ilustracja chłodnicy parowej
większość projektów wykorzystuje fakt, że woda ma jedną z najwyższych znanych wartości entalpii parowania (utajonego ciepła parowania) każdej zwykłej substancji. Z tego powodu Chłodnice wyparne zużywają tylko ułamek energii systemów klimatyzacji sprężania lub absorpcji pary. Niestety, z wyjątkiem bardzo suchego klimatu, jednostopniowa (bezpośrednia) chłodnica może zwiększyć wilgotność względną (RH) do poziomu, który sprawia, że osoby przebywające w pomieszczeniu czują się niekomfortowo., Pośrednie i dwustopniowe chłodnice parowe utrzymują wilgotność względną na niższym poziomie.
bezpośrednie chłodzenie wyparoweedytuj
bezpośrednie chłodzenie wyparne (obwód otwarty) jest używane do obniżenia temperatury i zwiększenia wilgotności powietrza poprzez zastosowanie utajonego ciepła parowania, zmieniając płynną wodę na parę wodną. W tym procesie energia w powietrzu nie zmienia się. Ciepłe suche powietrze zmienia się na chłodne wilgotne powietrze. Ciepło powietrza zewnętrznego jest wykorzystywane do odparowania wody., RH wzrasta do 70 do 90%, co zmniejsza efekt chłodzenia ludzkiego potu. Wilgotne powietrze musi być stale wypuszczane na zewnątrz, w przeciwnym razie powietrze staje się nasycone, a parowanie zatrzymuje się.
mechaniczna chłodnica wyparna wykorzystuje wentylator do wciągania powietrza przez zwilżoną membranę lub podkładkę, która zapewnia dużą powierzchnię do odparowywania wody do powietrza. Woda jest rozpylana na górze podkładki, dzięki czemu może kapać do membrany i stale utrzymywać nasyconą membranę., Nadmiar wody, który kapie z dna membrany, jest gromadzony w patelni i recyrkulowany do góry. Jednostopniowe bezpośrednie Chłodnice wyparne są zwykle małe, ponieważ składają się tylko z membrany, pompy wodnej i wentylatora odśrodkowego. Zawartość minerałów w wodociągach komunalnych spowoduje skalowanie membrany, co doprowadzi do zatykania się przez cały okres eksploatacji membrany. W zależności od zawartości minerałów i szybkości parowania wymagane jest regularne czyszczenie i konserwacja w celu zapewnienia optymalnej wydajności., Ogólnie rzecz biorąc, powietrze nawiewane z jednostopniowej chłodnicy parowej będzie musiało zostać wyczerpane bezpośrednio (przepływ jednokierunkowy) ze względu na wysoką wilgotność powietrza nawiewanego. Opracowano kilka rozwiązań konstrukcyjnych, które wykorzystują energię w powietrzu, takich jak kierowanie powietrza wylotowego przez dwa arkusze podwójnych szyb, zmniejszając w ten sposób energię słoneczną pochłanianą przez szyby. W porównaniu z energią potrzebną do uzyskania równoważnego obciążenia chłodzącego ze sprężarką, jednostopniowe Chłodnice wyparne zużywają mniej energii.,
pasywne bezpośrednie chłodzenie wyparne może wystąpić wszędzie tam, gdzie woda chłodzona parowo może schłodzić pomieszczenie bez pomocy wentylatora. Można to osiągnąć za pomocą fontann lub więcej projektów architektonicznych, takich jak wieża chłodnicza z wyparowym downdraft, zwana również „pasywną wieżą chłodniczą”. Konstrukcja pasywnej wieży chłodniczej umożliwia przepływ powietrza zewnętrznego przez szczyt wieży, który jest zbudowany wewnątrz lub obok budynku. Powietrze z zewnątrz wchodzi w kontakt z wodą wewnątrz wieży poprzez zwilżoną membranę lub mister., Gdy woda paruje w powietrzu zewnętrznym, powietrze staje się chłodniejsze i mniej wyporności i tworzy przepływ w dół w wieży. W dolnej części wieży wylot pozwala chłodniejsze powietrze do wnętrza. Podobnie jak mechaniczne Chłodnice wyparne, wieże mogą być atrakcyjnym rozwiązaniem niskoenergetycznym dla gorącego i suchego klimatu, ponieważ wymagają tylko pompy wodnej do podnoszenia wody na szczyt wieży.Oszczędność energii dzięki zastosowaniu pasywnego bezpośredniego chłodzenia odparowującego zależy od klimatu i obciążenia cieplnego., W suchym klimacie z dużym wgłębieniem na mokro wieże chłodnicze mogą zapewnić wystarczającą ilość chłodzenia w letnich warunkach projektowych, aby osiągnąć zero netto. Na przykład sklep detaliczny o powierzchni 371 m2 (4000 ft2) w Tucson w Arizonie z zyskiem ciepła 29,3 kJ/h (100 000 Btu/h) może być chłodzony w całości przez dwie pasywne wieże chłodnicze o wydajności 11890 m3/h (7000 cfm) każda.
