Испарительные охладители понижают температуру воздуха, используя принципы испарительного охлаждения, в которых используется парокомпрессионное охлаждение или абсорбционное охлаждение. Испарительное охлаждение - это преобразование жидкой воды в пар с использованием тепловой энергии воздуха, что приводит к более низкой температуре воздуха. Энергия, необходимая для испарения воды, берется из воздуха в виде явного тепла, которое влияет на температуру воздуха, и преобразуется в скрытое тепло, энергию, присутствующую в компоненте водяного пара в воздухе, в то время как воздух остается с постоянным значением энтальпии. Известно, что это преобразование явного тепла в скрытом тепло как изэнтальпийный процесс, потому что оно происходит при постоянном значении энтальпии. Таким образом, испарительное охлаждение вызывает возникновение температуры воздуха, пропорциональное падению тепла, и повышение явному притоку скрытого тепла. Испарительное охлаждение можно визуализировать с помощью психрометрической диаграммы , определив начальное состояние воздуха и двигаясь по линии постоянной энтальпии к состоянию с более высокой влажностью.

Простым примером естественного испарительного уровня охлаждения является пот, или пот, испарение которого охлаждает тело. Количество теплопередачи зависит от скорости испарения, однако на каждый килограмм испаренной воды передается 2257 кДж энергии (около 890 фунтов на фунт чистой воды при 95 ° F (35 ° C)). Скорость испарения зависит от температуры и влажности воздуха, поэтому во влажных дни пот накапливается больше, поскольку он не испаряется достаточно.

В парокомпрессионном охлаждении используется испарительное охлаждение, но испарившийся пар находится внутри герметичной системы, а сжимается, чтобы снова испариться, используя эту энергию. Вода в простом испарительном охладителе испаряется в среду, а не восстанавливается. В блоке охлаждения внутреннего пространства испарившаяся вода вводится в пространство вместе с уже охлажденным воздухом; в испарительной башне испаренная вода уносится с выхлопом воздушного потока.

Другие типы охлаждения с фазовым переходом

Тесно связанный процесс, сублимационное охлаждение, отличается от испарительного охлаждения тем, что фазовый переход от твердого тела к паровому, а не к жидкости испаряться, происходит.

Было обнаружено, что сублимационное охлаждение работает в планетарном масштабе на планетоиде Плутон, где оно было названо антипарниковым эффектом.

Другое применение фазового перехода к охлаждению относится "самоохлаждающаяся" банка для напитков. В отдельном отсеке внутри баллона находятся влагопоглотитель и жидкость. Непосредственно перед питьем вытягивают язычок, чтобы осушитель соприкасался жидкостью и растворялся. При этом он поглощает количество тепловой энергии, называемое скрытой теплотой плавления. Испарительное охлаждение работает с фазовым переходом жидкость в пар и скрытой теплотой парообразования, но при самоохлаждении может переход от твердого тела к жидкости, и скрытая теплота плавления, чтобы достижения того же результата.

До появления современного холодильного оборудования испарительное охлаждение использовалось на протяжении тысячелетий, например, в канатах, ветроголовках и машрабияс. Пористый глиняный сосуд охлаждает воду за счет испарения через его стенку; фрески примерно 2500 г. до н.э. изображают рабов, обдувающих кувшины с водой для охлаждения комнат. В качестве альтернативы, таз, наполненный молоком или маслом, можно использовать другую миску, наполненную водой, и все это накрыть влажной тканью, лежащей в воде, чтобы молоко или масло оставались как можно более свежими (см. zeer, botijo ​​ и сейф Coolgardie ).

Калифорния ранчо с испарительным охладителем на краю крыши справа

Испарительное охлаждение - распространенная форма охлаждающих зданий для Тепловой комфорт, поскольку он относительно дешев и требует меньше энергии, чем другие формы охлаждения.

Пример психрометрической диаграммы Солт-Лейк-Сити

Цифра, показывающая данные о погоде в Солт-Лейк-Сити, представляет типичный летний климат ( Цветные линии демонстрируют потенциал стратегии и косвенного испарительного охлаждения для расширения диапазона комфорта в летнее время. да регион позволяет прямое испарительное охлаждение теги с другой стороны. Стратегии испарительного охлаждения, которые включают в себя увлажнение воздуха, следует применять в сухих условиях, когда повышение содержания влаги остается рекомендациями по комфорту людей и качеству воздуха в помещении. Пассивное охлаждение градирням не хватает контроля, который традиционный системы HVAC осуществляется жителям. Однако дополнительное движение воздуха в возможности может повысить комфорт пассажиров.

