Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор сущестующих решений в области систем кондиционирования воздуха с применением косвенно-испарительного охлаждения 10
1.1. Обзор промышленно-выпускаемых решений с применением косвенно-испарительного охлаждения. 10
1.2. Работы по УКВ, использующим принцип РКИО и комбинированным УКВ . 30
1.3. Выводы по главе 1 33
1.4. Формулировка проблемы на основе проведенного обзора литературных источников. 34
ГЛАВА 2. УКВ, работающая по принципу регенеративного косвенно-испарительного охлаждения воздуха 35
2.1. Принципиальная схема, описание работы, изображение процессов обработки воздуха на I-d диаграмме 35
2.2. Методика расчёта 37
2.3. Обсуждение результатов исследования 48
2.4. Выводы по главе 2 59
ГЛАВА 3. Комбинированная УКВ 60
3.1. Принципиальная схема, описание работы, изображение процессов обработки воздуха на I-d диаграмме 60
3.2. Методика расчёта 62
3.3. Обсуждение результатов исследования 74
3.4. Выводы по главе 3 96
ГЛАВА 4. Задачи и методика экспериментальных исследований 98
4.1. Цель и задачи экспериментальных исследований 98
4.2. Описание экспериментального стенда 99
4.3. Измеряемые экспериментальные параметры и средства измерения 106
4.4. Методика обработки экспериментальных данных 111
4.5. Оценка погрешности измерений 114
4.6. Описание исследуемых косвенно-испарительных теплообменников
4.6. Проводимые серии экспериментов 123
4.7. Выводы по главе 4 124
ГЛАВА 5. Результаты экспериментальных исследований 125
5.1. Основные результаты экспериментальных исследований и их обсуждение 125
5.2. Выводы по главе 5 129
Выводы и заключения 130
Список литературы
- Работы по УКВ, использующим принцип РКИО и комбинированным УКВ
- Обсуждение результатов исследования
- Обсуждение результатов исследования
- Описание исследуемых косвенно-испарительных теплообменников
Введение к работе
Актуальность проблемы. Кондиционирование воздуха решает задачу обеспечения заданных параметров микроклимата в производственных, общественных и жилых зданиях. Поддержание комфортных условий способствует сохранению здоровья трудящихся и повышению производительности труда. Энергозатраты на системы кондиционирования воздуха (в дальнейшем СКВ) составляют значительную часть энергопотребления здания. Для сокращения производственных издержек необходимо повсеместное внедрение СКВ, кроме того, необходимо стремиться к снижению капитальных и эксплуатационных затрат таких систем. В крупных городах, ввиду высокой плотности застройки, необходимо стремиться к снижению площади, занимаемой оборудованием СКВ и его энергопотребления. Немаловажным фактором также является постоянный рост тарифов на электроэнергию и высокая стоимость подключения к городским энергосетям.
Требуется разработка новых, нетрадиционных подходов к охлаждению воздуха в системах кондиционирования. Для повышения энергетической эффективности установок кондиционирования воздуха (в дальнейшем, УКВ) предлагается использовать водоиспарительное охлаждение. Несмотря на свою высокую энергоэффективность УКВ, работающие с использованием только принципов водоиспарительного охлаждения, не в состоянии обеспечить комфортные параметры микроклимата во всех климатических зонах. Учитывая вышесказанное, предлагается применить испарительное охлаждение воздуха в комбинации с традиционной парокомпрессионной холодильной машиной (ПКХМ). Такие комбинированные УКВ работоспособны во всех климатических зонах, и, в сравнении с традиционными СКВ с ПКХМ, более энергоэффективны. Промышленные образцы подобных систем выпускаются в РФ, странах западной Европы, США, Китае. При этом необходимо отметить, что методики расчета комбинированных установок кондиционирования воздуха не опубликованы.
Настоящая работа посвящена исследованию комбинированных СКВ.
Цель работы. Повышение энергоэффективности УКВ с использованием регенеративного косвенно-испарительного охлаждения (в дальнейшем РКИО).
