Resumen:
En la actualidad, los sistemas de aire acondicionado por enfriamiento evaporativo centralizados se han utilizado cada vez más en el oeste de mi país, pero sus deficiencias. El conducto de aire es grande, la flexibilidad de uso es escasa y no se pueden controlar varias habitaciones por separado. Ante las deficiencias del sistema centralizado, se propone un sistema de aire acondicionado con refrigeración evaporativa semicentralizado diferente al tradicional fancoil más sistema de aire fresco, y se analiza teóricamente su viabilidad.
Palabras clave:
Protección del medio ambiente y ahorro energético del sistema de aire acondicionado semicentralizado de refrigeración evaporativa
1. Estado actual de la tecnología de refrigeración evaporativa
Evaporación El proceso de enfriamiento utiliza agua como refrigerante. Dado que no se utilizan clorofluorocarbonos, no se contamina el ambiente atmosférico y se puede utilizar aire fresco directamente, lo que mejora enormemente la calidad del aire interior. Al igual que el principio habitual de refrigeración mecánica, la refrigeración se obtiene mediante la evaporación del refrigerante. Pero para el enfriamiento evaporativo, la energía se obtiene mediante la evaporación del agua. No comprime ni condensa el vapor de agua evaporado nuevamente en agua líquida antes de evaporarse. Generalmente, se puede agregar agua directamente para mantener el proceso de evaporación.
Según el análisis de aplicaciones de los acondicionadores de aire con refrigeración evaporativa en Urumqi, Xi, Harbin y Beijing, se puede observar que su consumo de energía operativo es aproximadamente 1/5 del de los equipos de aire acondicionado convencionales (la potencia instalada del sistema de refrigeración mecánica es de unos 50w/m2, y la potencia de evaporación instalada del sistema de refrigeración es de 10 w/m2, ahorrando un 80% de electricidad la inversión inicial es de aproximadamente la mitad de la de los equipos de aire acondicionado convencionales (refrigeración mecánica); el costo es de aproximadamente 400 yuanes/m2, y el costo del sistema de enfriamiento por evaporación es de aproximadamente 250 yuanes/m2, lo que ahorra una inversión del 30 al 50 %), y tiene función de humidificación en términos de calidad del aire interior, el sistema de enfriamiento por evaporación es significativamente mejor que el; Sistema de aire acondicionado convencional, porque funciona con aire 100% fresco y utiliza agua como refrigerante, sin CFCS, no contamina el ambiente atmosférico.
Esta tecnología se introdujo en mi país a mediados de la década de 1980 y ha sido estudiada y aplicada en las zonas áridas del oeste de mi país (especialmente Xinjiang porque la diferencia de temperatura entre el día y la noche es grande en el). noroeste, el aire es seco y la temperatura de bulbo húmedo de los acondicionadores de aire exteriores en verano es relativamente baja (generalmente inferior a 22 grados) la diferencia de temperatura entre el día y la noche es grande, y la temperatura (temperatura de bulbo seco) por la mañana, la tarde y el mediodía son muy diferentes cada día; la temperatura exterior de bulbo seco es baja en invierno, principalmente en climas secos y fríos (si solo se proporciona calefacción interior, la humedad relativa del aire interior es generalmente inferior al 20%). Estas condiciones meteorológicas únicas proporcionan un sitio de aplicación natural para la tecnología de enfriamiento por evaporación, porque el enfriamiento por evaporación es una tecnología de enfriamiento adecuada para áreas secas. Utiliza la evaporación del agua para absorber calor y reducir la temperatura del aire de suministro, reduciendo así la temperatura ambiente. Precisamente debido a las especiales condiciones climáticas del oeste, es posible que el sistema de aire acondicionado por refrigeración evaporativa sustituya al sistema de aire acondicionado convencional. En la actualidad, los sistemas de aire acondicionado con refrigeración por evaporación se han utilizado ampliamente en hoteles, edificios de oficinas, restaurantes, entretenimiento, estadios, teatros y otros edificios públicos y civiles de Xinjiang, así como en algunos edificios industriales. Sólo Urumqi Green Messenger Central Air Conditioning Co., Ltd. ha completado más de 70 proyectos en Xinjiang[1].