Испарительное охлаждение наиболее эффективно при низкой относительной влажности, что ограничивает его популярность в условиях сухого климата. Испарительное охлаждение повышает уровень влажности, что может вызвать влажный воздух, увлажняет кожу и носовые пазухи. Следовательно, оценка типичных климатических данных является функцией системы оценки для системы определения функции улучшенияарительного охлаждения. Три наиболее важных климатических фактора фактора: температура по сухому термометру, температура по влажному термометру и депрессия по влажному термометру в типичного летнего дня. Важно определить, может ли депрессия по влажному термометру обеспечить достаточное охлаждение в летний день. Вычитая депрессию по влажному термометру из внешней температуры по сухому термометру, можно оценить приблизительную температуру воздуха на выходе из испарительного охладителя. Важно, что способность внешней температуры по сухому термометру достигает температуры по влажному термометру зависит от эффективности насыщения. Общая рекомендация по применению прямого испарительного охлаждения - применять его в местах, где температура наружного воздуха по влажному термометру не превышает 22 ° C (72 ° F). Однако в примере Солт-Лейк-Сити верхний предел для прямого испарительного охлаждения на психрометрической диаграмме составляет 20 ° C (68 ° F). Несмотря на более низкую температуру, испарительное охлаждение подходит для климата, подобного Солт-Лейк-Сити.

Испарительное охлаждение особенно хорошо для климата, где горячий воздух и влажность подходит. В своих Штатах хорошо подходят западные и горные штаты, где испарительные охладители преобладают в таких городах, как Альбукерке, Денвер, Эль-Пасо, Фресно., Солт-Лейк-Сити и Тусон. Испарительное кондиционирование также популярно и хорошо подходит для южной (умеренной) части Австралии. В сухом и засушливом климате стоимость установки и эксплуатации испарительного охладителя может быть намного ниже, чем у холодильного кондиционирования воздуха, часто на 80% или около того. Тем не менее, испарительное охлаждение и кондиционирование воздуха с компрессией пара иногда используются в сочетании для достижения оптимальных результатов охлаждения. Некоторые испарительные охладители могут также служить увлажнителями в отопительный сезон. В регионах, которые в основном засушливы, короткие периоды высокой производительности могут помешать испарительному охлаждению быть эффективной работой охлаждения. Примером этого события является сезон муссонов в Нью-Мексико, а также в центральной и южной Аризоне в июле и августе.

В местах с умеренной влажностью есть много рентабельных применений для испарительного охлаждения, помимо их широкого применения в климате. Например, промышленные предприятия, коммерческие кухни, прачечные, химчистки, теплицы, точечное охлаждение (погрузочные доки, склады, фабрики, строительные площадки, спортивные мероприятия, в мастерских, гаражах и питомниках) и в закрытом хозяйстве (птицефабрики, свиноводческие и молочные фермы) часто используют испарительное охлаждение. В очень влажном климате испарительное охлаждение может иметь небольшое преимущество в тепловом комфорте по сравнению с усилением вентиляции и движения воздуха, которое оно обеспечивает.

Другие примеры

Деревья выделяют большое количество воды через поры в своих листьях, называемые устьицами, благодаря этому процессу испарительного охлаждения леса используют с климатом на местном и глобальном уровнях. Весы. Простые устройства испарительного охлаждения, такие как камеры испарительного охлаждения (ECC) и охладители в глиняных горшках, или холодильники типа горшок в горшке, являются простыми и недорогими способами сохранения овощей свежими без использования электричества. Несколько жарких и засушливых регионов мира выиграть отарительного охлаждения, включая Северную Африку, регион Сахеля в Африке, Африканский Рог, юг Африки, Ближний Восток, засушливые районы Южной Азии и Австралии. Преимущества системы испарительного охлаждения для многих регионов, включая снижение потерь после сбора урожая, меньшее время, затрачиваемое на поездки на рынок, экономию денежных средств и повышение доступности для потребления.

Охлаждение испарением обычно используется в криогенные приложения. Пар над резервуаром с криогенной жидкостью откачивается, и жидкость непрерывно испаряется, пока давление пара жидкости является значительным. Испарительное охлаждение обычного гелия образует 1-K горшок, который может охладиться как минимум до 1,2 К. Испарительное охлаждение гелия-3 может обеспечить температуру ниже 300 мК. Эти методики для установления криохладителей или в качестве компонентов более низкотемпературных криостатов, таких как холодильники для разбавления. С понижением температуры давление пара жидкости также падает, и охлаждение становится менее эффективным. Это устанавливает нижний предел температуры, достижимой для данной жидкости.

Испарительное охлаждение также является последним этапом охлаждения для достижения сверхнизких температур, необходимых для конденсации Бозе - Эйнштейна (BEC). Здесь так называемое испарительное охлаждение используется для выборочного удаления высокоэнергетических («горячих») атомов из облака элементов до тех пор, пока оставшееся облако не охладится ниже температуры перехода БЭК. Для облака из 1 миллиона щелочных атомов эта температура составляет около 1 мкК.