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
проанализировать существующие решения в области комфортного кондиционирования воздуха на базе косвенно-испарительного охлаждения. Выбрать схемы УКВ для проведения дальнейших исследований;
разработать методику расчёта цикла комбинированной УКВ;
выполнить расчет цикла УКВ при различных условиях окружающей среды для получения интегральных показателей работы установки;
разработать схему экспериментального стенда и методику проведения эксперимента;
сопоставить экспериментальные данные с результатами теоретических расчетов, для подтверждения корректности принятых допущений, при необходимости внести поправки в расчеты;
подготовить рекомендации по внедрению результатов работы.
Методы исследования. Использовались теоретические методы исследования работы УКВ при различных условиях окружающей среды. Расчет схемы УКВ проводился с помощью балансовых уравнений и теоретических зависимостей свойств влажного воздуха. Для подтверждения теоретических выводов результаты теоретических исследований сравнивались с экспериментальными данными, полученными автором диссертационной работы.
Научная новизна:
^полез
с = х
получена зависимость комплекса от эффективности КИТО.
получена зависимость площади теплообменной поверхности установки, реализующей принцип РКИО от эффективности косвенно-испарительного теплообменника (в дальнейшем КИТО) и соотношения расходов продуктового и вспомогательного потоков;
получена зависимость доли холодопроизводительности комбинированной УКВ, вырабатываемой в КИТО от температуры приточного воздуха и эффективности КИТО.
Практическая значимость и реализация результатов работы:
использование РКИО в качестве первой ступени в комбинированных УКВ позволяет значительно (до 80%) снизить нагрузку на парокомпрессионную холодильную машину;
В условиях сухого жаркого климата энергетическая эффективность комбинированной УКВ в 1,25…3 раза выше, чем у традиционной УКВ с ПКХМ. В условиях умеренного климата энергетическая эффективность комбинированной УКВ в 1,15…1,35 раза выше, чем у традиционной УКВ с ПКХМ (при эффективности КИТО 0,75).
разработана инженерная методика расчета УКВ, позволяющая получить параметры для подбора основных аппаратов и агрегатов УКВ и расчета тех элементов, которые не представлены в номенклатуре предприятий, производящих климатическое оборудование;
создан учебно-лабораторный стенд «Комбинированные УКВ на базе косвенно-испарительного охлаждения и парокомпрессионного холодильного цикла», стенд внедрен в учебный процесс кафедры холодильной, криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения;
результаты исследования использованы при создании транспортных комбинированных установок кондиционирования воздуха.
Личный вклад автора состоит в разработке расчетной модели, создании экспериментального стенда, проведении испытаний, обработке результатов.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
международная научная конференция «Холодильная и криогенная техника, промышленные газы, системы кондиционирования и жизнеобеспечения» (Москва, 2010);
международная конференция с элементами научной школы для молодежи «Инновационные разработки в области техники и физики низких температур», (Москва, 2010);
выставка CHILLVENTA Россия (Москва, 2011);
международная конференция с элементами научной школы для молодежи «Инновационные разработки в области техники и физики низких температур», (Москва, 2011);
выставка CHILLVENT А Россия (Москва, 2012).
Достоверность и обоснованность полученных результатов.
Достоверность полученных автором данных подтверждается применением аттестованных измерительных приборов, апробированных методик измерения, воспроизводимостью результатов, полученных экспериментальным путем.
Публикации. По теме доклада опубликовано 4 научные работы, 3 из них в рецензированных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ, общим объемом 1,8 п.л.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 138 страниц текста, 30 иллюстраций, 7 таблиц и список литературы из 41 наименования.
Работы по УКВ, использующим принцип РКИО и комбинированным УКВ
Дальнейшим развитием КИО стало регенеративное КИО (в дальнейшем РКИО). Данный способ испарительного охлаждения воздуха позволяет, в пределе, охладить наружный воздух до температуры точки росы. Работы по созданию кондиционеров РКИО велись как в нашей стране, так и за рубежом. Был разработан кондиционер РКИО для кабины зерноуборочного комбайна «Нива» [6]. Кондиционер (Рис. 1.6) состоит из корпуса, разделенного на два отсека. В первом по ходу воздуха отсеке расположены фильтры и вентиляторы, во втором воздухоохладитель РКИО, набранный из пластин капиллярно-пористого материала. Одна сторона пластины покрыта тонким, влагонепроницаемым слоем. Для осуществления КИО пластины собирают таким образом, что стороны, покрытые влагонепроницаемым слоем, образуют «сухие» каналы, а стороны с открытой капиллярно-пористой структурой – «влажные».
