Одной из основных целей государственной программы Российской Федерации «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности» является уменьшение энергопотребления и более рациональное использование энергоресурсов. Одна из мер по повышению энергоэффективности в системах вентиляции и кондиционирования воздуха — это использование теплоты удаляемого воздуха для предварительного подогрева притока. Для решения этой задачи существуют различные устройства, называемые теплоутилизаторами (ГОСТ 22270–76 «Оборудование для кондиционирования воздуха, вентиляции и отопления. Термины и определения»).

Существует несколько наиболее известных и широко применяемых типов таких аппаратов [1]: регенеративные, рекуперативные и утилизаторы теплоты с промежуточным теплоносителем.

Различные вопросы применения подобного оборудования, как в отношении его конструкции, так и расчёта энергетических и технико-экономических показателей установок и выявления целесообразной области их применения, а также ряд смежных аспектов энергосбережения в процессе климатизации помещений рассматривались в ряде отечественных и зарубежных публикаций, в том числе [2–9]. Однако общим недостатком таких теплообменников является то, что в данных утилизаторах мы возвращаем приточному воздуху только явную теплоту.

В то же время России в холодный период года, как правило, встаёт вопрос увлажнения притока. Использовани е для этой цели контактных и паровых увлажнителей является весьма неэкономичным, трудоёмким и требующим постоянного обслуживания таких устройств. Поэтому возникает необходимость возвращать в помещение и скрытую теплоту уходящего воздуха.

Рассмотрим влажностное состояние воздуха в помещении на примере климатических условий города Москвы в холодный период года. При расчётной температуре наружного воздуха tн5 = −25°C, соответствующей наиболее холодной пятидневке обеспеченностью 0,92 по требованиям СП 131.13330.2012 «Актуализированная редакция СНиП 23-01-99* «Строительная климатология» с Изменениями №1, 2 (далее СП 131), его максимальное влагосодержание dн составляет около 0,3 г/кг для значения относительной влажности фн = 82%. Попадая в помещение, этот воздух нагревается примерно до +20°C, и относительная влажность такого воздуха становится равной 2%, что совершенно недостаточно.

Вдыхание такого воздуха будет приводить к пересушиванию носоглотки и ротовой полости человека, к постоянному раздражению верхних дыхательных путей и к развитию и обострению различных болезней — фарингита, бронхита, астмы [10]. Для комфортного пребывания людей в помещении в соответствии с ГОСТ 30494–2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» (далее ГОСТ 30494) необходимо поддерживать относительную влажность в пределах 30–60%.

На основании анализа последних исследований и публикаций, например, [11], можно сделать вывод, что весьма эффективным решением по увлажнению воздуха в помещениях с постоянным пребыванием людей является применение энтальпийных утилизаторов, которые переносят от вытяжного воздуха приточному как явную, так и скрытую теплоту.

Энтальпийные утилизаторы делятся на несколько типов:

1. Мембранные, в которых вместо металлической пластины используется полимерная мембрана, которая пропускает молекулы водяного пара из вытяжного (увлажнённого) воздуха и передаёт их приточному (сухому). Смешения вытяжного и приточного потоков в рекуператоре при этом не происходит, так как влага пропускается через мембрану посредством диффузии.

2. Гигроскопические роторы, выполненные из тонких листов алюминия, прошедших специальную обработку, в результате которой их поверхность стала гигроскопичной. Это означает, что поверхность может адсорбировать и десорбировать большое количество молекул воды. Проходя через поток с высокой влажностью, поверхность ротора адсорбирует молекулы воды, которые затем десорбируются в сухой воздух.

3. Сорбционные роторы, где в качестве материала для создания покрытия поверхностей для влагоили теплообмена применяется синтетический наноцеолит, состоящий из частиц размером ≤ 1 мкм.

Поэтому целью предлагаемого исследования является анализ применяемых способов утилизации явной и скрытой теплоты удаляемого воздуха в системах вентиляции и кондиционирования и выбор наиболее энергоэффективного варианта. Для этого необходимо провести сравнение трёх видов утилизации теплоты и влаги с построением соответствующих процессов на i-d-диаграмме и определением технико-экономических показателей при одинаковых исходных данных, в результате чего можно определить наиболее оптимальное решение.

В работе была рассмотрена обработка воздуха для офисного помещения, предназначенного для 25 человек в городе Москве в холодный период года, при расчётных параметрах наружного воздуха по СП 131 (tн5 = −25°C и фн = 82%) и внутреннего воздуха по ГОСТ 30494 (tв = +20°C и фв = 30%).

Вариант 1. Процесс обработки воздуха в установке с пластинчатым рекуператором и с пароувлажнителем

 

Полный текст статьи читайте в PDF или печатной версии журнала С.О.К. №4-2019