Хотя роботизированные космические аппараты почти используют тепловое излучение, многие пилотируемые космические аппараты имеют короткие миссии, которые допускают испарительное охлаждение в открытом цикле. Примеры включают космический шаттл, командно-сервисный модуль Apollo (CSM), лунный модуль и переносную систему жизнеобеспечения. У Apollo CSM и Space Shuttle также были радиаторы, и Shuttle мог испарять аммиак, а также воду. На космическом корабле «Аполлон» использовались сублиматоры, компактные и в основном пассивные устройства, которые сбрасывают отработанное тепло в виде водяного пара (пара), который выбрасывается в космос. Когда жидкая вода подвергается воздействию вакуума, она бурно кипит, унося достаточно тепла, чтобы заморозить остаток в виде льда, который покрывает сублиматор и автоматически регулирует поток питательной воды в зависимости от тепловой нагрузки. Израсходованная вода часто доступна в избытке от топливных элементов, используемых многими пилотируемыми космическими кораблями для производства электроэнергии.

Иллюстрация испарительного охладителя

В большинстве конструкций используется тот факт, что вода имеет одно из самых высоких известных значений энтальпии парообразования (скрытая теплота парообразования) среди всех распространенных субстанция. Из-за этого испарительные охладители используют только часть энергии парокомпрессионных или абсорбционных систем кондиционирования воздуха. К сожалению, за исключением очень засушливого климата, одноступенчатый (прямой) охладитель может повысить относительную влажность (RH) до уровня, который создает дискомфорт для пассажиров. Непрямые и двухступенчатые испарительные охладители поддерживают более низкую относительную влажность.

Прямое испарительное охлаждение

Прямое испарительное охлаждение

Прямое испарительное охлаждение (открытый контур) используется для снижения температуры и повышения влажности воздуха за счет использования скрытой теплоты испарения, превращая жидкую воду в водяной пар. При этом энергия в воздухе не меняется. Теплый сухой воздух заменяется прохладным влажным воздухом. Тепло наружного воздуха используется для испарения воды. Относительная влажность увеличивается до 70–90%, что снижает охлаждающий эффект человеческого потоотделения. Влажный воздух необходимо постоянно выпускать наружу, иначе он станет насыщенным и испарение прекратится.

В механическом охладителе с прямым испарением используется вентилятор для втягивания воздуха через увлажненную мембрану или подушку, которая обеспечивает большую площадь поверхности для испарения воды в воздух. Вода распыляется на верхнюю часть прокладки, чтобы она могла стекать в мембрану и постоянно поддерживать ее насыщение. Любая лишняя вода, которая капает со дна мембраны, собирается в поддоне и рециркулируется наверх. Одноступенчатые охладители прямого испарения обычно имеют небольшие размеры, поскольку они состоят только из мембраны, водяного насоса и центробежного вентилятора. Минеральное содержание воды в городском водопроводе вызовет образование накипи на мембране, что приведет к засорению в течение всего срока службы мембраны. В зависимости от содержания минеральных веществ и скорости испарения для обеспечения оптимальной производительности требуется регулярная очистка и техническое обслуживание. Как правило, приточный воздух из одноступенчатого испарительного охладителя необходимо откачивать напрямую (односторонний поток) из-за высокой влажности приточного воздуха. Было разработано несколько дизайнерских решений для использования энергии воздуха, например, направление отработанного воздуха через два листа окон с двойным остеклением, что снижает поглощение солнечной энергии через остекление. По сравнению с энергией, необходимой для достижения эквивалентной охлаждающей нагрузки с помощью компрессора, одноступенчатые испарительные охладители потребляют меньше энергии.

Пассивное прямое испарительное охлаждение может происходить везде, где охлаждаемая испарением вода может охлаждать пространство без помощи вентилятора. Это может быть достигнуто за счет использования фонтанов или других архитектурных конструкций, таких как испарительная градирня с нисходящим потоком, также называемая «пассивной градирней». Конструкция пассивной градирни позволяет наружному воздуху проходить через верхнюю часть градирни, которая построена внутри или рядом со зданием. Наружный воздух контактирует с водой внутри градирни либо через смачиваемую мембрану, либо через туман. По мере того как вода испаряется в окружающем воздухе, воздух становится более прохладным и менее плавучим и создает нисходящий поток в градирне. Внизу башни имеется выпускной патрубок, через который более прохладный воздух попадает внутрь. Подобно механическим испарительным охладителям, градирни могут быть привлекательным решением с низким энергопотреблением для жаркого и сухого климата, так как им нужен только водяной насос для подъема воды на верх градирни. Экономия энергии от использования стратегии пассивного охлаждения прямым испарением зависит от климата и тепловой нагрузки. Для засушливого климата с большой депрессией по влажному термометру градирни могут обеспечить достаточное охлаждение в летних расчетных условиях, чтобы достичь нулевого значения. Например, магазин розничной торговли площадью 371 м (4000 футов) в Тусоне, штат Аризона, с явным тепловыделением 29,3 кДж / ч (100 000 БТЕ / ч) может полностью охлаждаться двумя пассивными градирнями, обеспечивающими производительность 11890 м / ч (7 000 кубических футов в минуту).