w przypadku Zion National Park visitors' center, który wykorzystuje dwie pasywne wieże chłodnicze, energochłonność chłodzenia wynosiła 14,5 MJ/m2 (1,28 kBtu / ft;), czyli o 77% mniej niż typowy budynek w zachodnich Stanach Zjednoczonych, który wykorzystuje 62.,5 MJ /m2 (5,5 kBtu/ft2). Badanie wyników wydajności w terenie w Kuwejcie wykazało, że zapotrzebowanie na moc dla chłodnicy wyparnej jest o około 75% mniejsze niż zapotrzebowanie na moc dla konwencjonalnego klimatyzatora jednostkowego.
pośrednie chłodzenie wyparoweedytuj
proces pośredniego chłodzenia wyparowego
pośrednie chłodzenie wyparne (obwód zamknięty) jest procesem chłodzenia, który wykorzystuje bezpośrednie chłodzenie wyparne oprócz niektórych wymienników ciepła do przenoszenia chłodnej energii do powietrza nawiewanego., Chłodzone wilgotne powietrze z procesu bezpośredniego chłodzenia wyparnego nigdy nie ma bezpośredniego kontaktu z klimatyzowanym powietrzem zasilającym. Strumień wilgotnego powietrza jest uwalniany na zewnątrz lub używany do chłodzenia innych urządzeń zewnętrznych, takich jak ogniwa słoneczne, które są bardziej wydajne, jeśli są chłodne. Ma to na celu uniknięcie nadmiernej wilgotności w pomieszczeniach zamkniętych, co nie jest odpowiednie dla systemów mieszkalnych.
Maisotsenko cycleEdit
jeden pośredni producent chłodziarek wykorzystuje cykl Maisotsenko (M-Cycle), nazwany na cześć wynalazcy i profesora Dr., Valeriy Maisotsenko, wykorzystuje iteracyjny (wieloetapowy) wymiennik ciepła wykonany z cienkiej membrany, która może obniżyć temperaturę powietrza produktu poniżej temperatury mokrego żarówki i może zbliżyć się do punktu rosy.
system ma bardzo wysoką sprawność, ale, podobnie jak inne systemy chłodzenia wyparnego, jest ograniczony przez poziom wilgotności otoczenia, co ograniczyło jego przyjęcie do użytku domowego. Może być stosowany jako dodatkowe chłodzenie w okresach ekstremalnych temperatur bez nakładania znacznych dodatkowych obciążeń na infrastrukturę elektryczną., Jeśli miejsce ma nadmiar zasobów wody lub nadmierną zdolność odsalania, można go wykorzystać do zmniejszenia nadmiernego zapotrzebowania na energię elektryczną poprzez wykorzystanie wody w przystępnych jednostkach cyklu M. Ze względu na wysokie koszty konwencjonalnych urządzeń klimatyzacyjnych i ekstremalne ograniczenia wielu instalacji elektrycznych, urządzenia M-Cycle mogą być jedynymi odpowiednimi systemami chłodzenia odpowiednimi dla obszarów zubożonych w czasach ekstremalnie wysokiej temperatury i wysokiego zapotrzebowania na energię elektryczną., W obszarach rozwiniętych mogą one służyć jako dodatkowe systemy zapasowe w przypadku przeciążenia elektrycznego i mogą być stosowane do zwiększenia wydajności istniejących systemów konwencjonalnych.
cykl M nie ogranicza się do układów chłodzenia i może być stosowany w różnych technologiach, od silników Stirlinga po wytwornice wody atmosferycznej. Do zastosowań chłodniczych może być stosowany zarówno w konfiguracjach przepływu krzyżowego, jak i przeciwprądowego., Stwierdzono, że przeciwprąd zapewnia niższe temperatury bardziej odpowiednie do chłodzenia w domu, ale przepływ krzyżowy ma wyższy współczynnik wydajności (COP), a zatem jest lepszy dla dużych instalacji przemysłowych.