Воздух в кондиционере обрабатывается следующим образом. Поступающий наружный воздух очищается от пыли в фильтрах 1 и вентиляторами 2 подается в «сухие» каналы воздухоохладителя РКИО, где охлаждается при постоянном влагосодержании. На выходе из «сухих» каналов воздух разделяется: основной поток направляется в кабину 5, вспомогательный - во «влажные» каналы 3, где нагревается при испарении влаги в поток, отбирая тепло от полного потока воздуха, и выбрасывается в атмосферу.
Применение капиллярно-пористых материалов в конструкции теплообменника РКИО позволяет добиться равномерного смачивания теплообменной поверхности. Однако авторы отмечают, что с увеличением температуры наружного воздуха наблюдается местное подсыхание теплообменных пластин, что приводит к снижению эффективности аппарата.
На основании лабораторных испытаний В.С. Майсоценко предложена инженерная методика расчета теплообменников РКИО подобной конструкции [7].
На базе принципа РКИО фирмой “Элсокс” (Россия) разработаны УКВ для подвижного состава, эксплуатирующегося на российских железных дорогах (Рис. 1.7). В ОАО "РЖД" завершена апробация опытной партии кондиционеров испарительного типа для пассажирских плацкартных вагонов, произведенных ЗАО "НПО "ЭЛСОКС". Получены положительные отзывы от региональных железнодорожных отделений за летний период эксплуатации 2006 года [8].
Теплообменник состоит из пластин капилярно-пористого материала, образующих сухие и увлажняемые водой каналы. Внутри между дном и крышкой корпуса теплообменника организована система ванночек, обеспечивающих постоянную смачиваемость стенок влажных каналов. Воздух, пройдя через фильтры системы вентиляции, под напором вентилятора установки подаётся в сухие каналы, где охлаждается при постоянном влагосодержании в пределе до точки росы. Затем в камере избыточного давления воздух делится на две части: охлаждённый (основной) и технологический (вспомогательный).
Охлаждённый воздух основного потока нагнетается в переход раздаточный, а технологический воздух направляется в увлажняемые каналы противотоком полному потоку. В увлажняемых каналах вода испаряется, отбирая теплоту парообразования от полного потока и передавая её с парами технологическому потоку, который удаляется через сбросной переход.
Часть влаги во влажных каналах в виде капель собирается в поддоне и удаляется через отверстия в поддоне.
В ванночках за счёт системы трубопроводов, герконовых датчиков уровня, контроллера пульта управления установки и насоса поддерживается постоянный уровень воды. По мере расходования воды, насос по команде от контроллера включается/выключается и вода поступает в систему теплообменника.
Смачивание теплообменной поверхности происходит за счет капиллярных сил, что приводит к вышеописанным проблемам. Для борьбы с образованием водяного камня и снижением эффективности работы установки требуется периодическая промывка теплообменника с использованием поверхностно-активных веществ [9].
Германской фирмой “Kampmann” разработан ряд установок, работающих по принципу РКИО [10]. Типоразмер по воздуху от 400 до 3 000 м3/ч. Теплообменник РКИО выполнен по противоточной схеме. Схема обработки воздуха и компоновка кондиционеров аналогичны рассмотренной выше (кондиционер для комбайна «Нива»). Существенно отличается конструкция теплообменника РКИО (Рис. 1.8). Теплообменник набирается из теплообменных модулей. Каждый модуль состоит из двух штампованных пластин из алюминиевого сплава, с припаянным оребрением. На оребрение нанесен слой гидрофильного покрытия. Для интенсификации теплообмена оребрение выполнено просечным. Подача воды осуществляется с помощью форсунок. Таким образом, основной поток проходит внутри канала, образованного двумя пластинами, а вспомогательный, увлажняемый, поток воздуха проходит в свободном пространстве между модулями. Доля вспомогательного потока составляет 1/3 основного потока.