Для центра посетителей национального парка Зайон, в котором используются две пассивные градирни, энергоемкость охлаждения составила 14,5 МДж / м (1,28 кБТЕ / фут;), что на 77% меньше, чем в типичном здании. на западе США - 62,5 МДж / м (5,5 кБТЕ / фут). Исследование результатов полевых работ в Кувейте показало, что требования к мощности для испарительного охладителя примерно на 75% меньше, чем потребляемая мощность для традиционного блочного кондиционера.

Непрямое испарительное охлаждение

Процесс косвенного охлаждения испарительное охлаждение

Непрямое испарительное охлаждение (замкнутый контур) - это процесс охлаждения, в котором используется прямое испарительное охлаждение в дополнение к некоторому теплообменнику для передачи холодной энергии приточному воздуху. Охлажденный влажный воздух от процесса прямого испарительного охлаждения никогда не контактирует напрямую с кондиционированным приточным воздухом. Поток влажного воздуха выпускается наружу или используется для охлаждения других внешних устройств, таких как солнечные элементы, которые более эффективны, если хранить их в прохладном месте. Это сделано для того, чтобы избежать чрезмерной влажности в закрытых помещениях, что не подходит для жилых систем.

Цикл Майсоценко

Один производитель охладителей непрямого действия использует цикл Майсоценко (M-Cycle), названный в честь изобретателя и профессора доктора Валерия Майсоценко, использует итеративный (многоступенчатый) теплообменник из тонкая рециркулируемая мембрана, которая может снизить температуру воздуха продукта ниже температуры по смоченному термометру и может приближаться к точке росы.

. Система имеет очень высокую эффективность, но, как и другие системы испарительного охлаждения, ограничена уровни влажности окружающей среды, что ограничило его применение в жилых помещениях. Его можно использовать в качестве дополнительного охлаждения во время сильной жары, не создавая значительной дополнительной нагрузки на электрическую инфраструктуру. Если в каком-либо месте имеется избыток воды или избыточная мощность опреснения, это можно использовать для снижения чрезмерного потребления электроэнергии за счет использования воды в доступных установках M-Cycle. Из-за высокой стоимости обычных блоков кондиционирования воздуха и крайних ограничений многих электрических систем, блоки M-Cycle могут быть единственными подходящими системами охлаждения, подходящими для бедных районов в периоды чрезвычайно высоких температур и высокого потребления электроэнергии. В развитых регионах они могут служить в качестве дополнительных резервных систем в случае электрической перегрузки и могут использоваться для повышения эффективности существующих традиционных систем.

M-Cycle не ограничивается системами охлаждения и может применяться в различных технологиях от двигателей Стирлинга до генераторов атмосферной воды. Для систем охлаждения его можно использовать как в конфигурациях с поперечным, так и в противотоке. Было обнаружено, что противоток обеспечивает более низкие температуры, более подходящие для домашнего охлаждения, но было обнаружено, что поперечный поток имеет более высокий коэффициент полезного действия (COP) и поэтому лучше подходит для крупных промышленных установок.

В отличие от традиционных методов охлаждения, КПД небольших систем остается высоким, поскольку они не требуют подъемных насосов или другого оборудования, необходимого для градирен. Система охлаждения 1,5 тонны / 4,4 кВт требует всего 200 Вт для работы вентилятора, что дает коэффициент полезного действия 26,4 и рейтинг EER 90. Это не учитывает энергию, необходимую для очистки или подачи воды, и строго соответствует норме. мощность, необходимая для работы устройства после подачи воды. Хотя опреснение воды также сопряжено с расходами, скрытая теплота испарения воды почти в 100 раз превышает энергию, необходимую для очистки самой воды. Кроме того, максимальная эффективность устройства составляет 55%, поэтому его фактический КПД намного ниже этого расчетного значения. Однако, несмотря на эти потери, эффективный КПД по-прежнему значительно выше, чем в обычной системе охлаждения, даже если воду необходимо предварительно очистить путем опреснения. В районах, где вода недоступна в любой форме, ее можно использовать с осушителем для рекуперации воды с использованием доступных источников тепла, таких как солнечная тепловая энергия.

