Процессы обработки воздуха в поверхностных воздухоохладителях
В поверхностных воздухоохладителях могут происходить два типа процессов охлаждения воздуха: без изменения влагосодержания, или процесс сухого охлаждения; с изменением влагосодержания, или процесс мокрого охлаждения с изменением влагосодержания, или процесс мокрого охлаждения, являющийся процессом охлаждения и осушки. Для осуществления сухого охлаждения температура поверхности, омываемой воздухом, должна быть не ниже температуры точки росы воздуха. Если температура твердой поверхности ниже температуры точки росы воздуха, наблюдается конденсация влаги из воздуха, который в результате этого не только охлаждается, но и осушается.
Процессы и аппараты кондиционирования воздуха
Поверхностные орошаемые воздухоохладители и теплообменные аппараты пенно-испарительного типа
Поверхностные орошаемые воздухоохладители отличаются тем, что в них производится орошение водой тепловоспринимающей поверхности. В качестве последней обычно используется наружная поверхность оребренных трубок. Орошение производится центробежными форсунками, к которым подводится рециркуляционная вода. Схематическое изображение орошаемого поверхностного воздухоохладителя показано на рисунке 4.65.
В поверхностных орошаемых воздухоохладителях основная поверхность тепло и массообмена представляет собой пленку воды, которая покрывает ребристую поверхность. Отличие этой пленки от получающейся в результате конденсации водяного пара при мокром процессе охлаждения заключается в том, что она более подвижна (это объясняется непрерывным воздействием факелов распыла) и, следовательно, процесс тепло и массообмена несколько более интенсифицирован.
Кроме этой основной пленочной поверхности в орошаемых воздухоохладителях имеется также поверхность тепло и массообмена в виде капелек воды, получающихся в результате работы форсунок. Как видим, в орошаемых поверхностных воздухоохладителях соединены принципы, положенные в основу устройства контактных и неконтактных аппаратов. Поэтому данному типу воздухоохладителей свойственны достоинства и недостатки обоих типов аппаратов.
К числу основных достоинств орошаемых воздухоохладителей следует отнести их сравнительно большой диапазон применения, выражающийся в возможности осуществлять различные процессы обработки воздуха, в том числе и с увлажнением, чего нельзя получить в поверхностных воздухоохладителях. Недостатком орошаемых воздухоохладителей описанного типа являются значительные габариты.
Рисунок. 4.65. Схема орошаемого поверхностного воздухоохладителя:
1 - поверхностный теплообменник; 2 - сепаратор; 3 - поддон; 4 - рециркуляционный насос; 5 - оросительное пространство; 6 - форсунки для разбрызгивания воды; 7 - патрубок для входа холодоносителя
Рисунок. 4.66. Орошаемый поверхностный воздухоохладитель производительностью 10 000 м3/час:
1 — камера орошения; 2 - теплообменник; 3 - поддон; 4 - насос для рециркуляции воды; 5 - герметическая дверка; 6 - форсу
В настоящее время широкое распространение получили орошаемые поверхностные воздухоохладители НИИ сантехники, выпускаемые Домодедовским заводом на различную производительность по воздуху (40, 60 и 80 тыс. м3/час). В состав такого воздухоохладителя входит поверхностный ребристый теплообменник, камера орошения с размещенными в ней трубами и форсунками, поддон, центробежный насос с электродвигателем и каплеулавливатель (или сепаратор).
Орошаемый поверхностный воздухоохладитель на 10 тыс. м3/час воздуха изображен на рисунке 4.66. Скорость воздуха при входе в форсуночную часть орошаемого воздухоохладителя не должна превышать 3 м/секунд. Давление воды перед форсунками, имеющими dc = 4+5 мм, должно быть 1,2-1,5 кГ/см3.
Расчет орошаемых поверхностных воздухоохладителей производят теми же методами, что и неорошаемых.
При этом увеличение поверхности теплообмена и некоторую его интенсификацию учитывают введением специальных поправочных множителей для увеличения коэффициентов теплопередачи. Сами же коэффициенты относят к той же поверхности, что у неорошаемых воздухоохладителей.
Величины поправочных множителей зависят от скорости воздуха, скорости холодоносителя и количества рядов оребренных труб по направлению движения воздуха.
По опытам НИИ сантехники значения поправочного множителя для коэффициента теплопередачи колеблются в случае достаточно глубокого по ходу движения воздуха теплообменника (8 рядов труб) от 1,15 до 1,20. Для теплообменника с меньшим числом рядов труб этот множитель больше. Для 4-рядных теплообменников его величина равна 1,5-1,75.
Теплообменные аппараты пенно-испарительного типа, предложенные и разработанные А. А. Рымкевичем, В. А. Бросалиным, М. А. Барским-Зориным, значительно эффективнее орошаемых поверхностных теплообменников.
Из результатов сравнения различных контактных аппаратов (§ 4.13) следует, что наибольшей интенсивности процесс тепло и массообмена достигает в пенных аппаратах, что объясняется весьма высокой подвижностью водовоздушной эмульсии, или пены. Поэтому поверхностный теплообменник целесообразно разместить в слое пены, получив таким образом комбинированный контактно-поверхностный аппарат нового типа. В качестве поверхностного теплообменника можно использовать испаритель холодильной машины. Однако условия работы воздухоохладителя непосредственного испарения, омываемого потоком воздуха и испарителя, помещенного в слое пены, существенно различны.
Как указывалось, значение коэффициента теплоотдачи от внутренней поверхности трубок к кипящему холодильному агенту (обычно фреону-12) весьма велико. Коэффициент теплоотдачи от воздуха к наружной поверхности трубок сравнительно мал. Поэтому для выравнивания условий теплоотдачи в случае воздухоохладителя непосредственного испарения приходится развивать площадь наружной поверхности за счет оребрения.
Совсем иная картина наблюдается при размещении испарителя в рабочем пространстве ударно-пенного аппарата. Весьма высокая подвижность водовоздушной эмульсии, или пены, создает хорошие условия для теплоотдачи к наружной поверхности трубок испарителя, которая характеризуется высокими значениями коэффициента теплоотдачи ан, достигающими величины 1000 ккал/м2- час град. Поскольку значения ав (к кипящему фреону) и ан (к водовоздушной эмульсии) становятся соизмеримыми, нет необходимости в ребристом испарителе. Поэтому в пенно-испарительном кондиционере испаритель делается гладким, что снижает аэродинамическое сопротивление.
В результате исследований, выполненных В. А. Бросалиным, в диапазоне оптимальных режимов работы при охлаждении и осушке воздуха получены следующие характеристики пенно-испарительного кондиционера: коэффициент теплоотдачи к наружной поверхности испарителя ан = 600+800 ккал/м2 час град; коэффициент теплопередачи от воздуха к холодильному агенту К=400+600 ккал/м2 час град\ аэродинамическое сопротивление аппарата Ар = 100+160 кГ/м2.
Этот же принцип может быть использован в аппарате, служащем не для обработки воздуха, а для охлаждения воды. Тогда все устройство получает название «Пенно-испарительный водоохладитель» (ПИВ).
Исследования, проведенные М. А. Барским-Зориным, показали, что применение пенно-испарительных теплообменных аппаратов особенно целесообразно в условиях, когда ставятся требования о максимальном сокращении габаритов всех устройств, входящих в систему кондиционирования воздуха.
