Кондиционер с гибридной системой осушительного и испарительного охлаждения

Кондиционер с гибридной системой осушительного и испарительного охлаждения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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°C) в холодный период года, так и с температурами наружного воздуха в теплый период года до (+35°C), а также для обслуживания помещений специального назначения в диапазоне отрицательных температур (-11°C)÷(-40°C).

Из источников научно-технической и патентной информации известно большое количество модификаций кондиционеров. Среди них выбраны кондиционеры с системой осушительного и испарительного охлаждения - Desic-cative 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.

Кондиционер-прототип состоит из приточной и вытяжной камер, разделенных между собой горизонтальной промежуточной перегородкой с двумя окнами, охладителя приточного воздуха, выполненного в виде системы осушительного и испарительного охлаждения - Desiccative and Evaporative Cooling (DEC), состоящей 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 охладителя приточного воздуха и имеет ячейки аккумулирующей матрицы ротора, покрытые влагопоглощающим материалом - адсорбентом. В кондиционере-прототипе это силикагель (SiO₂), который является адсорбентом влаги, содержащейся в наружном воздухе.

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.).

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°C, и предназначен для увеличения перепада температур на входах в роторный регенеративный теплообменник , что обеспечивает увеличение фактического перепада температур на выходах из роторного регенеративного теплообменника:

- на охлаждение приточного воздуха Δt_охл, °C;

- на нагревание вытяжного воздуха Δt_нагр, °C.

При этом в теплый период года

,

где - сухая эффективность рекуперации теплоты роторного регенеративного теплообменника, (в долях ед.)

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 t₁=31°C и вытяжного воздуха t₅=25°C, имеющих влагосодержание d₁=11,9 г/кг сух. возд. и d₅=10,3 г/кг сух. возд.

Система охлаждения DEC, используемая в кондиционере-прототипе, обеспечивает при t₁=31°C и t₅=25°C получение заданного значения температуры приточного воздуха t₄=19°C.

Указанную температуру приточного воздуха (t₄=19°C) при заданных температурах наружного воздуха t₁=31°C и вытяжного t₅=25°C воздуха, имеющих влагосодержания d₁=11,9 и d₅=10,3 г/кг сух. возд., в статье предлагается получать:

1) при косвенном охлаждении приточного и вытяжного воздуха адиабатическими увлажнителями на перепад температур Δt_охл=6°C, который обеспечивает получение температур:

- вытяжного воздуха на входе в рекуператор-охладитель

,

- приточного воздуха на выходе из рекуператора-охладителя

,

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:

,

- вытяжного воздуха на выходе из рекуператора-охладителя приточного воздуха, который одновременно нагревает вытяжной воздух с температуры t₆ до t₇

,

- вытяжного воздуха на выходе из регенеративного воздухонагревателя

,

- вытяжного воздуха на выходе из рекуператора-осушителя приточного воздуха

.

Все рассчитанные температуры приточного и вытяжного воздуха (t₂=49°C, t₃=25°C, t₆=19°C, t₇=43°C, t₈=70°C, t₉=52°C) 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 охладителем приточного воздуха, выполненным в виде 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. Имеет низкую энергетическую эффективность DEC-системы при работе кондиционера в холодный период года.

2. Имеет низкую энергетическую эффективность DEC-системы при работе кондиционера в теплый период года.

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 от числа оборотов ротора «и» и приведенными в 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

Энергоэффективность DEC-системы кондиционера зависит от:

1) места размещения адсорбционного роторного рекуператора (на входе приточного воздуха в DEC-систему или на выходе из DEC-системы);

2) величины эффективности рекуперации теплоты рекуператора-теплообменника и места его размещения (на входе приточного воздуха в DEC-систему, на выходе из DEC-системы).

Энергоэффективность DEC-системы кондиционера в холодный период года возрастает при размещении адсорбционного роторного рекуператора на выходе приточного воздуха из DEC-системы, а рекуператора-теплообменника - на входе в DEC-систему и повышении эффективности рекуперации теплоты рекуператора-теплообменника.

