Chlazení a zvlhčování vzduchu odpařovacím chlazením je zcela přirozený proces, při kterém se jako chladicí médium používá voda a teplo se efektivně odvádí do atmosféry.
Chlazení a zvlhčování vzduchu pomocí odpařovacího chlazení je zcela přirozený proces, při kterém se jako chladicí médium používá voda a teplo se efektivně odvádí do atmosféry. Využívají se jednoduché zákony – při odpařování kapaliny se absorbuje teplo nebo se uvolňuje chlad. Účinnost odpařování – zvyšuje se se zvyšující se rychlostí proudění vzduchu, což je zajištěno nucenou cirkulací ventilátoru. Teplotu suchého vzduchu lze výrazně snížit pomocí fázového přechodu kapalné vody na páru a tento proces vyžaduje výrazně méně energie než kompresní chlazení. Ve velmi suchém podnebí má odpařovací chlazení také výhodu v tom, že během klimatizace zvyšuje vlhkost vzduchu, což vytváří větší komfort pro osoby v místnosti. Na rozdíl od parního kompresního chlazení však vyžaduje stálý zdroj vody a během provozu ji neustále spotřebovává.
Historie vývoje
V průběhu staletí civilizace našly originální metody, jak bojovat s horkem na svém území. Raná forma chladicího systému, „lapač větru“, byla vynalezena před mnoha tisíci lety v Persii (Íránu). Jednalo se o systém větrných šachet na střeše, které zachycovaly vítr, propouštěly ho vodou a vháněly ochlazený vzduch do vnitřních prostor. Je pozoruhodné, že mnoho z těchto budov mělo také nádvoří s velkými zásobami vody, takže pokud nefoukal vítr, pak v důsledku přirozeného procesu odpařování vody horký vzduch stoupající vzhůru odpařoval vodu na nádvoří, načež již ochlazený vzduch procházel budovou. Írán v dnešní době nahradil lapače větru odpařovacími chladiči a hojně je používá a trh díky suchému klimatu dosahuje obratu 150.000 XNUMX výparníků ročně. Ve Spojených státech byl odpařovací chladič ve dvacátém století předmětem řady patentů. Mnozí z nich, počínaje rokem 1906, navrhovali použití dřevěných hoblin jako podšívky, která by při kontaktu s proudícím vzduchem vedla velké množství vody a podporovala intenzivní odpařování. Standardní konstrukce, jak je znázorněno v patentu z roku 1945, zahrnuje vodní nádrž (obvykle vybavenou plovákovým ventilem pro regulaci hladiny), čerpadlo pro cirkulaci vody přes podložky z dřevěných hoblin a ventilátor pro vhánění vzduchu přes podložky do obytného prostoru. Tato konstrukce a materiály zůstávají základem technologie odpařovacích chladičů v jihozápadních Spojených státech. V této oblasti se navíc používají ke zvýšení vlhkosti. Odpařovací chlazení bylo běžné u leteckých motorů 1930. let XNUMX. století, jako například u motoru vzducholodi Beardmore Tornado. Tento systém byl použit ke snížení nebo odstranění chladiče, který by jinak mohl vytvářet značný aerodynamický odpor. V těchto systémech byla voda v motoru udržována pod tlakem pomocí čerpadel, což umožňovalo její ohřev na teploty přesahující 100 °C, protože skutečný bod varu závisí na tlaku. Přehřátá voda byla stříkána tryskou na otevřené potrubí, kde se okamžitě odpařovala a absorbovala jeho teplo. Tyto trubky by mohly být umístěny pod povrchem letadla, aby se vytvořil nulový odpor. U některých vozidel byly pro chlazení interiéru instalovány externí odpařovací chladicí jednotky. Často se prodávaly jako doplňkové příslušenství. Používání odpařovacích chladicích zařízení v automobilech pokračovalo až do rozšíření klimatizace s kompresí páry. Princip odpařovacího chlazení se liší od principu parokompresních chladicích jednotek, ačkoli i ty vyžadují odpařování (odpařování je součástí systému). V cyklu komprese páry se po odpaření chladiva uvnitř výparníku stlačí a ochladí plynné chladivo, které pod tlakem kondenzuje do kapalného stavu. Naproti tomu v odpařovacím chladiči se voda odpařuje pouze jednou. Odpařená voda v chladicím zařízení je odváděna do prostoru s ochlazeným vzduchem.