W przeciwieństwie do tradycyjnych technik chłodniczych, COP małych systemów pozostaje wysoki, ponieważ nie wymagają pomp podnoszących ani innego sprzętu wymaganego do wież chłodniczych. System chłodzenia o mocy 1,5 tony / 4,4 kw wymaga tylko 200 W do pracy wentylatora, co daje COP 26,4 i ocenę EER 90., Nie bierze to pod uwagę energii wymaganej do oczyszczenia lub dostarczenia wody i jest ściśle moc wymaganą do uruchomienia urządzenia po dostarczeniu wody. Chociaż odsalanie wody również stanowi koszt, utajone ciepło parowania wody jest prawie 100 razy wyższe niż energia potrzebna do oczyszczenia samej wody. Ponadto urządzenie ma maksymalną sprawność 55%, więc jego rzeczywisty COP jest znacznie niższy niż ta obliczona wartość., Jednak niezależnie od tych strat, efektywny COP jest nadal znacznie wyższy niż konwencjonalny system chłodzenia, nawet jeśli woda musi być najpierw oczyszczona przez odsalanie. W obszarach, w których woda nie jest dostępna w żadnej formie, można ją wykorzystać ze środkiem osuszającym do odzyskiwania wody przy użyciu dostępnych źródeł ciepła, takich jak słoneczna energia cieplna.
Teoretyczneedytuj
W nowszym, ale jeszcze komercjalizowanym projekcie „cold-SNAP” z Harvard ' s Wyss Institute, ceramika drukowana 3D przewodzi ciepło, ale jest w połowie pokryta hydrofobowym materiałem, który służy jako bariera wilgoci., Podczas gdy do powietrza przychodzącego nie dodaje się wilgoci, wilgotność względna (RH) nieznacznie wzrasta zgodnie ze wzorem temperatury-RH. Mimo to stosunkowo suche powietrze powstałe w wyniku pośredniego chłodzenia parowego umożliwia łatwiejsze odparowanie potu mieszkańców, zwiększając względną skuteczność tej techniki. Pośrednie chłodzenie jest skuteczną strategią dla gorących i wilgotnych klimatów, które nie mogą sobie pozwolić na zwiększenie zawartości wilgoci w nawiewanym powietrzu ze względu na jakość powietrza wewnętrznego i problemy z komfortem cieplnym człowieka.,
strategie pasywnego pośredniego chłodzenia parowego są rzadkie, ponieważ strategia ta obejmuje element architektoniczny pełniący rolę wymiennika ciepła (na przykład dach). Element ten może być spryskiwany wodą i chłodzony przez odparowanie wody na tym elemencie. Strategie te są rzadkie ze względu na wysokie zużycie wody, co również wprowadza ryzyko wtargnięcia wody i naruszenia struktury budynku.,
konstrukcja Hybrydowaedit
dwustopniowe chłodzenie wyparne lub pośrednie-directEdit
w pierwszym etapie dwustopniowej chłodnicy ciepłe powietrze jest wstępnie chłodzone pośrednio, bez dodawania wilgoci (przechodząc do wymiennika ciepła, który jest chłodzony przez odparowanie Na Zewnątrz). W bezpośrednim etapie wstępnie schłodzone powietrze przechodzi przez nasączoną wodą podkładkę i podnosi Wilgotność podczas chłodzenia. Ponieważ dopływ powietrza jest wstępnie chłodzony w pierwszym etapie, mniejsza wilgotność jest przenoszona w bezpośrednim etapie, aby osiągnąć pożądaną temperaturę chłodzenia., Rezultatem jest, według producentów, chłodniejsze powietrze o WILGOTNOŚCI WZGLĘDNEJ między 50-70%, w zależności od klimatu, w porównaniu do tradycyjnego systemu, który wytwarza około 70-80% wilgotności Względnej w klimatyzowanym powietrzu.
