Энергосбережение при применении рециркуляции в центральных системах кондиционирования воздуха

Рассмотрим пример оценки энергосберегающего эффекта при применении рециркуляции в центральной системе кондиционирования воздуха [22]. В центральной системе кондиционирования общественного здания воздух окружающей среды с температурой t_н= -10 ⁰С и относительной влажностью φ_н= 40% поступает в камеру смешения, где смешивается с частью вытяжного воздуха. Пройдя термовлажностную обработку в центральном кондиционере, воздух поступает в обслуживаемое помещение с параметрами t₂= 20 ⁰С и

φ₂= 49%. Температура и относительная влажность вытяжного воздуха, соответственно, равны t₃= 23 ⁰С и φ₃= 44%. Расход приточного воздуха равен G₀= 12,44 кг/с. Степень рециркуляции α= 0,51. Определить, какую тепловую мощность можно сэкономить при применении рециркуляции в схеме кондиционирования воздуха по сравнению с прямоточной схемой.

Для ответа на поставленный вопрос можно использовать два метода: аналитический- с применением формул, описывающих процессы влажного воздуха, и графо-аналитический с применением H-d диаграммы. Рассмотрим второй из них.

1. Наносим на диаграмму точки 1,2 и 3, соответствующие параметрам наружного, приточного и вытяжного воздуха (рис.10). Положение этих точек определяется по пересечению соответствующих изотерм и линий постоянной относительной влажности. По диаграмме находим энтальпии:

H ₁= 8,5 кДж/кг с.в., H₂= 39 кДж/кг с.в., H₃=49 кДж/кг с.в.

и влагосодержания:

d₁= 0,7 г/кг с.в., d₂= 7,5 г/кг с.в., d₃= 10,3 г/кг с.в.

2. Наносим на диаграмму точку О - конечную точку процесса адиабатного увлажнения воздуха в камере орошения. Положение точки О определяется как пересечение линии постоянного влагосодержания d₂ и линии относительной влажности, соответствующей 95%. Далее задача разбивается на два этапа: построение процесса влажного воздуха для системы с рециркуляцией и прямоточной системы. Энтальпию и влагосодержание воздуха после камеры орошения определяем по диаграмме:

H₀= 29 кДж/кг с.в., d₀= 7,6 г/кг с.в.

3. Определяем параметры воздуха после смешения двух потоков (свежего наружного с параметрами 1 и рециркулирующего с параметрами 3). Точка С на диаграмме находится как точка пересечения отрезка 1-3 и изоэнтальпы H_с (или линии d_c = const). Численное значение энтальпии H_с находится из уравнений теплового и материальных балансов для воздуха и влаги:

G₀= G₁+ G₃, G₁ = (1-α)G₀, G₃ = G₀, (20.1)

G₀H_c = G₁H₁ + G₃H₃, (20.2)

G₀d_c = G₁d₁ +G₃d₃. (20.3)

В приведенных уравнениях: G₀- массовый расход приточного воздуха (кг/с); G₁- массовый расход наружного воздуха (кг/с); G₂- массовый расход рециркулирующего воздуха (кг/с); H₀, H₁, H₃- энтальпии приточного, наружного и рециркулирующего воздуха, соответственно (кДж/кг). Энтальпия и влагосодержание воздуха перед подогревателем первой ступени согласно приведенным уравнениям баланса будут:

.

.

4. Находим положение точки П1 (параметры воздуха после подогревателя первой ступени кондиционера). Положение точки П1 на диаграмме находится на пересечении линии d_c=const и изоэнтальпы H₀. Параметры воздуха после подогревателя первой ступени определяются по положению на диаграмме точки П1, они равны:

t_п1 = 27 ⁰С, Н_п1 = Н_с =29,2 кДж/кг с.в.

5. Для прямоточной системы положение точки П1 находится на пересечении линий постоянной энтальпии Н_с и постоянного влагосодержания d₁.

6. На диаграмме в итоге нанесены следующие процессы влажного воздуха:

§ Процесс смешения двух потоков 1-С, 3-С;

§ Подогрев воздуха в воздухоподогревателе 1-й ступени 1-П1 (прямоточная система) и С-П1 (система с рециркуляцией);

§ Адиабатное увлажнение в камере орошения П1-О;

§ Подогрев воздуха в воздухоподогревателе 2-й ступени О-2;

§ Политропный процесс нагрева и увлажнения воздуха в обслуживаемом помещении.

7. Рассчитываем энергосберегающий эффект от применения рециркуляции.

Затраты тепловой мощности в прямоточной системе:

Q_пр=G₀[(H₀-H₁) + (H₂-H₀)] = G₀(H₂-H₁).

Затраты тепловой мощности в системе с рециркуляцией воздуха:

Q_р= G₀[(H₀-H_c) + (H₂-H₀)] = G₀(H₂-H_c).

Экономия тепловой мощности:

∆Q= Q_пр-Q_р = G₀(H_c-H₁)= 12,44[20,8-(-8,5)]=364,6 кВт.