Низкая энергоэффективность DEC-системы кондиционера-прототипа в холодный период года обусловлена следующими причинами.

1. Адсорбционный роторный рекуператор размещен на входе приточного воздуха в DEC-систему, а роторный рекуператор-теплообменник размещен на выходе из DEC-системы.

2. Адсорбционный роторный рекуператор (адсорбционное колесо Hoval), установленный на входе в DEC-систему со стороны наружного воздуха при заданном значении эффективности рекуперации влаги имеет низкое значение эффективности рекуперации теплоты, равное .

Указанные недостатки кондиционера-прототипа в холодный период года при параметрах наружного воздуха t₁=(-1,0)÷(-30)°C d₁=6,34÷0,194 г/кг сух. возд., параметрах вытяжного воздуха t₆=23°C, d₆=8,77 г/кг сух. возд. d₉=d₈=d₇=d₆ и заданной температуре приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя t₅=19°C ухудшают значения ее остальных параметров вытяжного и приточного воздуха, и как следствие формируют низкую энергетическую эффективность ее DEC-системы по сравнению с энергетической эффективностью DEC-системы заявляемого кондиционера.

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 t₁=10,0, (-1), (-30)°C и определены значения перепада температур нагревания вытяжного воздуха , °C, характеризующих энергоэффективность DEC-систем сравниваемых кондиционеров.

Согласно табл. 1 (п. 35) в кондиционере-прототипе по сравнению с заявляемым кондиционером образуются увеличенные значения перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в нагревателе , которые характеризуют низкую энергоэффективность ее DEC-системы.

Перепад температур на нагревание вытяжного воздуха определяется из выражения и составляет:

- при при

- при при

- при при

- при .при

При этом увеличение перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в нагревателе DEC-системы кондиционера-прототипа по сравнению с DEC-системой заявляемого кондиционера, определяемого из выражения , составляет:

- при t₁=10°C n_ув=17,6/5,8=3,03 раза

- при t₁=0°C n_ув=22,5/8,9=2,53 раза

- при t₁=(-1,0)°C n_ув=22,8/9,0=2,53 раза

- при t₁=(-30)°C n_ув=31,3/12,0=2,61 раза.

Среднее значение увеличения перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в диапазоне изменения температур наружного воздуха t₁=10÷(-30)°C в кондиционере-прототипе по сравнению с заявляемым кондиционером, определяемого из выражения , составляет n_ув(ср)=(3,03+2,53+2,53+2,61)/4=2,67 раза.

При этом расход электроэнергии на нагревание вытяжного воздуха в холодный период года (кВт⋅ч) в DEC-системе кондиционера-прототипа будет в 2,67 раза больше, чем в DEC-системе заявляемого кондиционера. Это подтверждает низкую энергетическую эффективность DEC-системы кондиционера-прототипа по сравнению с DEC-системой заявляемого кондиционера в холодный период года.

Кондиционер-прототип также вызывает повышенные энергозатраты при обслуживании помещений специального назначения в диапазоне отрицательных температур наружного воздуха (-11)÷(-40)°C, когда предъявляются повышенные требования к поддержанию постоянного значения относительной влажности приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя ϕ5 с выполнением условия ϕ₅≤0,75 при t₅=15°C с целью получения после дополнительного нагрева приточного воздуха в нагревателе, устанавливаемом за пределами кондиционера, температуры приточного воздуха t_пр=19°C и ϕ_пр=0,58.

В табл. 2 для помещений специального назначения, требующих поддержания относительной влажности приточного воздуха ϕ_пр=0,58 при t_пр=19°C в диапазоне температур наружного воздуха t₁=(-11)÷(-40)°C, представлены алгоритм расчета, формулы и результаты расчета параметров вытяжного и приточного воздуха сравниваемых кондиционеров для температур наружного воздуха t₁=(-11), (-30), (-40)°C и определены значения перепада температур нагревания вытяжного воздуха , характеризующих энергоэффективность DEC-систем сравниваемых кондиционеров.