2. Problemas con los aires acondicionados de refrigeración por evaporación
Actualmente, los sistemas mecánicos de refrigeración y aire acondicionado todavía se utilizan ampliamente en muchos edificios de gran altura y edificios públicos en el oeste de China. Aunque estos sistemas proporcionan un ambiente de trabajo y de vida cómodo, en comparación con las unidades de aire acondicionado con enfriamiento por evaporación, requieren una enorme inversión única, costos operativos costosos, mantenimiento y conservación complicados y pueden causar el "síndrome del edificio enfermo" y contaminación ambiental. Especialmente después del brote de SARS, las cuestiones de seguridad de los sistemas de aire acondicionado han atraído más atención por parte de la gente de la industria HVAC y del Ministerio de Salud. La calidad del aire interior está recibiendo cada vez más atención. Debido a que el sistema de enfriamiento por evaporación no utiliza CFCS y funciona con aire 100% fresco, no contamina el ambiente atmosférico y es significativamente mejor que los sistemas de aire acondicionado convencionales. En la actualidad, los sistemas de enfriamiento por evaporación centralizados se utilizan ampliamente en el oeste de mi país y tienen las ventajas de una larga vida útil y un fácil mantenimiento. Todo el sistema solo tiene conductos de aire y no hay ningún diseño de vías fluviales que requiera aire acondicionado. El diseño es simple y el costo es bajo. Como no es necesario instalar tuberías de agua en el techo, el problema de las fugas de condensado se elimina por completo. Además, este sistema utiliza principalmente aire fresco, lo que mejora enormemente la calidad del aire interior. Al mismo tiempo, utilizar aire fresco durante las temporadas de transición también puede ahorrar energía.
El sistema de enfriamiento por evaporación centralizado también tiene algunas deficiencias: en primer lugar, la aplicación de acondicionadores de aire unificados de enfriamiento por evaporación directa puede provocar una alta humedad interior (a través de pruebas in situ del sistema completo en Urumqi, la humedad interior es aproximadamente el 75%).
En segundo lugar, debido al uso de aire frío para enfriar la habitación, el calor específico del aire es pequeño y el volumen de aire del sistema es grande. Como resultado, el conducto de aire del sistema ocupa más espacio que un semi general. -Sistema de aire acondicionado centralizado, lo que resulta en poca flexibilidad. En tercer lugar, teniendo en cuenta el coste, actualmente no existen productos terminales baratos para lograr el control y ajuste por separado de varias salas. Sin embargo, desde una perspectiva económica y de diseño, todavía es factible utilizar acondicionadores de aire confortables con baja precisión de control de temperatura y humedad, especialmente en lugares públicos como grandes lugares de entretenimiento, restaurantes, centros comerciales, estadios, centros de conferencias y diversos centros de actividades. . Esta es también una razón importante por la que los sistemas de aire acondicionado con refrigeración evaporativa centralizada se han utilizado ampliamente en Xinjiang en los últimos años [2].
3. Se propone construir un sistema de aire acondicionado con refrigeración evaporativa semicentralizada.
Porque el sistema centralizado tiene desventajas como grandes conductos de aire, poca flexibilidad de uso y la imposibilidad de controlar varias habitaciones por separado. Por tanto, la aplicación de sistemas de aire acondicionado centralizados es limitada en algunas situaciones. Debido a que el sistema de aire acondicionado semicentralizado tradicional puede ajustar de forma independiente la temperatura de cada habitación, es adecuado para lugares como habitaciones de hotel y oficinas donde los conductos de aire no son fáciles de colocar y los pisos son bajos. Por lo tanto, en vista de las deficiencias del sistema centralizado, este artículo propone un sistema de aire acondicionado con enfriamiento evaporativo semicentralizado que es diferente del sistema tradicional fan coil más aire fresco, y realiza un análisis de viabilidad teórica.
