СПОСОБ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF HEAT AND HUMIDITY AIR-HANDLING AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к системам вентиляции и кондиционирования воздуха с режимами регенеративной теплоутилизации и может быть использовано для создания комфортных условий микроклимата в бытовых, административных и производственных помещениях.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является способ обработки воздуха по патенту РФ №2319906, кл. F24F 5/00 от 13.10.06 (прототип), заключающийся в том, что наружный воздух смешивают с рециркуляционным, затем его подогревают и увлажняют, после чего обработанный воздух подают в помещение.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту в части устройства является устройство для обработки воздуха по патенту РФ №2319906, кл. F24F 5/00 от 13.10.06 (прототип), содержащее камеру смешения, подогреватель и блок орошения.
Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность процесса тепловлажностной обработки воздуха за счет недостаточной эффективности очистки рециркуляционного воздуха от тонкой пыли и невозможности подмеса воздуха других параметров уже после обработки рециркуляционного ввиду отсутствия вихревой камеры смешения.
Технический результат - повышение эффективности тепловлажностной обработки воздуха, экономия энергоресурсов, упрощение конструкции систем кондиционирования воздуха, их монтажа и обслуживания.
Это достигается тем, что в способе тепловлажностной обработки воздуха, заключающемся в том, что наружный воздух смешивают с рециркуляционным, затем его подогревают и увлажняют, после чего обработанный воздух подают в помещение, тепловлажностную обработку воздуха выполняют в устройстве, состоящем из двух ступеней, причем первую ступень устройства выполняют в виде многофункционального аппарата со встречными закрученными потоками, где осуществляют очистку от пыли рециркуляционного воздуха, поступающего из помещения, и его увлажнение посредством блока орошения, который выполняют в виде, по крайней мере, двух круговых трубчатых коллекторов с равномерно распределенными по внутренней поверхности центробежными форсунками, а посредством выхлопного патрубка соединяют первую ступень устройства со второй ступенью, где осуществляют смешение потоков воздуха, поступающих из первой ступени с потоком наружного воздуха, при этом вторую ступень устройства выполняют в виде тепломассообменного аппарата смешения, представляющего собой центробежную камеру смешения с диффузором, конфузором, раскручивателем, входным и выходным патрубками, при этом рециркуляционные потоки воздуха смешивают с потоком наружного воздуха, а поток обработанного воздуха выводят через раскручиватель центробежной камеры смешения.
Это достигается тем, что в устройстве для тепловлажностной обработки воздуха, содержащем камеру смешения, подогреватель и блок орошения, предусмотрено две ступени, причем первая ступень представляет собой многофункциональный аппарат со встречными закрученными потоками и предназначена для очистки от пыли рециркуляционного воздуха, поступающего из помещения и имеющего положительную температуру, а также для увлажнения воздуха, и включает в себя корпус с емкостью для сбора жидкости, в которой расположен насос с фильтром для осуществления рециркуляции жидкости по трубопроводу и подачи ее в блок орошения, который выполнен в виде, по крайней мере, двух круговых трубчатых коллекторов с равномерно распределенными по внутренней поверхности центробежными форсунками, причем в нижней части корпуса расположен нижний входной патрубок, а в верхней части - верхний входной патрубок, а в патрубках установлены соответственно нижний тангенциальный закручиватель и верхний тангенциальный закручиватель, при этом выхлопной патрубок соединяет первую ступень устройства со второй ступенью устройства, предназначенную для смешения потоков воздуха, поступающих из первой ступени с потоком наружного воздуха, причем вторая ступень устройства выполнена в виде тепломассообменного аппарата смешения и включает в себя входной патрубок камеры смешения, центробежную камеру смешения, диффузор, конфузор, раскручиватель, выходной патрубок.
На чертеже представлен общий вид устройства для тепловлажностной обработки воздуха.
