения в процессе климатизации помещений рассматривались в ряде отечественных и зарубежных публикаций, в том числе [1-9]. В работе [10] авторами был предложен вариант установки, близкий к представленному в [9] и использующий в качестве вспомогательного потока вытяжной воздух, так что охлаждение притока осуществляется в пластинча-

42018 ^^^^^^^^^^^^^

том рекуперативном теплообменнике, основным назначением которого является утилизация теплоты удаляемого воздуха в холодный период. Но в отличие от [9] прямое испарительное охлаждение вытяжного потока производится в той же самой секции увлажнения, которая применяется в холодный период для обработки притока, а необходимое изменение направления потоков в летнем режиме достигается за счет дополнительных промежуточных камер, клапанов и байпасов. Это удешевляет и облегчает установку, а также обеспечивает круглогодичный режим функционирования как теплообменника, так и увлажнителя.

Рассмотрим теперь вопрос о возможности осуществления рассматриваемой схемы в зависимости от расчетных параметров наружного климата в районе строительства. Схема процесса обработки воздуха на /-^-диаграмме представлена на рис. 1.

- 41

Энергоэффективное строительство

цн .1

Научно-технический и производственный журнал

Рис. 1. Схема изображения на I-d-диаграмме процессов в установке с косвенным испарительным охлаждением в пластинчатом рекуператоре

Параметры основных точек: Н

- наружный воздух по параметрам «Б» в теплый период года: температура гнБ и энтальпия 1нБ по СП 131.13330.2012 «Актуализированная редакция СНиП 23-01-99* «Строительная климатология» (далее - СП 131), влагосодержание dнБ -

/нБ, кДж/кг

65

60

55

50

45.

40

20

22

24

28

30

26

и, оС

Рис. 2. Поле корреляции для значений гнБ и 1нБ по данным СП 131.13330.2012

¿нБ, Г/КГ

13 12,5 12 11,5

10,5 -

10

9,5.

9 20

22

24

28

30

26

и, ос

Рис. 3. Поле корреляции для значений гнБ и dнБ

по построению; П'=О - после пластинчатого теплообменника перед вентилятором: температура 4-=^—^(г^- го2) при равных расходах приточного и уходящего воздуха и с учетом величины го2 (см. ниже), где £,ф=0,67 - средний коэффициент температурной эффективности пластинчатого теплообменника; П - приток после вентилятора: температура г=гп +0,5о; влагосодержание dп=dп.=dнБ; В - внутренний воздух помещения: температура 4 и относительная влажность фв в оптимальных пределах по ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» (далее - ГОСТ 30494-2011); У - уходящий воздух: температура гу=гв+1, энтальпия 1у - по построению с учетом углового коэффициента луча процесса в помещении £пом; W - предельно возможное состояние после адиабатного увлажнения: температура г„=гм(У), т. е. равна температуре мокрого термометра уходящего воздуха, относительная влажность ф„=100%; О2 - перед пластинчатым теплообменником после секции увлажнения: относительная влажность фо2=95%, температура го2 - по построению; УТ - после пластинчатого теплообменника для потока уходящего воздуха: температура г^^+^^-О.

Из построения на рис. 1 можно определить, что обеспечить параметры внутреннего воздуха на уровне гв=+25оС и фв=60%, т. е. у верхних пределов оптимального диапазона по ГОСТ 30494, с помощью рассматриваемого процесса косвенного испарительного охлаждения можно при условии ¿нБ<11,4-11,5 г/кг, поскольку именно в этом случае луч, изображающий процесс изменения состояния влажного воздуха в помещении при характерном значении £пом=10000 кДж/кг, пересекает линию dнБ=const при температуре гп не выше +22,5оС. Тогда располагаемый перепад температуры для ассимиляции тепло-избытков в обслуживаемом помещении составит Дг=гу- гп=26-22,5=3,5оС, а при дальнейшем его уменьшении в случае роста dн требуемый воздухообмен оказывается уже слишком большим.