Согласно табл. 2 (п. 38) в кондиционере-прототипе по сравнению с заявляемым кондиционером образуются увеличенные значения перепада температур на нагревание вытяжного воздуха , которые характеризуют низкую эффективность ее DEC-системы.

Перепад температур на нагревание вытяжного воздуха определяется из выражения и составляет:

- при при

- при при

- при при

При этом увеличение перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в нагревателе DEC-системы кондиционера-прототипа по сравнению с DEC-системой заявляемого кондиционера, определяемого из выражения , составляет:

- при t₁=-11°C n_ув=39,4/8,9=4,43 раза

- при t₁=-30°C n_ув=41,6/9,1=4,57 раза

- при t₁=-40°C n_ув=39,4/9,2=4,28 раза.

Среднее значение увеличения перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в диапазоне изменения температур наружного воздуха t₁=(-11)÷(-40)°C в кондиционере-прототипе по сравнению с заявляемым кондиционером, определяемого из выражения , составляет n_ув(ср)=(4,43+4,57+4,28)/3=4,43 раза.

При этом расход электроэнергии на нагревание вытяжного воздуха в диапазоне температур наружного воздуха t₁=(-11)÷(-40)°C в (кВт⋅ч) в DEC-системе кондиционера-прототипа будет в 4,43 раза больше, чем в DEC-системе заявляемого кондиционера. Это подтверждает низкую энергетическую эффективность DEC-системы кондиционера-прототипа по сравнению с DEC-системой заявляемого кондиционера при обслуживании помещений специального назначения, предъявляемых повышенные требования к поддержанию постоянных значений относительной влажности приточного воздуха (ϕ_пр=0,58) при t_пр=19°C в диапазоне температур наружного воздуха t₁=(-11)÷(-40)°C.

По п. 2 недостатков DEC-системы кондиционера-прототипа.

Указанные недостатки кондиционера-прототипа при его использовании в теплый период года при параметрах наружного воздуха (t₁=11÷35°C, d₁=3,28÷14,32 г/кг сух. возд.), параметрах вытяжного воздуха (t₆=23÷28°C, d₆=8,77÷11,99 г/кг сух. возд., t₇=17,2÷21,4°C, d₇=11,1÷14,64 г/кг сух. возд., d₉=d₈=d₇) и параметрах приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя t₅=19÷23°C ухудшают значения ее остальных параметров вытяжного и приточного воздуха, и как следствие, формируют низкую энергетическую эффективность ее DEC-системы по сравнению с энергетической эффективностью DEC-системы заявляемого кондиционера.

В табл. 3 для производственных помещений, требующих высокой относительной влажности воздуха, представлены алгоритм расчета, формулы и результаты расчета параметров вытяжного и приточного воздуха сравниваемых кондиционеров для двух температур наружного воздуха в теплый период года t₁=11°C и t₁=35°C и определены значения перепада температур на нагревание вытяжного воздуха , характеризующие энергоэффективность DEC-систем сравниваемых кондиционеров.

Согласно табл. 3 (п. 40) в кондиционере-прототипе по сравнению с заявляемым кондиционером образуются увеличенные значения перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в нагревателе , которые характеризуют низкую энергоэффективность ее DEC-системы.

Перепад температур на нагревание вытяжного воздуха определяется из выражения и составляет:

- при при

- при при .

При этом увеличение перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в нагревателе DEC-системы кондиционера-прототипа по сравнению с DEC-системой заявляемого кондиционера, определяемого из выражения , составляет:

- при t₁=11°C n_ув=20,2/0,9=22,4 раза

- при t₁=35°C n_ув=8,5/0,5=17,0 раза

Среднее значение увеличения перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в диапазоне изменения температуры наружного воздуха t₁=11÷35°C в кондиционере-прототипе по сравнению с заявляемым кондиционером, определяемого из выражения , составляет n_ув(ср)=(22,4+17,0)/2=19,7 раза.

При этом расход электроэнергии на нагревание вытяжного воздуха в теплый период года (кВт⋅ч) в DEC-системе кондиционера-прототипа будет в 19,7 раз больше, чем в DEC-системе заявляемого кондиционера.

