Автореферат (Повышение энергоэффективности установок кондиционирования воздуха с использованием регенеративного косвенно-испарительного охлаждения)

На правах рукошисиудк621 .59Соколик Андрей НиколаевичПОВЫI ТFНИЕ ЭШРГОЭФФЕКТИВНОСТИ УСТАНОВОКТконд4I_ц4онировлlJйIявоздrгхАсиспоJьзовАниЕмРЕГЕНЕРАТИВНОГО КОСВЕННО-ИСIIАРИТЕJЬНОГО05.04.03- Машины и аппараты, процессы холодильнойОХJIАЖДЕНИЯи криогенной техники,систем кондиционировани я и жизнеобеспеченияАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМоскв8.- 20IбРабота выполнена в Московском государственном техническомуниверситете им.

Н.Э. Баумана.Научный руководитель:кандидат технических наук, доцентГаранов Сергей АлександровичОфициальные оппоненты:доктор технических наук, профессорБабакин Борис Сергеевичкандидат технических наук, доцентЕмельянов Анатолий ЛеоновичВедущее предприятие:ОАО НПО «НАУКА»Защита диссертации состоится « 26 » октября 2016 г. в 14 час. 30 мин. назаседаниидиссертационного совета Д212.141.16 при Московскомгосударственном техническом университета им.

Н.Э. Баумана по адресу: 105005,г. Москва, Лефортовская наб., д. 1, корпус «Энергомашиностроение».С диссертацией до защиты можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э.Баумана и на сайте www.bmstu.ru.Ваши отзывы в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим высылать поадресу: 105005, г. Москва, ул. 2-ая Бауманская, д.5, стр. 1.

Ученому секретарюдиссертационного совета Д 212.141.16.Автореферат разослан «____» ______________2016 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.141.16,кандидат технических наук, доцентКолосов М.А.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность проблемы. Кондиционирование воздуха решает задачуобеспечения заданных параметров микроклимата в производственных,общественных и жилых зданиях. Поддержание комфортных условийспособствуетсохранениюздоровьятрудящихсяиповышениюпроизводительности труда. Энергозатраты на системы кондиционированиявоздуха(вдальнейшемСКВ)составляютзначительнуючастьэнергопотребления здания.

Для сокращения производственных издержекнеобходимо повсеместное внедрение СКВ, кроме того, необходимо стремитьсяк снижению капитальных и эксплуатационных затрат таких систем. В крупныхгородах, ввиду высокой плотности застройки, необходимо стремиться кснижению площади, занимаемой оборудованием СКВ и его энергопотребления.Немаловажным фактором также является постоянный рост тарифов наэлектроэнергию и высокая стоимость подключения к городским энергосетям.Требуется разработка новых, нетрадиционных подходов к охлаждениювоздуха в системах кондиционирования.

Для повышения энергетическойэффективности установок кондиционирования воздуха (в дальнейшем, УКВ)предлагается использовать водоиспарительное охлаждение. Несмотря на своювысокую энергоэффективность УКВ, работающие с использованием толькопринципов водоиспарительного охлаждения, не в состоянии обеспечитькомфортные параметры микроклимата во всех климатических зонах. Учитываявышесказанное, предлагается применить испарительное охлаждение воздуха вкомбинации с традиционной парокомпрессионной холодильной машиной(ПКХМ).

Такие комбинированные УКВ работоспособны во всех климатическихзонах, и, в сравнении с традиционными СКВ с ПКХМ, более энергоэффективны.Промышленные образцы подобных систем выпускаются в РФ, странах западнойЕвропы, США, Китае. При этом необходимо отметить, что методики расчетакомбинированных установок кондиционирования воздуха не опубликованы.Настоящая работа посвящена исследованию комбинированных СКВ.Цель работы. Повышение энергоэффективности УКВ с использованиемрегенеративного косвенно-испарительного охлаждения (в дальнейшем РКИО).Для достижения поставленной цели необходимо решить следующиеосновные задачи: проанализировать существующие решения в области комфортногокондиционированиявоздуханабазекосвенно-испарительногоохлаждения.

Выбрать схемы УКВ для проведения дальнейшихисследований; разработать методику расчёта цикла комбинированной УКВ; выполнить расчет цикла УКВ при различных условиях окружающей средыдля получения интегральных показателей работы установки; разработать схему экспериментального стенда и методику проведенияэксперимента;1 сопоставить экспериментальные данные с результатами теоретическихрасчетов, для подтверждения корректности принятых допущений, принеобходимости внести поправки в расчеты; подготовить рекомендации по внедрению результатов работы.Методыисследования.Использовалисьтеоретическиеметодыисследования работы УКВ при различных условиях окружающей среды.

Расчетсхемы УКВ проводился с помощью балансовых уравнений и теоретическихзависимостей свойств влажного воздуха. Для подтверждения теоретическихвыводоврезультатытеоретическихисследованийсравнивалисьсэкспериментальными данными, полученными автором диссертационной работы.Научная новизна:Q полезх Fkто то от эффективности КИТО. получена зависимость комплекса получена зависимость площади теплообменной поверхности установки,реализующей принцип РКИО от эффективности косвенно-испарительноготеплообменника (в дальнейшем КИТО) и соотношения расходовпродуктового и вспомогательного потоков; получена зависимость доли холодопроизводительности комбинированнойУКВ, вырабатываемой в КИТО от температуры приточного воздуха иэффективности КИТО.Практическая значимость и реализация результатов работы: использование РКИО в качестве первой ступени в комбинированных УКВпозволяет значительно (до 80%) снизить нагрузку на парокомпрессионнуюхолодильную машину; В условиях сухого жаркого климата энергетическая эффективностькомбинированной УКВ в 1,25…3 раза выше, чем у традиционной УКВ сПКХМ.