Для выявления области параметров наружного климата, где это возможно, необходимо проанализировать взаимосвязь значений гнБ и 1нБ, являющихся основными нормируемыми величинами в теплый период года. На рис. 2 показана корреляционная зависимость между данными параметрами для 40 городов России, расположенных во всех районах и климатических зонах, за исключением юга Дальнего Востока, отличающегося в этом отношении существенной спецификой, по данным СП 131.13330.2012.

Регрессионный анализ показывает, что, несмотря на кажущийся довольно значительным разброс точек, корреляция все же достаточно тесная, с коэффициентом г=0,85, что позволяет считать выявленную зависимость статистически значимой. Соответствующее уравнение регрессии может быть записано в следующем виде:

32

32

42

42018

О

Научно-технический и производственный журнал

Energy efficient construction

ГнБ = 1,24IhE + 20,9.

Пользуясь теперь соотношением I=1,005t+2,53d (с некоторой корректировкой) [11], по известным t и I для каждой точки можно вычислить и интересующую нас в наибольшей степени величину dHb, после чего найти взаимосвязь ее со значением tHБ. Соответствующее поле корреляции приведено на рис. 3.

Рассматривая полученное построение, необходимо сделать вывод, что, несмотря на некоторый наклон линии тренда, в данном случае никакой статистически значимой корреляции не наблюдается - соответствующий коэффициент составляет всего лишь r =0,29. Следовательно, во всех случаях можно использовать среднее значение dHRcp=10,68±0,87 г/кг независимо от величины tH& а соотношение (1) на самом деле близко к функциональной связи при постоянном d. Поэтому оказывается, что с вероятностью около 80% [12] величина dHb будет такова, что еще можно реализовать процесс косвенного испарительного охлаждения,

Список литературы

1. Кокорин О.Я. Энергосберегающие системы кондиционирования воздуха. М.: ООО «ЛЭС», 2007. 256 с.

2. Кокорин О.Я., Балмазов М.В. Энергосберегающие системы кондиционирования воздуха // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2012. № 11. С. 68-71.

3. Малявина Е.Г., Крючкова О.Ю. Оценка энергопотребления различными центральными системами кондиционирования воздуха // Научно-технический вестник Поволжья. 2014. № 4. С. 149-152.

4. Малявина Е.Г., Крючкова О.Ю. Экономическая оценка центральных систем кондиционирования воздуха с различными схемами его обработки // Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 7. С. 30-34.

5. Королева Н.А., Фокин В.М., Тарабанов М.Г. Разработка рекомендаций по устройству энергоэффективных схем систем вентиляции и кондиционирования // Вестник ВолГАСУ. Сер. Строительство и архитектура. 2015. Вып. 41 (60). С. 53-62.

6. Paiho S., Abdurafikov R., Hoang H. Cost analyses of energy-efficient renovations of a Moscow residential district // Sustainable Cities and Society. 2015. Vol. 14. № 1. P. 5-15.

7. Hani Allan, Teet-Andrus Koiv. Energy Consumption Monitoring Analysis for Residential, Educational and Public Buildings // Smart Grid and Renewable Energy. 2012. Vol. 3. № 3. Р. 231-238.

8. Jedinak Richard. Energy Efficiency of Building Envelopes // Advanced Materials Research. 2013. (Vol. 855). P. 39-42.

9. Королева Н.А., Фокин В.М. Применение систем кондиционирования воздуха с испарительным охлаждением в современных зданиях // Вестник ВолГАСУ. Сер. Строительство и архитектура. 2015. Вып. 39 (58). С. 173-182.

10. Самарин О.Д., Лушин К.И., Кирушок Д.А. Энергосберегающая схема обработки воздуха с косвенным испарительным охлаждением в пластинчатых рекуператорах // Жилищное строительство. 2018. № 1-2. С. 43-46.