parowanie + konwencjonalne backupEdit
w innym hybrydowym projekcie chłodzenie bezpośrednie lub pośrednie zostało połączone z klimatyzacją sprężania pary lub absorpcji w celu zwiększenia ogólnej wydajności i / lub zmniejszenia temperatury poniżej granicy mokrej żarówki.,
MaterialsEdit
tradycyjnie wkładki chłodzące do parowania składają się z excelsiora (włókna drzewnego aspen) wewnątrz siatki zabezpieczającej, ale bardziej nowoczesne materiały, takie jak niektóre Tworzywa sztuczne i papier melaminowy, wchodzą do użytku jako wkłady chłodzące. Nowoczesne sztywne media, Zwykle o grubości 8″ lub 12″, dodają więcej wilgoci, a tym samym chłodzą powietrze bardziej niż zwykle znacznie cieńsze Media aspen. Innym materiałem, który jest czasami używany jest tektura falista.,
rozważania Projektoweedytuj
zużycie Wodedytuj
w suchym i półpustynnym klimacie niedobór wody sprawia, że zużycie wody jest problemem w projektowaniu układu chłodzenia. Z zainstalowanych wodomierzy w 2002 r. zużyto 420938 L (111 200 g) wody dla dwóch pasywnych wież chłodniczych w centrum dla odwiedzających Park Narodowy Zion., Jednak takie obawy są rozwiązywane przez ekspertów, którzy zauważają, że wytwarzanie energii elektrycznej zwykle wymaga dużej ilości wody, a Chłodnice wyparne zużywają znacznie mniej energii elektrycznej, a tym samym porównywalnej wody ogólnie i kosztują mniej ogólnie w porównaniu z agregatami chłodniczymi.
ShadingEdit
Umożliwienie bezpośredniej ekspozycji słonecznej na podkładki medialne zwiększa szybkość parowania. Światło słoneczne może jednak degradować niektóre media, oprócz podgrzewania innych elementów konstrukcji chłodzenia wyparnego. Dlatego w większości zastosowań zaleca się cieniowanie.,
systemy Mechaniczneedytuj
oprócz wentylatorów stosowanych w mechanicznym chłodzeniu wyparnym, pompy są jedynym innym elementem wyposażenia mechanicznego wymaganym do procesu chłodzenia wyparnego zarówno w zastosowaniach mechanicznych, jak i pasywnych. Pompy mogą być używane do recyrkulacji wody do mokrej podkładki medialnej lub dostarczania wody pod bardzo wysokim ciśnieniem do systemu mister dla pasywnej wieży chłodniczej. Specyfikacje pomp będą się różnić w zależności od szybkości parowania i powierzchni podkładki multimedialnej. Centrum turystyczne Parku Narodowego Zion wykorzystuje pompę o mocy 250 W (1/3 HP).,
ExhaustEdit
kanały wydechowe i / lub otwarte okna muszą być przez cały czas używane, aby umożliwić ciągłe wydostawanie się powietrza z klimatyzowanego obszaru. W przeciwnym razie rozwija się ciśnienie i wentylator lub Dmuchawa w systemie nie jest w stanie przepchnąć dużej ilości powietrza przez media i do klimatyzowanego obszaru. System wyparny nie może funkcjonować bez wyczerpania ciągłego dopływu powietrza z klimatyzowanego obszaru na zewnątrz., Dzięki optymalnemu umiejscowieniu wlotu chłodzonego powietrza, wraz z układem korytarzy domu, powiązanych drzwi i okien, system może być najskuteczniej wykorzystywany do kierowania chłodzonego powietrza do wymaganych obszarów. Dobrze zaprojektowany układ umożliwia skuteczne oczyszczanie i wydalanie gorącego powietrza z pożądanych obszarów bez potrzeby stosowania systemu wentylacyjnego nad sufitem. Ciągły przepływ powietrza jest niezbędny, więc szyby wylotowe lub otwory wentylacyjne nie mogą ograniczać objętości i przepływu powietrza wprowadzanego przez maszynę do chłodzenia wyparnego., Należy również pamiętać o kierunku wiatru zewnętrznego, ponieważ na przykład silny gorący wiatr południowy spowolni lub ograniczy wyczerpane powietrze z okna skierowanego na południe. Zawsze najlepiej jest mieć otwarte okna z wiatrem, podczas gdy okna z wiatrem są zamknięte.