Aplikace odpařovacího chlazení
Rozlišuje se přímé, šikmé a dvoustupňové (přímé a nepřímé) odpařovací chlazení vzduchu. Přímé odpařovací chlazení vzduchu je založeno na izentalpickém procesu a používá se v klimatizacích v chladném období; v teplém počasí je možné pouze při absenci nebo nevýznamných emisích vlhkosti v místnosti a nízkém obsahu vlhkosti ve venkovním vzduchu. Obcházení zavlažovací komory poněkud rozšiřuje hranice jeho použití. Přímé odpařovací chlazení vzduchu je vhodné v suchém a horkém podnebí v systému přívodního větrání. Nepřímé odpařovací chlazení vzduchu se provádí v povrchových chladičích vzduchu. K chlazení vody cirkulující v povrchovém výměníku tepla se používá pomocné kontaktní zařízení (chladicí věž). Pro nepřímé odpařovací chlazení vzduchu lze použít kombinovaná zařízení, ve kterých výměník tepla současně plní obě funkce – vytápění i chlazení. Taková zařízení jsou podobná rekuperačním výměníkům tepla. Ochlazený vzduch prochází jednou skupinou kanálů, vnitřní povrch druhé skupiny je postříkán vodou, která proudí do zásobníku a poté je znovu postříkána. Při kontaktu s odváděným vzduchem procházejícím druhou skupinou kanálů dochází k odpařovacímu chlazení vody, v důsledku čehož se vzduch v první skupině kanálů ochladí. Nepřímé odpařovací chlazení vzduchu umožňuje snížit výkon klimatizačního systému ve srovnání s jeho výkonem při přímém odpařovacím chlazení vzduchu a rozšiřuje možnosti využití tohoto principu, protože obsah vlhkosti v přiváděném vzduchu je v druhém případě menší. S dvoustupňovým odpařovacím chlazením V klimatizaci se používá sekvenční nepřímé a přímé odpařovací chlazení vzduchu. V tomto případě je instalace pro nepřímé odpařovací chlazení vzduchu doplněna komorou s rozprašovacími tryskami pracující v režimu přímého odpařovacího chlazení. Typické komory s rozprašovacími tryskami se používají v systémech odpařovacího chlazení vzduchu jako chladicí věže. Kromě jednostupňového nepřímého odpařovacího chlazení vzduchu je možné i vícestupňové chlazení vzduchem, při kterém se provádí hlubší chlazení vzduchu – jedná se o tzv. bezkompresorový klimatizační systém. Přímé odpařovací chlazení (otevřený cyklus) se používá ke snížení teploty vzduchu využitím specifického výparného tepla, čímž se mění kapalné skupenství vody na plynné. V tomto procesu se energie ve vzduchu nemění. Suchý, teplý vzduch je nahrazen studeným, vlhkým vzduchem. Teplo z venkovního vzduchu se využívá k odpařování vody. Nepřímé odpařovací chlazení (uzavřený cyklus) je proces podobný přímému odpařovacímu chlazení, ale využívá specifický typ výměníku tepla. V tomto případě vlhký, ochlazený vzduch nepřichází do kontaktu s klimatizovaným prostředím.
Dvoustupňové odpařovací chlazení nebo nepřímé/přímé.
Tradiční odpařovací chladiče spotřebovávají pouze zlomek energie potřebné pro klimatizační systémy s kompresí páry nebo adsorpcí. Bohužel zvyšují vlhkost vzduchu na nepříjemnou úroveň (s výjimkou velmi suchého podnebí). Dvoustupňové odpařovací chladiče nezvyšují vlhkost vzduchu tolik jako standardní jednostupňové odpařovací chladiče. V prvním stupni dvoustupňového chladiče se teplý vzduch chladí nepřímo bez zvýšení vlhkosti (průchodem tepelným výměníkem chlazeným odpařováním zvenčí). V přímém stupni prochází předchlazený vzduch vodou nasáklou podložkou, dále se ochlazuje a stává se vlhčím. Protože proces zahrnuje první stupeň předchlazení, je ve stupni přímého odpařování potřeba menší vlhkost k dosažení požadovaných teplot. V důsledku toho podle výrobců proces ochlazuje vzduch s relativní vlhkostí 50 až 70 % v závislosti na klimatu. Pro srovnání, tradiční chladicí systémy zvyšují vlhkost vzduchu na 70–80 %.