Теоретические конструкции

В новой, но еще не появившейся на рынке конструкции «холодного SNAP» от Гарвардского института Висс керамика, напечатанная на 3D-принтере, проводит тепло, но наполовину покрыта гидрофобным материалом, который служит барьером для влаги. Хотя влага не добавляется к входящему воздуху, относительная влажность (RH) немного повышается в соответствии с формулой температуры-RH. Тем не менее, относительно сухой воздух, образующийся в результате непрямого испарительного охлаждения, позволяет более легко испаряться поту жителей, повышая относительную эффективность этого метода. Непрямое охлаждение - эффективная стратегия для жаркого и влажного климата, который не может позволить себе повысить содержание влаги в приточном воздухе из-за качества воздуха в помещении и соображений теплового комфорта человека.

Стратегии пассивного непрямого испарительного охлаждения встречаются редко, потому что эта стратегия включает архитектурный элемент, который действует как теплообменник (например, крыша). Этот элемент можно обрызгать водой и охладить за счет испарения воды на этом элементе. Эти стратегии редки из-за большого использования воды, что также представляет риск проникновения воды и компрометации конструкции здания.

Гибридные конструкции

Двухступенчатое испарительное охлаждение или косвенно-прямое

На первой ступени двухступенчатого охладителя теплый воздух предварительно охлаждается косвенно без добавления влажность (проходя через теплообменник, охлаждаемый испарением снаружи). На прямой стадии предварительно охлажденный воздух проходит через пропитанную водой подушку и собирает влагу по мере охлаждения. Поскольку подаваемый воздух предварительно охлаждается на первом этапе, на этапе прямого охлаждения передается меньше влаги для достижения желаемых температур охлаждения. В результате, по словам производителей, получается более прохладный воздух с относительной влажностью от 50 до 70%, в зависимости от климата, по сравнению с традиционной системой, которая производит около 70–80% относительной влажности кондиционированного воздуха.

Испарительный. + традиционный резервный

В другой гибридной конструкции прямое или непрямое охлаждение было объединено с парокомпрессионным или абсорбционным кондиционированием воздуха для повышения общей эффективности и / или для снижения температуры ниже предела по влажному термометру.

Материалы

Традиционно подушки испарительного охладителя состоят из excelsior (аспена древесного волокна ) внутри защитной сетки, но более современные материалы, такие как некоторые пластмассы и меламиновая бумага, находят применение в качестве охлаждающих подушек. Современные жесткие среды, обычно толщиной 8 или 12 дюймов, добавляют больше влаги и, таким образом, охлаждают воздух больше, чем обычно более тонкие среды из осины. Другой материал, который иногда используется, - это гофрированный картон.

Соображения по проектированию

Использование воды

В засушливом и полузасушливом климате из-за нехватки воды потребление воды становится проблемой. конструкция системы охлаждения. Из установленных водомеров 420938 л (111 200 галлонов) воды было израсходовано в течение 2002 г. для двух пассивных градирен в центре посетителей национального парка Зайон. Тем не менее, такие проблемы решаются экспертами, которые отмечают, что для выработки электроэнергии обычно требуется большое количество воды, а испарительные охладители потребляют гораздо меньше электроэнергии и, следовательно, сопоставимую воду в целом и стоят меньше в целом по сравнению с охладителями.

Затенение

При попадании прямых солнечных лучей на подушечки со средой увеличивается скорость испарения. Однако солнечный свет может ухудшить качество некоторых сред, помимо нагрева других элементов конструкции испарительного охлаждения. Поэтому в большинстве приложений рекомендуется затенение.

Механические системы

Помимо вентиляторов, используемых в механическом испарительном охлаждении, насосы - единственное другое механическое оборудование, необходимое для процесса испарительного охлаждения как в механических, так и в пассивных приложениях. Насосы могут использоваться либо для рециркуляции воды на подушку с влажной средой, либо для подачи воды под очень высоким давлением в систему тумана для пассивной градирни. Технические характеристики насоса зависят от скорости испарения и площади контактной площадки. В центре посетителей национального парка Зайон используется насос мощностью 250 Вт (1/3 л.с.).

Выхлопная система

Выхлопные каналы и / или открытые окна должны использоваться постоянно, чтобы воздух мог постоянно поступать. покинуть зону с кондиционером. В противном случае возникает давление, и вентилятор в системе не сможет протолкнуть много воздуха через среду в зону с кондиционированием воздуха. Система испарения не может функционировать без непрерывной подачи воздуха из кондиционируемой зоны наружу. Оптимизируя расположение приточного патрубка для охлаждающего воздуха, а также расположение проходов в доме, соответствующих дверей и окон помещений, систему можно наиболее эффективно использовать для направления охлажденного воздуха в требуемые области. Хорошо продуманная планировка может эффективно отводить и отводить горячий воздух из желаемых областей без необходимости в надпотолочной системе вентиляции. Постоянный поток воздуха важен, поэтому выпускные окна или вентиляционные отверстия не должны ограничивать объем и проход воздуха, вводимого испарительной охлаждающей машиной. Также следует помнить о направлении внешнего ветра, так как, например, сильный горячий южный ветер замедлит или ограничит выпуск воздуха из окна, выходящего на юг. Всегда лучше, чтобы окна с подветренной стороны были открыты, а окна с подветренной стороны были закрыты.