В условиях умеренного климата энергетическая эффективностькомбинированной УКВ в 1,15…1,35 раза выше, чем у традиционной УКВс ПКХМ (при эффективности КИТО 0,75). разработана инженерная методика расчета УКВ, позволяющая получитьпараметры для подбора основных аппаратов и агрегатов УКВ и расчета техэлементов, которые не представлены в номенклатуре предприятий,производящих климатическое оборудование; создан учебно-лабораторный стенд «Комбинированные УКВ на базекосвенно-испарительногоохлажденияипарокомпрессионногохолодильного цикла», стенд внедрен в учебный процесс кафедрыхолодильной, криогенной техники, систем кондиционирования ижизнеобеспечения; результаты исследования использованы при создании транспортныхкомбинированных установок кондиционирования воздуха.Личный вклад автора состоит в разработке расчетной модели, созданииэкспериментального стенда, проведении испытаний, обработке результатов.2Апробация работы. Основные результаты работы докладывались иобсуждались на следующих конференциях: международная научная конференция «Холодильная и криогеннаятехника,промышленныегазы,системыкондиционированияижизнеобеспечения» (Москва, 2010); международная конференция с элементами научной школы для молодежи«Инновационные разработки в области техники и физики низких температур»,(Москва, 2010); выставка CHILLVENTA Россия (Москва, 2011); международная конференция с элементами научной школы для молодежи«Инновационные разработки в области техники и физики низких температур»,(Москва, 2011); выставка CHILLVENTA Россия (Москва, 2012).Достоверность и обоснованность полученных результатов.Достоверность полученных автором данных подтверждается применениематтестованных измерительных приборов, апробированных методик измерения,воспроизводимостью результатов, полученных экспериментальным путем.Публикации.

По теме доклада опубликовано 4 научные работы, 3 из нихв рецензированных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ, общимобъемом 1,8 п.л.Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,выводов и списка литературы. Работа изложена на 138 страниц текста, 30иллюстраций, 7 таблиц и список литературы из 41 наименования.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении показана актуальность работы.В первой главе проведен обзор существующих решений в областикосвенно-испарительного охлаждения (в дальнейшем КИО) воздуха икомбинированных систем. Рассмотрены существующие конструкции косвенноиспарительных теплообменников (в дальнейшем КИТО), выпускаемыхпромышленностью стран РФ, Евросоюза, США, достоинства и недостаткиприменяемых материалов, способы подачи воды в «мокрые» каналытеплообменника.

Приводятся данные из научных и экспериментальных работ,посвященных исследованию УКВ с использованием КИО и комбинированныхУКВ. Даны рекомендации по построению комбинированных УКВ сиспользованием КИО и ПКХМ. В качестве первой ступени комбинированнойУКВ предлагается использовать регенеративное косвенно-испарительноеохлаждение (в дальнейшем РКИО).На основании анализа собранных данных сформулированы цель и задачидля дальнейшего исследования.Вторая глава посвящена теоретическому исследованию РКИО.3Основной трудностью при теоретическом исследовании РКИО (Рис.

1, 2, 3)является отсутствие строгой математической модели процессов, происходящихв «мокрых» каналах КИТО. Данные, приводимые в литературе, как правило,относятся к конкретной конструкции теплообменного аппарата (в дальнейшемТО), что затрудняет их использование при аналитических расчетах СКВ науровне схемы.

Таким образом одной из задач на теоретическом этапеисследования была разработка методики расчета схемы СКВ. При разработкеметодики были приняты следующие условия и допущения, которые затемтребовали подтверждения на этапе экспериментального исследования: относительная влажность воздуха вспомогательного потока на входе вКИТО составляет 90%; нагрев вспомогательного потока в «мокрых» каналах КИТО идет сподводом воды и постоянной относительной влажностью; теплопритоки в установку, и перетечки потоков внутри УКВ –пренебрежимо малы; эффективность работы КИТО оценивается температурным КПД; минимальный расход воздуха вспомогательного потока определяется изусловия равенства водяных эквивалентов прямого и вспомогательного потоковна холодном конце КИТО.В основе методики лежат зависимости для расчета свойств влажноговоздуха:Давление насыщенных паров Pн = f (t), ПаТемпература насыщенного пара Tн = f (Pн), КВлагосодержание воздуха d = f (P, Pн, f ), г/кгТеплоёмкость влажного воздуха cрв.в.

= f (d), кДж/(кг • К)Энтальпия влажного воздуха iв.в. = f (t, d), кДж/кгПарциальное давление водяного пара Pп = f (d, P), ПаПлотность влажного воздуха rв.в. = f (P, t, Pп), кг/м3Относительная влажность воздуха f в.в. = f (Pн, Pп), %Рис. 1. Принципиальная схема установки РКИО. Обозначения, используемые насхеме: ВП – вентилятор приточный, КИТО – косвенно-испарительныйтеплообменник, КО – кондиционируемый объем; ОС – окружающая среда, Gосн, Gприт,Gвсп - массовые расходы воздуха основного, приточного и вспомогательного потоковсоответственно4Рис. 2.