Для борьбы с отложениями водяного камня в комплект установок входит система водоподготовки. Насосная подача воды для орошения гидрофильного слоя даёт ряд преимуществ по сравнению с подачей воды за счет капиллярных сил: - возможность регулирования расхода воды, подаваемой на испарение; - возможность подачи избыточного количества воды для снижения интенсивности образования водяного камня и промывки теплообменной поверхности.
Обсуждение результатов исследования
Регенеративное косвенно-испарительное охлаждение воздуха является дальнейшим развитием косвенно-испарительного охлаждения. Различие заключается в том, что в качестве вспомогательного потока используется часть прямого охлажденного потока, которая направляется во влажные каналы теплообменника. Теоретическим пределом охлаждения при регенеративном косвенно-испарительном охлаждении воздуха является температура точки росы воздуха прямого потока, которая, в зависимости от условий окружающей среды, может лежать значительно ниже температуры мокрого термометра.
Принципиальная схема установки кондиционирования воздуха, использующей регенеративное косвенно-испарительное охлаждение воздуха
Принципиальная схема установки РКИО. Обозначения, используемые на схеме: ВП – вентилятор приточный, КИТО – косвенно-испарительный теплообменник, КО – кондиционируемый объем; ОС – окружающая среда, Gосн, Gприт, Gвсп - массовые расходы воздуха основного, приточного и вспомогательного потоков соответственно. Следует отметить, что в традиционном варианте отсутствует увлажнитель на входе вспомогательного потока в теплообменник, что приводит к неэффективному использованию начального участка теплообменника (из-за отсутствия перепада температур на холодном конце). Установка увлажнителя позволяет адиабатически охладить воздух на входе в теплообменник, увеличив, таким образом, температурный напор.
Наружный воздух (основной поток) очищается в фильтре (на схеме не показан), засасывается вентилятором и подается в сухие каналы теплообменника, где охлаждается при постоянном влагосодержании (в пределе до температуры точки росы наружного воздуха). Затем поток воздуха разделяется на два: продуктовый (приточный) и вспомогательный (продувочный). Продуктовый поток воздуха полезно используется, а вспомогательный предварительно увлажняется и направляется в смачиваемые каналы теплообменника. В смачиваемых каналах вода испаряется, отбирая теплоту парообразования от вспомогательного потока. Условное изображение процесса тепло- массообмена представлено на Рис. 2.2. Схема процессов обработки воздуха представлена на психрометрической диаграмме (Рис. 2.3). О - наружный воздух, 0-1 нагрев в вентиляторе, 1-2 охлаждение в косвенно-испарительном теплообменнике полного потока, 2-2у адиабатное увлажнение вспомогательного потока, 2у-3 нагрев воздуха вспомогательного потока в увлажняемых каналах теплообменника. относительная влажность воздуха вспомогательного потока на входе в косвенно-испарительный теплообменник составляет 90%. Указанное значение относительной влажности достижимо в одноступенчатом адиабатическом увлажнителе в широком диапазоне относительной влажности на входе в увлажнитель [1, 27]; принимаем, что хотя реальный процесс нагрева воздуха вспомогательного потока в «мокрых» каналах косвенно-испарительного теплообменника, проходящий с подводом воды, - неравновесный, для расчета относительная влажность в процессе нагрева остается постоянной; 1) определение давления воздуха в основных точках схемы (обозначение точек см. на принципиальной схеме, Рис 2.1) Давление воздуха в основных точках установки определяется по заданным потерям давления в основных аппаратах и располагаемым напором, обеспечиваемым на выходе из установки. Принимается, что в помещении поддерживается давление, равное барометрическому.
Обсуждение результатов исследования
В ходе проведенного литературного обзора найдены промышленно выпускаемые образцы комбинированных УКВ, использующих КИО в качестве первой ступени охлаждения [10, 14, 15, 17 – 19]. В качестве второй ступени охлаждения используется ПКХМ. Большинство установок выполнено в моноблочной компоновке. Конденсатор ПКХМ обдувается воздухом продувочного потока, выходящим из «мокрых» каналов КИТО.