Устройство для тепловлажностной обработки воздуха состоит из двух ступеней: первая ступень представляет собой многофункциональный аппарат со встречными закрученными потоками и предназначена для очистки от пыли рециркуляционного воздуха, поступающего из помещения и имеющего положительную температуру, а также для увлажнения воздуха, и включает в себя корпус 1 с емкостью 2 для сбора жидкости, в которой расположен насос 20 с фильтром 19 для осуществления рециркуляции жидкости по трубопроводу 21 и подачи ее в блок орошения 5, который выполнен в виде, по крайней мере, двух круговых трубчатых коллекторов с равномерно распределенными по внутренней поверхности центробежными форсунками. В нижней части корпуса 1 расположен нижний входной патрубок 18, а в верхней части - верхний входной патрубок 17. Для интенсификации процесса тепловлажностной обработки воздуха в патрубках установлены соответственно нижний тангенциальный закручиватель 3 и верхний тангенциальный закручиватель 4.
1
Выхлопной патрубок 6 соединяет первую ступень устройства со второй ступенью устройства, предназначенную для смешения потоков воздуха, поступающих из первой ступени с потоком наружного воздуха, имеющего в летний период положительную температуру, а в зимний - отрицательную. Вторая ступень устройства выполнена в виде тепломассообменного аппарата смешения и включает в себя: входной патрубок камеры смешения 7, центробежную камеру смешения 8, диффузор 9, конфузор 10, раскручиватель 11, выходной патрубок 12. Потоки воздуха 13 и 14 - это рециркуляционные потоки воздуха, 15 - поток наружного воздуха, 16 - поток обработанного воздуха. Центробежная камера смешения 8 выполнена по габаритному внешнему размеру - диаметру D, больше, чем габаритный внешний размер корпуса 1 многофункционального аппарата - диаметр D.
Устройство для тепловлажностной обработки воздуха работает следующим образом.
1
В многофункциональном аппарате со встречными закрученными потоками в рабочем пространстве первой ступени образуются, как и в классическом аппарате со встречными закрученными потоками, два закрученных в одну сторону, но встречно направленных потока: восходящий - в центральной части камеры и нисходящий - в периферийной части. Для тепловлажностной обработки воздуха в блок орошения 5 по трубопроводу 21 подается вода, распыляемая центробежными тангенциальными форсунками. Под действием центробежных сил капли воды отбрасываются на вертикальные стенки аппарата и по ним стекают в нижнюю часть камеры. Затем увлажненный воздух выводится из камеры через выхлопной патрубок 6, расположенный в верхней части первой ступени аппарата, и поступает в камеру смешения - вторую ступень устройства. Часть наружного воздуха, заранее подготовленная в системе кондиционирования воздуха, через тангенциальный закручиватель входного патрубка камеры смешения 7 подается в центробежную камеру смешения 8, где поток увлажненного и очищенного от пыли воздуха смешивается с наружным потоком воздуха. Увеличение диаметра D камеры смешения 8 относительно диаметра D корпуса 1 многофункционального аппарата первой ступени устройства, где происходит увлажнение и мокрое обеспыливание, обеспечивает падение скорости воздуха в поперечном сечении аппарата и, как следствие, не создается существенного дополнительного аэродинамического сопротивления, что способствует предотвращению каплеуноса. На выходе из аппарата второй ступени установлен раскручиватель 11 обработанного потока воздуха.
3
Были проведены расчеты, которые показали, что многофункциональный аппарат со встречными закрученными потоками диаметром 2000 мм, обеспечивает производительность по воздуху до 100000 м/ч, при этом диаметр камеры смешения составляет 2500 мм, а высота ее достигает 1300 мм.
2
1
2
В качестве основных факторов, влияющих на эффективность процесса обработки воздуха, были выбраны: коэффициент орошения В; массовая скорость воздуха vρ; соотношение расходов потоков воздуха ε=G/(G+G); угол наклона форсунок на боковой поверхности аппарата и относительная высота расположения форсунок.