11. Самарин О.Д. Основы обеспечения микроклимата зданий. М.: АСВ, 2014. 208 с.

12. Мацкевич И.П., Свирид Г.П. Теория вероятностей и математическая статистика. Минск: Вышэйшая школа, 1993. 269 с.

42018 ^^^^^^^^^^^^^

позволяющий обеспечить параметры внутреннего воздуха в помещении в оптимальных пределах. Можно отметить, что с учетом данных СП 131.13330-2012 на самом деле условие й?нБ<11,4-11,5 г/кг в пределах точности расчета, составляющей около 0,1 г/кг, не выполняется только на достаточно ограниченных территориях Среднего Поволжья, Краснодарского и Ставропольского краев и прилегающих районов Северного Кавказа, а также на юге Дальнего Востока.

Таким образом, рассматриваемая схема обработки воздуха при использовании на подавляющей части территории Российской Федерации действительно дает возможность не применять в теплый период года искусственные источники холода при разумной величине перепада температуры между приточным и вытяжным воздухом. В то же время полученные соотношения между основными параметрами наружного климата имеют простой и инженерный вид и пригодны для оценочных расчетов, например при определении общего энергопотребления системами обеспечения микроклимата и выборе оптимальной последовательности процессов обработки притока.

References

1. Kokorin O.Ya. Energosberegayushchiye sistemy kondi-tsionirovaniya vozdukha [Energy saving air conditioning systems]. Moscow: LES. 2007. 256 p.

2. Kokorin O.Ya., Balmazov M.V. Energy saving air conditioning systems. Santekhnika, otoplenie, konditsionirovanie. 2012. No. 11, pp. 68-71. (In Russian).

3. Malyavina E.G., Kryuchkova O.Yu. Estimation of the energy consumption of the different central air condition systems. Nauchno-tekhnicheskiy vestnik Povolzhya. 2014. No. 4, pp. 149-152. (In Russian).

4. Malyavina E.G., Kryuchkova O.Yu. Economic estimation of central air conditioning systems with different air treatment schemes. Promyshlennoye i grazhdanskoye stroitel'stvo. 2014. No. 7, pp. 30-34. (In Russian).

5. Korolyova N.A., Fokin V.M., Tarabanov M.G. Development of recommendations on the design of energy efficient schemes of ventilating and air conditioning. Vestnik VolGASU. Seriya: Stroitel'stvo i arkhitektura. 2015. Vol. 41 (60), pp. 53-62. (In Russian).

6. Paiho S., Abdurafikov R., Hoang H. Cost analyses of energy-efficient renovations of a Moscow residential district. Sustainable Cities and Society. 2015. Vol. 14. № 1, pp. 5-15.

7. Hani Allan, Teet-Andrus Koiv. Energy Consumption Monitoring Analysis for Residential, Educational and Public Buildings. Smart Grid and Renewable Energy. 2012. Vol. 3. № 3, pp. 231-238.

8. Jedinak Richard. Energy Efficiency of Building Envelopes. Advanced Materials Research. 2013. (Vol. 855), pp. 39-42.

9. Korolyova N.A., Fokin V.M. Application of air conditioning evaporative cooling in modern buildings. Vestnik VolGASU. Seriya: Stroitel'stvo i arkhitektura. 2015. Vol. 39 (58), pp. 173-182. (In Russian).

10. Samarin O.D., Lushin K.I., Kirushok D.A. Energy saving scheme of air treatment with indirect evaporative cooling in plate recuperators. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2018. No. 1-2, pp. 43-46. (In Russian).

11. Samarin O.D. Osnovy obespecheniya mikroklimata zda-nii [Bases of providing microclimate of buildings]. Moscow: ASV, 2014. 208 p.

12. Matskevich I.P., Svirid G.P. Teoriya veroyatnostei i matematicheskaya statistika [Probability theory and mathematical statistics]. Minsk: Vysheishaya shkola, 1993. 269 p.

- 43