3.1 Sistema de aire acondicionado con refrigeración evaporativa semicentralizada
Este sistema es ligeramente diferente al tradicional sistema fancoil más aire fresco. El refrigerante utilizado en el sistema tradicional de fan coil más aire fresco es el agua fría proporcionada por el enfriador, por lo que el enfriador es el núcleo. El núcleo del sistema de enfriamiento evaporativo semicentralizado es la parte de enfriamiento evaporativo, que utiliza la evaporación del agua para obtener energía. No comprime ni condensa el vapor de agua evaporado nuevamente en agua líquida antes de la evaporación, sino que repone agua directamente para mantener el proceso de evaporación. El aire fresco en el sistema es procesado por una unidad de aire fresco con enfriamiento por evaporación, y se puede seleccionar enfriamiento por evaporación de una o varias etapas según los parámetros de diseño exterior y las características de carga. El diagrama esquemático específico se muestra en la Figura 3-1.
Sistema tradicional semicentralizado de enfriamiento evaporativo sistema semicentralizado
Figura 3-1 Comparación entre sistema tradicional y sistema de enfriamiento evaporativo
En el proceso de enfriamiento evaporativo directo , el aire fresco se humidifica entalpía y la temperatura del agua en circulación es aproximadamente igual a la temperatura del bulbo húmedo del aire de entrada. Tomando como ejemplo Urumqi en verano, la temperatura de bulbo húmedo calculada de los acondicionadores de aire exteriores es de aproximadamente 18°C. Cuando el aire se evapora y enfría directamente, la temperatura del agua en circulación puede alcanzar teóricamente los 18°C. Si se utiliza el proceso de enfriamiento por evaporación directo-indirecto, el aire fresco primero se enfría con la misma humedad y luego se humidifica con la misma entalpía, de modo que la temperatura del agua en circulación tratada se reduce aún más a 13 ~ 16°C. Aunque la temperatura del agua tratada mediante los dos métodos anteriores es 7 ~ 12 ℃ más alta que la temperatura del agua enfriada del enfriador, siempre que se aumente el volumen de agua, aún puede soportar parte de la carga después de ingresar al serpentín de enfriamiento. Por lo tanto, la principal diferencia entre un sistema de enfriamiento evaporativo semicentralizado y un sistema tradicional es que su carga corre enteramente por el proceso de enfriamiento evaporativo y no requiere un enfriador ni un sistema de agua de enfriamiento. Por lo tanto, su inversión inicial se reduce considerablemente y. el costo integral de una inversión única es solo el 40% ~ 80% tradicional de los métodos de refrigeración y aire acondicionado.
3.2 Análisis de viabilidad
Para explorar la viabilidad del sistema de aire acondicionado de enfriamiento evaporativo semicentralizado en la región noroeste, se discutieron y compararon las opciones de diseño utilizando el clima de Urumqi. como ejemplo. Los puntos de estado interior y exterior y los parámetros de Urumqi se muestran en la Figura 3-2.
Figura 3-2 Puntos de estado interior y exterior
Ubicación: Urumqi en verano
Temporada: verano
Tgw: bola seca al aire libre La temperatura es 34,1 ℃
Tsw: la temperatura exterior de bulbo húmedo es 18 ℃
Tgn: la temperatura de diseño interior es 27 ℃
La humedad relativa es 60 %
Presión atmosférica 906,7 milibares
3.2.1 Fancoil tradicional + sistema de aire fresco
Como se puede observar en la Figura 3-2, el contenido de humedad dw del aire exterior en verano es menor que el del aire interior. El contenido de humedad dn, es decir, el aire exterior necesita ser humidificado. Para lograr este objetivo, en el sistema tradicional fancoil más aire fresco, se suele instalar un sistema de humidificación por vapor delante del ventilador para humidificar el aire tratado a una temperatura isotérmica. Consulte la Figura 3-3.
Proceso de tratamiento del aire (punto de estado del aire exterior W, punto de estado del aire interior N, aumento de temperatura del ventilador de aire fresco KL)
Figura 3-3 Cambios en el estado del aire en fan coil tradicional más fresco sistema de aire Figura
3.2.2 Sistema de enfriamiento evaporativo semicentralizado [fancoil + unidad de aire fresco de enfriamiento evaporativo directo] [3]
Para el sistema de enfriamiento evaporativo semicentralizado con ventilador Serpentín más unidad de aire fresco de enfriamiento evaporativo directo. Para un sistema centralizado, el proceso de ventilación se muestra en la Figura 3-4.
Figura 3-4 Unidad Fan Coil + unidad de aire fresco con refrigeración por evaporación directa
La unidad de aire fresco tiene refrigeración por evaporación directa y la eficiencia de refrigeración por evaporación directa ηDEC puede alcanzar hasta el 90 %. , calculado en base a ηDEC=90 %:
(3-1)
Nota: tws de temperatura de bulbo húmedo del aire exterior
Enfriamiento por evaporación directo mediante tratamiento de agua circulante Es un proceso de humidificación isentalpía, por lo que se puede determinar el estado del punto L. La temperatura del agua en circulación finalmente se fija en el punto de rocío de la máquina L, cercano a la temperatura de bulbo húmedo exterior. Según la fórmula (3-1):
tsh=tL=tw-(tw-tws)×90%
=34,1-(34,1-18)×90%=19,6 ℃
Nota: tsh temperatura del agua circulante de enfriamiento evaporativo directo
Cuando el fan coil introduce agua circulante, dado que la temperatura del agua circulante es ligeramente superior a la temperatura del punto de rocío del aire interior 18,4 ℃, el aire de retorno interior Solo se puede realizar refrigeración isohúmeda.
3.2.3 Sistema de refrigeración evaporativa semicentralizado [fancoil + unidad de aire fresco de refrigeración evaporativa (indirecta + directa)]
Para fancoil + refrigeración evaporativa (indirecta + directa) El El proceso de ventilación del sistema semicentralizado de la unidad de aire fresco se muestra en la Figura 3-5.
Figura 3-5 Fancoil + unidad de aire fresco de refrigeración evaporativa (indirecta + directa)
Unidad de aire fresco de refrigeración evaporativa indirecta + directa. La eficiencia del enfriador evaporativo indirecto de aletas de placa producido por Green Messenger Central Air Conditioning Co., Ltd. puede alcanzar hasta 60 ~ 75%. Si ηIEC=60%:
(3-2)
Nota: tws temperatura de bulbo húmedo del aire exterior
El enfriamiento por evaporación indirecto es un proceso de enfriamiento isotrópico. El estado del punto P se puede determinar según la fórmula (3-2).
tP=tw-(tw-tws)×60%
=34,1-(34,1-18)×60%
=24,4℃
Desde tp=24,4℃, se puede ver que la temperatura de bulbo húmedo tps=14,8℃ y la temperatura de entrada del enfriamiento evaporativo directo es 24,4℃. Según la fórmula (3-1), tsh=tL=tp-(tp-tps)×90%.
=24.4-(24.4-14.8)×90%
=15.76℃
Nota: tsh temperatura del agua circulante de enfriamiento evaporativo directo
Se introduce agua en circulación en la unidad fancoil. Debido a que la temperatura del agua en circulación es 18,4 °C más baja que la temperatura del punto de rocío del aire interior, el aire de retorno interior se puede deshumidificar y enfriar.
3.2.4 Sistema de refrigeración evaporativa semicentralizado [fancoil + (indirecto 1 + indirecto 2 + directo) unidad de aire fresco de refrigeración evaporativa]
Fancoil + (indirecto 1 + indirecto) 2 + unidad de aire fresco de enfriamiento evaporativo directo, el proceso de ventilación se muestra en la Figura 3-6.
Figura 3-6 Sistema semicentralizado de enfriamiento evaporativo indirecto 1+indirecto 2+directo
Uso de una unidad de aire fresco de enfriamiento evaporativo de tres etapas con una sección de enfriador de superficie (la primera- etapa de evaporación indirecta (la sección de enfriamiento es enfriada por la torre de enfriamiento) y la sección de enfriamiento de superficie utiliza agua de enfriamiento de la torre de enfriamiento para enfriar el aire fresco. Esta torre de enfriamiento introduce agua de enfriamiento en el enfriador de superficie para lograr el mismo proceso de enfriamiento isohúmedo del aire que el enfriamiento evaporativo indirecto. Por lo tanto, este tipo de unidad de enfriamiento evaporativo indirecto + directo con torre de enfriamiento también se denomina unidad de enfriamiento evaporativo de tres etapas (enfriamiento evaporativo indirecto de dos etapas + enfriamiento evaporativo directo). Si se utiliza el agua de refrigeración de la torre de refrigeración, la eficiencia de refrigeración puede alcanzar eta torre de refrigeración = aproximadamente 40 ~ 50 %, y la temperatura final del aire ≈ la temperatura inicial de bulbo húmedo del aire w+6 ~ 8 ℃. Según el cálculo de la torre de enfriamiento η = 50%, existen:
(3-3)
En primer lugar, el estado del punto P se puede determinar según la fórmula ( 3-3).
tP=tw-(tw-tws)×50%
=34,1-(34,1-18)×50%
=26℃
Según el diagrama de entalpía-humedad, la temperatura de bulbo seco de entrada del enfriamiento evaporativo indirecto es de 26 °C y la temperatura de bulbo húmedo tps es de 15,3 °C. Según la fórmula (3-2), se puede determinar el estado del punto Q.
tQ=tp-(tP-tPs)×60%
=26-(26-15,3)×60%
=19,6℃
Según el diagrama de entalpía-humedad, la temperatura de bulbo seco de entrada del enfriamiento evaporativo directo es de 19,6 °C y la temperatura de bulbo húmedo tQS es de 13,5 °C. Entonces el estado del punto L se puede determinar según la fórmula (3-1).
tL=tQ-(tQ-tQS)×90%
=19,6-(19,6-13,5)×90%
=14,1℃
Se introduce agua en circulación en la unidad fancoil. Debido a que la temperatura del agua en circulación es 18,4 °C más baja que la temperatura del punto de rocío del aire interior, el aire de retorno interior se puede deshumidificar y enfriar.
4. Conclusión
El sistema de enfriamiento evaporativo semicentralizado utiliza agua como refrigerante y no tiene enfriador. El sistema directo y el sistema (indirecto + directo) no cuentan con sistema de agua de refrigeración, por lo que su inversión inicial es menor que el sistema semicentralizado tradicional y los costos de operación son menores.
Debido a que la temperatura del suministro de agua del sistema de enfriamiento evaporativo semicentralizado es alta, el volumen de suministro de agua es grande. Entre ellos, la cantidad de agua de enfriamiento en la sección de enfriamiento por evaporación directa afectará directamente la capacidad de enfriamiento de la unidad. Cuando la cantidad de agua de enfriamiento requerida por la carga es grande, se debe considerar la reposición de agua y la reposición de agua. , necesita más discusión.
Referencias
1. Xiang, et al. Investigación sobre la aplicación de la tecnología de enfriamiento por evaporación en la región noroeste, Actas de la Conferencia de la Red Nacional de Información sobre Tecnología HVAC 4119 ~ 423.
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2. Liu Ming, Aplicación de ingeniería de la tecnología de aire acondicionado con refrigeración por evaporación, Conferencia académica anual conjunta de 2002 sobre HVAC, refrigeración y energía térmica de cinco provincias del noroeste, 84~87
3. , Enfriamiento evaporativo en aplicaciones de aire acondicionado, Xi'an Refrigeration, 1999, 1: 1 ~ 7.
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