Наилучшая эффективность увлажнения в аппарате достигается при угле наклона форсунки к горизонту 30÷40° и при относительной высоте ее расположения в рабочей камере - 0,4÷0,5.
ап
а
а
2
В результате экспериментальных исследований (главным образом на модели D=260 мм) были получены зависимости коэффициента эффективности адиабатного процесса Е от вышеуказанных факторов. Исследования показали, что в аппарате процесс тепло- и массообмена протекает достаточно интенсивно. Коэффициент эффективности Е=0,93 при vρ=9,43 кт/(мс), ε=0,45 и В=0,9. К установке были приняты форсунки с диаметром сопла 3 мм. При испытаниях аппарата диаметром 700 мм было доказано, что эффективность обработки воздуха с увеличением диаметра аппарата растет.
а
ф
ап
ап
в
2в
3в
2в
3в
2
Оптимальные значения факторов в числовом выражении, характеризующих эффективность адиабатного процесса Е, стали следующие: vρ=6,5 кг/(мс), ε=0,6, В=0,9, α=50°, H/D=2,2, h/D=0,9, отношение расходов воды ε=G/G=0,5(G и G - расходы воды, распыляемой форсунками, соответственно в верхнем вводе воздуха и во всем аппарате). Потери давления Δр в аппарате при этом составили 810 Па.
Было также установлено, что в аппарате достигаются высокие скорости обработки воздуха до 10 м/с без выноса капель. Исследования показали также возможность регулирования процесса обработки воздуха без изменения суммарного расхода воздуха и воды, путем изменения соотношения расходов воздуха ε. Аэродинамическое сопротивление аппарата ВЗПМ изменялось в пределах 600-900 Па.
Способ тепловлажностной обработки воздуха осуществляют следующим образом.
Тепловлажностную обработку воздуха выполняют в устройстве, состоящем из двух ступеней: первую ступень устройства выполняют в виде многофункционального аппарата со встречными закрученными потоками, где осуществляют очистку от пыли рециркуляционного воздуха, поступающего из помещения, и его увлажнение посредством блока орошения 5, который выполняют в виде, по крайней мере, двух круговых трубчатых коллекторов с равномерно распределенными по внутренней поверхности центробежными форсунками. Посредством выхлопного патрубка 6 соединяют первую ступень устройства со второй ступенью, где осуществляют смешение потоков воздуха, поступающих из первой ступени с потоком наружного воздуха. Вторую ступень устройства выполняют в виде тепломассообменного аппарата смешения, представляющего собой центробежную камеру смешения 8 с диффузором 9, конфузором 10, раскручивателем 11 и патрубками: входным 7 и выходным 12. Рециркуляционные потоки воздуха 13 и 14 смешивают с потоком 15 наружного воздуха, а поток обработанного воздуха 16 выводят через раскручиватель 11 центробежной камеры смешения 8.
Основным преимуществом разработанного способа является возможность проведения процессов увлажнения, смешения, санитарной очистки от мелкой пыли, а также возможность повторного использования тепла и влаги больших объемов рециркуляционного воздуха (до 90%). Таким образом, использование многофункционального аппарата со встречными закрученными потоками для обработки рециркуляционного воздуха, при взаимодействии с малогабаритным кондиционером (не показан) для обработки свежего воздуха (от 10%), позволяет существенным образом сократить стоимость климатического оборудования, эксплуатационные затраты, а также обеспечить более стабильную работу всей системы.
Объем обрабатываемого в многофункциональном аппарате воздуха ограничивается только санитарными нормами, согласно которым количество наружного воздуха в рециркуляционном должно быть не менее 10% (при условии, что выполняются требования, регламентирующие количество наружного воздуха на одного работающего).
Смешение наружного воздуха с циркуляционным уже после его подогрева позволяет избежать выпадения конденсата и его обледенения на стенках лопаток воздушных клапанов, регулирующих поступление холодного воздуха в камеру смешения, в результате чего нарушается режим регулирования и возрастают износ оборудования и энергетические потери в традиционных центральных кондиционерах.