Предлагаемая схема комбинированной УКВ (Рис. 3.1) имеет ряд отличий: на входе вспомогательного потока в КИТО установлен адиабатический увлажнитель, конденсатор ПКХМ располагается не внутри установки, а снаружи, и продувается воздухом окружающей среды. Обоснование размещения конденсатора приведено ниже по тексту.
Наружный воздух (основной поток) очищается в фильтре (на схеме не показан), засасывается вентилятором и подается в сухие каналы теплообменника, где охлаждается при постоянном влагосодержании (в пределе до температуры точки росы наружного воздуха). Затем поток воздуха разделяется на два: продуктовый (приточный) и вспомогательный (продувочный). Продуктовый поток воздуха доохлаждается до требуемой температуры притока в поверхностном воздухоохладителе и подается потребителю. Вспомогательный поток предварительно увлажняется и направляется в смачиваемые каналы теплообменника. В смачиваемых каналах вода испаряется, отбирая теплоту парообразования от основного потока и передавая ее с парами вспомогательному потоку. Теплота конденсации снимается в конденсаторе воздушного охлаждения, который продувается воздухом из окружающей среды. Схема процессов обработки воздуха представлена на психрометрической диаграмме (Рис. 3.2).
Обозначения, используемые на схеме: БН1 – бак накопительный; ВК – вентилятор конденсатора; ВП – вентилятор приточный; К – конденсатор; КИТО – косвенно-испарительный теплообменник; КМ – компрессор; КО – кондиционируемый объем; КУ - каплеуловитель; ОС – окружающая среда; ТРВ – терморегулирующий вентиль. Gполн, Gпрод, Gвсп – массовые расходы полного, продуктового, и вспомогательного потоков соответственно.
Схема процессов обработки воздуха, протекающих в комбинированной УКВ в I-d диаграмме О - наружный воздух, 0-1 нагрев воздуха полного потока в вентиляторе, 1 2 охлаждение в косвенно-испарительном теплообменнике полного потока, 2-3 охлаждение воздуха продуктового потока в воздухоохладителе, 2-2у адиабатное увлажнение вспомогательного потока, 2у-4 нагрев воздуха вспомогательного потока в увлажняемых каналах теплообменника, 0-5 нагрев воздуха продувочного потока в конденсаторе, 5-6 - нагрев воздуха продувочного потока в вентиляторе конденсатора.
Методика расчета во многом аналогична методике, описанной во второй главе. Однако имеются и существенные отличия, в связи с этим методика приведена полностью, а основные зависимости и физические константы описаны в предыдущей главе.
Исходные данные Параметры климатических условий: температура окружающей среды t С ; относительная влажность окружающей среды р ,%; барометрическое давление P ,кПа; относительная влажность вспомогательного потока, р ,%; температура приточного воздуха, t С Параметры, характеризующие установку: объемный расход воздуха продуктового потока (направляемого потребителю) Vпр ,м /ч ; приведенный расход воздуха вспомогательного потока (выбирается на основании рекомендаций, указанных во второй главе) V ,M3 ІЧ температурный КПД КИТО е ; располагаемый напор установки: P асп Па; потери давления в КИТО, прямой и вспомогательный поток соответственно: APi LTn, АP!1ТП, кПа; потери давления в воздухоохладителе (по воздуху), АP ,кПа; потери давления в конденсаторе (по воздуху), АP д ,кПа холодильный коэффициент компрессора парокомпрессионного контура Х В дополнение к допущениям, описанным во второй главе, приняты следующие: перегрев и переохлаждение хладона принимаются равными 5С; тип хладона R407C; мощность, потребляемая компрессором, рассчитывается по данным производителя, по полученным в ходе расчета цикла УКВ температурам кипения и конденсации; мощность, потребляемая вентилятором конденсатора, рассчитывается исходя из нагрузки на конденсатор и нагрева воздуха в конденсаторе Ate , на 10С. Нагрев воздуха в конденсаторе принят на основании рекомендаций [30]; недорекуперация на холодном конце воздухоохладителя (между температурой воздуха на выходе и температурой кипения хладагента на входе) Atx принята равной 7С [311; иСП J5 недорекуперация на тёплом конце конденсатора (между температурой воздуха на выходе и температурой конденсации хладагента на входе) Atт конд принята равной 5С [30]. Расчёт. 1) определение давления воздуха в основных точках схемы (обозначение точек см. на принципиальной схеме, Рис 3.1) Давление воздуха в основных точках установки определяется по заданным потерям давления в основных аппаратах и располагаемым напором, обеспечиваемым на выходе из установки. Принимается, что в помещении поддерживается давление, равное барометрическому.