Это подтверждает низкую энергетическую эффективность DEC-системы кондиционера-прототипа по сравнению с DEC-системой заявляемого кондиционера в теплый период года.

Задача создания кондиционера с гибридной системой осушительного и испарительного охлаждения - Desiccative and Evaporative Cooling (DEC) для круглогодичного обслуживания помещений различного назначения, 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 вышеуказанного технического результата 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 - адсорбционного роторного рекуператора и рекуператора-теплообменника, встроенных в окна горизонтальной промежуточной перегородки и имеющих линии притока и вытяжки, блока воздухонагревателя вытяжного воздуха, размещенного между рекуператорами, и двух адиабатических увлажнителей вытяжного и приточного воздуха с индивидуальными подводящими водопроводами деминерализованной воды, один из которых размещен в линии вытяжки, а другой - в линии притока, приточная и вытяжная камеры содержат входной и выходной патрубки, воздухоочистители, установленные на входах в приточную и вытяжную камеры и вентиляторные блоки, при этом основное окно в горизонтальной промежуточной перегородке размещено на входе приточного воздуха в систему осушительного и испарительного охлаждения, отличающийся тем, что система осушительного и испарительного охлаждения выполнена гибридной с размещением в основном окне горизонтальной промежуточной перегородки рекуператора-теплообменника, который выполнен в виде пластинчатого трехкаскадного противопоточного рекуператора V-образного исполнения, размещенного в подвесном фланцевом корпусе с боковыми и торцовыми стенками, днищем и содержащего два вертикально установленных в ряд пластинчатых противопоточных теплообменника, соединенных по внутренним боковым стенкам горизонтальным звеном, и герметично присоединенный к ним снизу через промежуточные патрубки замыкающий диагонально установленный пластинчатый перекрестноточный теплообменник, который жестко установлен нижним ребром на днище корпуса рекуператора, при этом пластинчатый трехкаскадный рекуператор размещен в подвесном корпусе ниже фланцевой линии с образованием в его верхней части свободного пространства, в котором на вершинах вертикально установленных в ряд пластинчатых противопоточных теплообменников установлены вертикальные звенья с соединительными пазами, которые выполнены по всей ширине корпуса трехкаскадного рекуператора и герметично присоединены к торцевым стенкам корпуса рекуператора, а наружные боковые стенки упомянутых теплообменников соединены с боковыми стенками корпуса рекуператора, торцы теплообменников соединены с торцевыми стенками корпуса рекуператора с образованием воздушных каналов между теплообменниками в линиях вытяжки и притока трехкаскадного рекуператора, кроме этого основное окно в горизонтальной промежуточной перегородке кондиционера выполнено с опущенными вниз двумя вертикальными поперечными стенками, торцы которых герметично присоединены к боковым стенкам кондиционера, и разделено вертикальной поперечной перегородкой, которая выполнена по всей ширине кондиционера и герметично присоединена к потолочной панели и боковым стенкам кондиционера, на горизонтальном звене, соединяющем два вертикально установленных в ряд пластинчатых противопоточных теплообменника, установлена вертикальная поперечная перегородка с соединительным пазом в ее верхней части, которая выполнена по всей ширине корпуса пластинчатого трехкаскадного рекуператора и герметично присоединена к торцовым стенкам корпуса рекуператора, напольная панель кондиционера снабжена монтажным окном с фланцами, размещенным симметрично относительно вертикальной поперечной перегородки кондиционера, причем подвесной корпус пластинчатого трехкаскадного рекуператора встроен центрирующими выступами в монтажное окно и герметично присоединен своими фланцами к фланцам монтажного окна в напольной панели кондиционера с дополнительным встраиванием двух опущенных вниз вертикальных поперечных стенок основного окна горизонтальной промежуточной перегородки кондиционера в соединительные пазы вертикальных звеньев вертикально установленных пластинчатых противопоточных теплообменников пластинчатого трехкаскадного рекуператора и встраиванием нижнего торца вертикальной поперечной перегородки кондиционера в соединительный паз вертикальной поперечной перегородки корпуса пластинчатого трехкаскадного рекуператора с образованием трех герметичных соединений «в замок» и выходных воздушных каналов из пластинчатого трехкаскадного противопоточного рекуператора в вытяжную и приточную камеры.