Jmenování
Při návrhu centrálního přívodního větracího systému je možné vybavit přívod vzduchu odpařovací sekcí a tím výrazně snížit náklady na chlazení vzduchu v teplém období roku. V chladných a přechodných obdobích roku, kdy je vzduch ohříván přívodními ohřívači větracích systémů nebo vzduch uvnitř prostor topnými systémy, se vzduch ohřívá a zvyšuje se jeho fyzikální schopnost asimilace (absorpce) a se zvyšující se teplotou se zvyšuje vlhkost. Nebo čím vyšší je teplota vzduchu, tím více vlhkosti dokáže asimilovat. Například při ohřevu venkovního vzduchu ohřívačem větracího systému z teploty -220 °C a vlhkosti 86 % (parametr venkovního vzduchu pro KP Kyjev) na +200 °C vlhkost klesá pod limitní limity pro biologické organismy na nepřijatelných 5-8 % vlhkosti vzduchu. Nízká vlhkost vzduchu má negativní vliv na kůži a sliznice člověka, zejména pacientů s astmatem nebo plicními onemocněními. Normovaná vlhkost vzduchu pro obytné a administrativní prostory: od 30 do 60 %. Odpařovací ochlazování vzduchu je doprovázeno uvolňováním vlhkosti nebo zvyšováním vlhkosti vzduchu, a to až do vysokého nasycení vlhkosti vzduchu 60-70 %.
Výhody
Množství odpařování – a tedy i přenos tepla – závisí na teplotě venkovního vzduchu naměřené na vlhkém teploměru, která je zejména v létě mnohem nižší než ekvivalentní teplota suchého teploměru. Například v horkých letních dnech, kdy teplota suchého teploměru přesáhne 40 °C, může odpařovací chlazení ochladit vodu až o 25 °C nebo ochladit vzduch. Protože odpařování odvádí mnohem více tepla než standardní fyzikální přenos tepla, vyžaduje přenos tepla čtyřikrát menší průtok vzduchu než konvenční metody chlazení vzduchem, což šetří značné množství energie. Odpařovací chlazení versus tradiční metody klimatizace. Na rozdíl od jiných typů klimatizace nepoužívá odpařovací chlazení vzduchu (biochlazení) jako chladiva škodlivé plyny (freon a další), které poškozují životní prostředí. Spotřebovává také méně elektřiny, čímž šetří energii, přírodní zdroje a až 80 % provozních nákladů ve srovnání s klimatizací s jinými systémy.
Omezení
Nízká účinnost ve vlhkém podnebí. Zvýšená vlhkost vzduchu, která je v některých případech nežádoucí – řešením je dvoustupňové odpařování, kdy se vzduch nedotýká a není nasycen vlhkostí.
Princip fungování (možnost 1)
Proces chlazení probíhá těsným kontaktem mezi vodou a vzduchem a přenosem tepla do vzduchu odpařováním malého množství vody. Teplo se poté rozptýlí teplým, vlhkostí nasyceným vzduchem opouštějícím jednotku.
Označení:
- vodovod
- systém distribuce vody pro zavlažování vzduchotěsných kazet
- teplosměnná plocha pomocí dvou kazet
- dmychadlo (ventilátor nebo potrubí ventilačního systému)
- přívod vzduchu
- odkapávací miska
- výstup studené vody (zpátečka)
- přívod vzduchu nasyceného vlhkostí
- eliminátory kapek
Odpařovací chladič-zvlhčovač vzduchu (bioklimatizátor) SABIEL МВ16 kombinuje funkce chladiče, zvlhčovače, aquafiltru, ventilátoru a ionizátoru vzduchu. Kapacita 1600 m3/hod! Spotřeba energie 100 W
Princip fungování (možnost 2) – instalace na sání vzduchu
Odpařovací chladicí jednotky
Existují různé typy odpařovacích chladicích jednotek, ale všechny mají:
- sekce pro výměnu tepla nebo přenos tepla, neustále smáčená vodou zavlažováním,
- systém ventilátorů pro nucenou cirkulaci venkovního vzduchu přes teplosměnnou sekci,
- další pomocné komponenty, jako je sběrná miska na vodu, odkapávací misky a ovládací prvky.