Описание исследуемых косвенно-испарительных теплообменников
Для проведения намеченных экспериментальных исследований на базе лаборатории кафедры «Холодильная, криогенная техника системы кондиционирования и жизнеобеспечения» МТГУ им. Н.Э. Баумана создан экспериментальный стенд (Рис. 4.1, 4.2, 4.3).
Проведено две серии испытаний. Первая серия была посвящена исследованию установки, реализующей принцип РКИО, при использовании теплообменников различных конструкций (противоточного и перекрестно-точного). Во второй серии экспериментов исследовалась работа комбинированной УКВ при изменении расхода воздуха вспомогательного потока в косвенно-испарительной ступени.
Воздушный контур стенда состоит из заслонки наружного воздуха ЗВ1, заслонки воздуха продувочного потока ЗВ2, заслонки воздушного потока байпаса конденсатора ЗВ3, фильтра наружного воздуха Ф1, приточного вентилятора ВП1, теплообменника-рекуператора косвенно-испарительного охлаждения КИТО, испарителя И1, вентилятора конденсатора ВК1, конденсатора К1, увлажнителя У1 воздуха продувочного потока, нагрузочного воздухонагревателя ВНН1, нагрузочного увлажнителя УН1, каплеуловителей КУ1, КУ2. Водяной контур стенда состоит из насоса водяного Н1, вентилей регулирующих ВР1…ВР4, вентиля запорного ВЗ1, манометров М1…М4, фильтра Ф2. В состав холодильного контура входят соленоидный вентиль ВС1, компрессор КМ1, обратный клапан КО1, терморасширительный вентиль ТРВ1, фильтр-осушитель ФО1.
Пневмо-гидравлическая схема экспериментального стенда комбинированной УКВ (с перекрестноточным КИТО). БН1, БН2 - бак накопительный, ВК1, ВП1 - вентиляторы, В31 - вентиль запорный, ВНН1 - воздухонагреватель нагрузочный, ВР1.. .ВР4 - вентиль регулировочный, ВСІ -вентиль соленоидный, ДД1, ДД2 - датчик давления, ДТ1...ДТ9 - датчик температуры, ДВ1..ДВ4 - датчик влажности, ЗВ1...3ВЗ - заслонка воздушная, И1 - испаритель, К1- конденсатор, КИТО - косвенно-испарительный ТО, КМ1- компрессор, К01, К02 - клапан обратный, КП1, КП2 - прессостат, КУ1 - каплеуловитель, Ml.. .М4 - манометр, HI - насос циркуляционный, СС1 - смотровое стекло, ТРВ1 - термо-регулирующий вениль, УН1 - увлажнитель нагрузочный, 1 - фильтр 1, Ф01 - фильтр осушитель, ШС1.. .ШС4 - штуцер сервисный "Ю -м 0 Рис. 4.2 Пневмо-гидравлическая схема экспериментального стенда комбинированной УКВ (с противоточным КИТО). БН1, БН2 - бак накопительный, ВК1, ВП1 - вентиляторы, В31 - вентиль запорный, ВНН1 - воздухонагреватель нагрузочный, ВР1...ВР4 - вентиль регулировочный, ВСІ -вентиль соленоидный, ДД1, ДД2 - датчик давления, ДТ1...ДТ9 - датчик температуры, ДВ1..ДВ4 - датчик влажности, ЗВ1...3ВЗ - заслонка воздушная, И1 - испаритель, К1- конденсатор, КИТО - косвенно-испарительный ТО, КМ1- компрессор, К01, К02 - клапан обратный, КП1, КП2 - прессостат, КУ1 - каплеуловитель, Ml.. .М4 - манометр, HI - насос циркуляционный, СС1 - смотровое стекло, ТРВ1 - термо-регулирующий вениль, УН1 - увлажнитель нагрузочный, 1 - фильтр 1, Ф01 - фильтр осушитель, ШС1.. .ШС4 - штуцер сервисный