Технический результат заявляемого изобретения обеспечивается всей совокупностью существенных признаков.

Доказательство существенности отличий заявляемого кондиционера и связь отличительных признаков с достигаемым техническим результатом раскрывается в следующем порядке.

1. Повышение энергетической эффективности DEC-системы при работе кондиционера в холодный период года в диапазоне температур наружного воздуха t₁=(10)÷(-30)°C для получения приточного воздуха с высокой относительной влажностью ϕ₅=0,84÷0,75 и температурой t₅=19°C.

2. Повышение энергетической эффективности DEC-системы кондиционера при обслуживании помещений специального назначения в диапазоне отрицательных температур наружного воздуха t₁=(-11)÷(-40)°C для получения приточного воздуха с температурой на выходе из адиабатического увлажнителя t₅=15°C и относительной влажностью ϕ₅=0,748.

3. Повышение энергетической эффективности DEC-системы при работе кондиционера в теплый период года в диапазоне температур наружного воздуха t₁=11÷35°C.

Повышение энергетической эффективности DEC-системы заявляемого кондиционера в холодный период года обеспечивается следующими преимуществами заявляемого решения перед прототипом.

1. Рекуператор-теплообменник размещен на входе приточного воздуха в DEC-систему, выполнен в виде пластинчатого трехкаскадного противопоточного рекуператора V-образного исполнения и имеет повышенную эффективность рекуперации теплоты вытяжного воздуха , которая определена по следующей формуле:

,

где - эффективность рекуперации теплоты противопоточным теплообменником компании Klingenburg ; - эффективность рекуперации теплоты перекрестноточным теплообменником компании fflingenburg .

2. Адсорбционный роторный рекуператор размещен на выходе приточного воздуха из DEC-системы и не контактирует с холодным наружным воздухом.

При этом адсорбционные роторные рекуператоры сравниваемых кондиционеров и роторного теплообменника кондиционера-прототипа работают при постоянной частоте вращения роторов, без инверторов.

Указанные преимущества заявляемого кондиционера, обеспечиваемые отличительными признаками заявляемого решения, при параметрах наружного воздуха t₁=10÷(-30)°C d₁=6,34÷0,194 г/кг сух. возд., параметрах вытяжного воздуха t₆=23°C d₆=8,77 г/кг сух. возд. d₉=d₈=d₇=d₆ и заданной температуре приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя t₅=19°C улучшают значения его остальных параметров вытяжного и приточного воздуха, и как следствие, обеспечивают повышение энергетической эффективности ее DEC-системы по сравнению с энергетической эффективностью DEC-системы кондиционера-прототипа.

При этом по сравнению с прототипом обеспечивается следующее изменение параметров:

1. Уменьшение величины перепада температур на нагревание вытяжного воздуха в нагревателе, определяемого из выражения , которое составляет

- при при

- при при

- при при

- при при

2. Повышение энергетической эффективности DEC-системы заявляемого кондиционера при нагревании вытяжного воздуха, определяемое по формуле , которое составляет

- при t₁=10°C ΔФ_нi=67,0%

- при t₁=0°C ΔФ_нi=60,4%

- при t₁=-1°C ΔФ_нi=60,5%

- при t₁=-30°C ΔФ_нi=61,3%.

3. Повышение энергетической эффективности DEC-системы заявляемого кондиционера по сравнению с энергоэффективностью DEC-системы кондиционера-прототипа, в холодный период года в диапазоне температур наружного воздуха t₁=10÷(-30)°C, определяемое из выражения составляет ΔФ_ср=62,3%.

При этом в заявляемом кондиционере в холодный период года при температуре приточного воздуха t₅=19°C обеспечивается запроектированная высокая относительная влажность приточного воздуха, которая составляет:

- при t₁=10°C ϕ₅=0,84 (в долях ед.)

- при t₁=0°C ϕ₅=0,8

- при t₁=-1°C ϕ₅=0,79

- при t₁=-30°C ϕ₅=0,75.

Повышение энергетической эффективности DEC-системы заявляемого кондиционера при обслуживании помещений специального назначения в диапазоне температур наружного воздуха t₁=(-11)÷40°C обеспечивается следующими преимуществами заявляемого решения перед прототипом:

1. Рекуператор-теплообменник размещен на входе приточного воздуха в DEC-систему, выполнен в виде пластинчатого трехкаскадного противопоточного рекуператора V-образного исполнения и имеет повышенную эффективность рекупераций теплоты , которая позволяет уменьшить температуру вытяжного воздуха t₉ на выходе из нагревателя до t₉=42,6-50,8°C по сравнению с t₉=70°C в кондиционере-прототипе и, как следствие снизить величину перепада температур на нагревание вытяжного воздуха , характеризующего энергоэффективность DEC-системы кондиционера.

2. Адсорбционный роторный рекуператор (адсорбционное колесо) размещен на выходе приточного воздуха из DEC-системы и не контактирует с холодным наружным воздухом, имеющим температуру t₁=(-11)÷(-40)°C, что позволяет осуществлять нагревание вытяжного воздуха в нагревателе до сравнительно низких температур t₉=42,6÷50,8°C по сравнению с t₉=70°C - в кондиционере-прототипе.

При отсутствии контакта адсорбционного колеса заявляемого кондиционера с холодным наружным воздухом и температуре вытяжного воздуха на выходе из воздухонагревателя t₉=42,6÷50,8°C обеспечивается:

- отсутствие обмерзания ячеек аккумулирующей матрицы адсорбционного колеса и как следствие, отсутствие образования в ячейках ледяных пробок, повышающее надежность работы заявляемого кондиционера при указанных отрицательных температурах наружного воздуха;

- хорошая десорбция вытяжным воздухом влаги, содержащейся во влагопоглощающем материале-силикагеле (SiO₂), которым покрыты ячейки аккумулирующей матрицы адсорбционного колеса, и качественная регенерация влагопоглощающего материала.

Сравнительный анализ энергоэффективности DEC-систем заявляемого кондиционера и кондиционера-прототипа проводился с использованием адсорбционного колеса Hoval, имеющего графические зависимости эффективности рекуперации теплоты и эффективности рекуперации влаги теплоты от числа оборотов адсорбционного колеса «n». Графические зависимости прилагаются. Процесс адиабатического увлажнения приточного воздуха в сравниваемых кондиционерах в диапазоне температур наружного воздуха t₁=(-11)÷(-40)°C осуществляется при постоянном влагосодержании приточного воздуха перед адиабатическим увлажнителем d₄=2,2 г/кг сух. возд., которая при температуре приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя t₅=15°C обеспечивает заданное и постоянное значение относительной влажности приточного воздуха на выходе из адиабатического увлажнителя ϕ₅=0,748.

Дополнительное нагревание приточного воздуха с параметрами (t₅=15°C, ϕ₅=0,748) до t_пр=19°C в нагревателе, расположенном за пределами кондиционера, позволяет получить приточный воздух с заданной относительной влажностью ϕ_пр=0,58, входящей в диапазон оптимальной относительной влажности воздуха ϕ_опт=0,4÷0,6, необходимый для создания комфортного микроклимата в помещениях.

Для обеспечения постоянного значения влагосодержания перед адиабатическим увлажнителем d₄=2,2 г/кг сух. возд. при изменяющемся влагосодержании наружного воздуха d₁=1,22÷0,065 г/кг сух. возд. в диапазоне температур t₁=(-11)÷(-40)°C электроприводы адсорбционных колес сравниваемых кондиционеров снабжены частотными инверторами.

При этом эффективность рекуперации влаги адсорбционным колесом определяется:

- для заявляемого кондиционера по формуле