Типовые установки

Как правило, в бытовых и промышленных испарительных охладителях используется прямое испарение, и их можно описать как закрытую металлическую или пластиковую коробку с вентилируемыми сторонами. Воздух перемещается центробежным вентилятором или нагнетателем (обычно приводимым в действие электродвигателем со шкивами, известными как «шкивы» в терминологии HVAC, или осевым вентилятором с прямым приводом) и Водяной насос используется для смачивания подушек испарительного охлаждения. Холодильные агрегаты могут быть установлены на крыше (с нисходящим потоком или с нисходящим потоком) или на внешних стенах или окнах (с боковым или горизонтальным потоком) зданий. Для охлаждения вентилятор втягивает окружающий воздух через вентиляционные отверстия по бокам устройства и через влажные подушки. Тепло в воздухе испаряет воду с прокладок, которые постоянно увлажняются, чтобы продолжить процесс охлаждения. Затем охлажденный влажный воздух поступает в здание через вентиляционное отверстие в крыше или стене.

Because the cooling air originates outside the building, one or more large vents must exist to allow air to move from inside to outside. Air should only be allowed to pass once through the system, or the cooling effect will decrease. This is due to the air reaching the saturation point. Often 15 or so air changes per hour (ACHs) occur in spaces served by evaporative coolers, a relatively high rate of air exchange.

Evaporative (wet) cooling towers

Large hyperboloid cooling towers made of structural steel for a power plant in Kharkіv (Ukraine)

Cooling towersare structures for cooling water or other heat transfer media to near-ambient wet-bulb temperature. Wet cooling towers operate on the evaporative cooling principle, but are optimized to cool the water rather than the air. Градирни часто можно встретить на больших зданиях или на промышленных объектах. Они передают тепло в окружающую среду от чиллеров, промышленных процессов или, например, энергетического цикла Ренкина.

Системы туманообразования

Система распыления тумана с водяным насосом под

Системы туманообразования работают, нагнетая воду через насос высокого давления и трубки через туман из латуни и нержавеющей стали. форсунка с отверстием размером примерно 5 микрометров, создавая тем самым мелкодисперсный туман. Капли воды, образующие туман, настолько малы, что мгновенно испаряются. Мгновенное испарение может снизить температуру окружающего воздуха на целых 20 ° C (35 ° F) всего за секунды. Для систем внутреннего дворика идеально установить линию тумана на высоте примерно 8–10 футов (2,4–3,0 м) над землей для оптимального охлаждения. Запотевание используется для таких применений, как клумбы, домашние животные, животноводство, питомники, борьба с насекомыми, борьба с запахом, зоопарки, ветеринарные клиники, охлаждение продуктов и теплицы.

Вентиляторы туманообразования

Вентиляторы туманообразования аналогичны увлажнителю. Вентилятор выпускает в воздух мелкий водяной туман. Если воздух не слишком влажный, вода испаряется, поглощая тепло из воздуха, благодаря чему вентилятор туманообразования также работает как охладитель воздуха. Вентилятор тумана можно использовать на открытом воздухе, особенно в сухом климате. Его также можно использовать в помещении.

Небольшие переносные вентиляторы запотевания с батарейным питанием, состоящие из электрического вентилятора и ручного водяного насоса, продаются как новинки. Их эффективность в повседневном использовании неясна.

Для понимания характеристик испарительного охлаждения требуется понимание психрометрии. Характеристики испарительного охлаждения варьируются в зависимости от изменений внешней температуры и уровня влажности. Охладитель для жилых помещений должен иметь возможность понижать температуру воздуха в пределах 3–4 ° C (5–7 ° F) от температуры влажного термометра.

Легко предсказать производительность кулера на основе стандартной информации о погоде. Поскольку метеорологические сводки обычно содержат точку росы и относительную влажность, но не температуру по влажному термометру, для вычисления необходимо использовать психрометрическую диаграмму или простую компьютерную программу. температура по влажному термометру. После определения температуры по влажному термометру и температуры по сухому термометру можно определить охлаждающую способность или температуру воздуха на выходе из охладителя.

Для прямого испарительного охлаждения эффективность прямого насыщения, $ϵ\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; epsilon\}$, измеряет, в какой степени температура воздуха, выходящего из прямого испарительного охладителя, близка к температура входящего воздуха по смоченному термометру. Эффективность прямого насыщения может быть определена следующим образом:

$ϵ\; =\; T\; e,\; db\; -\; T\; l,\; db\; T\; e,\; db\; -\; T\; e,\; wb\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; epsilon\; =\; \{\backslash \; frac\; \{T\_\; \{e,\; db\}\; -\; T\_\; \{l,\; db\}\}\; \{T\_\; \{e,\; db\}\; -T\_\; \{e,\; wb\}\}\}\}$

Где:

$ϵ\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; epsilon\}$= насыщенность прямого испарительного охлаждения КПД (%)

$T\; e,\; db\; \{\backslash \; displaystyle\; T\_\; \{e,\; db\}\}$= температура воздуха на входе по сухому термометру (° C)

$T\; l,\; db\; \{\backslash \; displaystyle\; T\_\; \{\; l,\; db\}\}$= температура воздуха по сухому термометру на выходе (° C)

$T\; e,\; wb\; \{\backslash \; displaystyle\; T\_\; \{e,\; wb\}\}$= влажный воздух на входе температура термобаллона (° C)

Эффективность испарительной среды обычно составляет от 80% до 90%. Наиболее эффективные системы могут снизить температуру сухого воздуха t При температуре до 95% от температуры по влажному термометру наименее эффективные системы достигают только 50%. Эффективность испарения со временем падает очень незначительно.

Типичные подушки из осины, используемые в бытовых испарительных охладителях, эффективность около 85%, в то время как испарительные среды типа CELdek обеспечивают эффективность>90% в зависимости от скорости воздуха. Среда CELdek чаще используется в крупных коммерческих и промышленных установках.

Например, в Лас-Вегас с типичным летним расчетным днем ​​42 ° C (108 ° F) по сухому термометру и 19 ° C (66 ° F) по влажному термометру или около 8% относительной влажности, температура воздуха на выходе бытового охладителя с эффективностью 85% будет:

$T\; l,\; db\; \{\backslash \; displaystyle\; T\_\; \{l,\; db\}\}$= 42 ° C - [(42 ° C - 19 ° C) × 85%] = 22,45 ° C или 72,41 ° F

Однако для оценки производительности можно использовать любой из двух методов:

• Используйте психрометрическую диаграмму для расчета температуры по влажному термометру, а затем прибавьте 5–7 ° F, как описано выше.
• Используйте практическое правило, согласно соответствующей температуре по влажному термометру одна сопоставимая температура окружающей среды, минус третья разницы между температурой окружающей среды и точка росы . Как и прежде, добавить 5–7 ° F, как описано выше.

Некоторые примеры поясняют это соотношение:

• При 32 ° C (90 ° F) и относительной влажности 15% воздух можно охлаждать почти до 16 ° C (61 ° F). Точка росы для этих условий составляет 2 ° C (36 ° F).
• При 32 ° C и относительной влажности 50% воздух можно охлаждать примерно до 24 ° C (75 ° F). Точка росы для этих условий составляет 20 ° C (68 ° F).
• При 40 ° C (104 ° F) и относительной влажности 15% воздух можно охлаждать почти до 21 ° C (70 ° F).). Точка росы для этих условий составляет 8 ° C (46 ° F).

(Примеры охлаждения взяты из публикации Университета Айдахо от 25 июня 2000 г., «Homewise »).

Испарительные охладители лучше всего работают в сухих условиях, они широко используются и наиболее эффективны в засушливых пустынных регионах, таких как юго-запад США, север Мексики. и Раджастан.

Одно и то же уравнение показывает, почему испарительные охладители имеют ограниченное применение в очень влажных средах: например, жаркий августовский день в Токио может иметь температуру 30 ° C (86 ° F) при относительной влажности 85%, 1005 гПа. Это дает точку росы 27,2 ° C (81,0 ° F) и температуру по смоченному термометру 27,88 ° C (82,18 ° F). Согласно приведенной выше формуле, при КПД 85% воздух можно охлаждать только до 28,2 ° C (82,8 ° F), что делает это практическирактичным.

Вентилятор туманообразования

Сравнение испарительного охлаждения с охлаждением на основе кондиционированием воздуха :

Преимущества

Менее дорогое в установке и Эксплуатация

• Ориентировочная стоимость установки составляет примерно половину или меньше стоимости центральной холодильной системы кондиционирования.
• Ориентировочная стоимость эксплуатации составляет 1/8 стоимости холодильной системы кондиционирования воздуха.
• Нет скачков мощности, когда включен из-за отсутствия компрессора
• Потребляемая мощность ограничена вентилятором и водяным насосом, которые имеют относительно низкое потребление тока при запуске.
• Рабочей жидкостью является вода. Не используются специальные хладагенты, такие как аммиак или CFC, которые могут быть токсичными, дорогостоящими в замене, способствуют истощению озонового слоя и / или подлежат строгим лицензированию и экологическим норма.

Простота установки и обслуживания

• Оборудование может быть установлено механически настроенными пользователями по значительно более низкой цене, чем холодильное оборудование, которое требует специальных навыков и профессиональной установки.
• Только два основных механизма испарительных охладителей - это двигатель вентилятора и водяной насос, которые могут быть отремонтированы или заменены небольшими затратами и часто механически используемыми пользователями, что исключает необходимость дорогостоящих обращений в службу поддержки подрядчиков HVAC.

Вентиляционный воздух

• Частый и высокий объемный расход воздуха, проходящего через здание, резко снижает «возрастный воздух» в здании.
• Испарительное охлаждение увеличивает влажность. В сухом климате это может улучшить комфорт и уменьшить статическое электричество.
• Сама подушка действует как эффективный воздушный фильтр при правильном уходе; он способен удалять из воздуха загрязнители, включая озон, вызванный загрязнением, независимо от очень городской погоды. Системы охлаждения на основе охлаждения теряют эту способность, когда в воздухе недостаточно энергии, чтобы поддерживать испаритель влажным, при этом образуя частую струйку конденсата, вымывающую растворенные примеси, удаленные из воздуха.

Недостатки

Производительность

• Большинство испарительных охладителей могут снизить температуру воздуха настолько, насколько это возможно при кондиционировании воздуха.
• Условия высокой точки росы (влияющие) снижают охлаждающую способность испарительного охладителя.
• Нет осушение. Традиционные кондиционеры удаляют влагу из воздуха, за исключением очень сухих мест, где рециркуляция может привести к воздействию окружающей среды. Испарительное охлаждение увеличивает влажность, а во влажном климате сухость может улучшить тепловой комфорт при более высокой температурех.

Комфорт

• Воздух, подаваемый испарительным охладителем, обычно относительную влажность 80–90% и может вызвать уровень в помещении достигает 65%; очень влажный воздух снижает скорость испарения влаги из кожи, носа, легких и глаз.
• Высокая влажность воздуха ускоряет коррозию, особенно в пыли пыли. Это может значительно сократить срок службы электроники и другого оборудования.
• Высокая влажность воздуха может вызвать конденсацию воды. Это может быть проблемой в некоторых ситуациях (например, электрическое оборудование, компьютеры, бумага, книги, старое дерево).
• Запахи и другие внешние загрязнения могут попадать в здание, если не будет обеспечена достаточная фильтрация.

Использование воды

• Для испарительных охладителей требуется постоянная подача воды.
• Вода с высоким содержанием минералов (жесткая вода) оставляет минеральные отложения на подушках и внутри охладителя. В зависимости от типа и концентрации минералов возможна угроза безопасности во время и удаления отходов подушек. Системы слива и наполнения (продувочный насос) могут уменьшить, но не устранить эту проблему. Установка встроенного водяного фильтра (типа холодильника для питьевой воды / ледогенератора) значительно снизит минеральные отложения.

Периодичность технического обслуживания

• Любые механические компоненты, которые могут ржаветь или корродировать, требуют регулярной очистки или очистки из-за высокой окружающей среды и первых тяжелых минеральных отложения в районах с жесткой водой.
• Испарительную среду необходимо регулярно заменять для поддержания охлаждающей способности. Подушечки из древесной ваты недороги, но их нужно менять каждые несколько месяцев. Жесткие среды с более высоким КПД намного дороже, но прослужат несколько лет пропорционально жесткости воды; В зонах с очень жесткой водой среда может прослужить только два года, прежде чем накопление минеральных отложений приводит к недопустимому производительности производительности.
• В зонах с холодной испарительными охладителями необходимо осушить и утеплить для защиты водяного трубопровода и охладителя от повреждений, вызванных замерзанием, с последующим разогревом перед началом охлаждения.

Опасность для здоровья

• Испарительный охладитель - обычное место для разведения комаров. Многие органы власти считают, что охладитель с ненадлежащим обслуживанием представляет угрозу для здоровья населения.
• Плесень и бактерии могут распространяться во внутреннем воздухе из-за неправильно обслуживаемых или неисправных систем, вызывая синдром больного здания и отрицательные последствия для астмы и страдающих аллергией.
• Древесная вата подушек сухого охладителя может загореться даже от небольших искр.

• Архитектурное проектирование
• Botijo ​​ (Испарительный испарительный охладитель воды)
• Строительная техника
• Автомобильный охладитель
• Сейф Coolgardie
• Градирня
• Осушитель
• Увлажнитель
• HVAC
• Холодильник горшок-в-горшке
• Яхчал
• Legionella
• Болезнь легионеров

• Холладей, апрель (2001 г.). «Болотный охладитель охлаждает воздух испарением». Еженедельная научная колонка WonderQuest QA. USAToday.com. Проверено 14 июля 2006 г.