Воздух из помещения лаборатории засасывается в установку, проходит фильтр Ф1, поступает в теплообменник-рекуператор косвенно-испарительного охлаждения КИТО, затем в испаритель И1. В теплообменнике КИТО и испарителе И1 воздух охлаждается, и далее поступает в помещение лаборатории. Сконденсировавшаяся в процессе охлаждения в испарителе влага отделяется в каплеуловителе КУ1 и направляется в накопительный бак БН1. Часть воздуха основного потока отбирается после КИТО и направляется в увлажнитель У1, где адиабатически увлажняется и направляется в «мокрые» каналы теплообменника-рекуператора КИТО. Затем воздух выбрасывается в помещение лаборатории. Увлажнение воздуха в аппарате У1 происходит с избытком, т.е. в потоке присутствует капельная влага, для увлажнения используется вода из водопроводной сети, которая предварительно очищается и умягчается в фильтре Ф2. Для предотвращения уноса влаги из системы на выходе из КИТО установлен каплеуловитель КУ2, вода из которого поступает в накопительный бак БН2. Воздух для охлаждения конденсатора засасывается из лаборатории, проходит конденсатор К1, где воспринимает тепло конденсации и выбрасывается вентилятором конденсатора ВК1 в окружающую среду. Для снижения шума на входе и выходе из установки установлены шумоглушители ШГ1 и ШГ2 (на схеме не показаны).
Для возможности проведения испытаний в круглогодичном режиме на входе в установку смонтирован блок подготовки воздуха, включающий нагрузочный нагреватель ВНН1 и нагрузочный увлажнитель УН1, позволяющие имитировать различные условия окружающей среды. Нагрузочный воздухонагреватель ВНН1 состоит из двух ТЭНов типа CB160-2,1 (Systemair, Швеция), установленных последовательно. Первый из нагревателей со ступенчатым регулированием (вкл.-выкл.), второй подключен к тиристорному регулятору мощности. Такая комбинация позволяет плавно изменять нагрузку в диапазоне 04,2 кВт. Нагрузочный увлажнитель УН1 адиабатического типа, конструктивно выполнен в виде камеры орошения. Для подачи воды использована форсунка мелкодисперсного распыла, с заполненным факелом. С целью увеличения угла раскрытия факела форсунка установлена против потока воздуха. Аналогичную конструкцию имеет увлажнитель У1. Регулирование расхода воды, подаваемой на орошение в увлажнитель, осуществлялось с помощью регулировочного вентиля ВР1. Вода на орошение поступала под давлением из водопроводной сети. Для повышения давления в распределительном коллекторе, питающем форсунки использовался насос НI. Запорно-регулирующая арматура, установленная на коллекторе, позволяла изменять давление перед форсунками в диапазоне 0-12 бар(и).
В парокомпрессионном контуре использовался однофазный герметичный поршневой компрессор типа SC12DL (Данфосс, Дания). Изменение производительности компрессора осуществлялось с помощью частотного преобразователя. Опытным путём был установлен диапазон регулировки компрессора 25-50 Гц.
Регулирование температуры воздуха на входе в конденсатор К1 парокомпрессионного контура производилось за счет байпасирования нагретого воздуха с нагнетания вентилятора ВК1 на вход в конденсатор. Доля байпасного потока регулировалась воздушной заслонкой ЗВЗ.
Для измерения параметров влажного воздуха, а также холодильного контура парокомпрессионной машины была разработана система сбора и обработки данных, включающая датчики температуры, влажности, давления; модули аналогового ввода и ПК с установленной SCADA системой. Для автоматизации сбора, анализа и вывода данных с датчиков, разработана специальная программа (Рис.4.4) в среде MasterSCADA, реализующая следующий функционал: