SW poprzedniej części artykułu przedstawiono zespolone systemy klimatyzacyjno-odsalające, oparte na pośrednich rekuperatorach wyparnych, wykorzystywane przez korporacje naftowe wydobywające ropę na terenie Afryki i Bliskiego Wschodu.

Zaprezentowane wówczas modele matematyczne obrazowały pracę wymienników wyparnych stosowanych w tego typu instalacjach. W obecnej części przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych dla jednostek opartych na różnych schematach przepływu powietrza (współprądowym, przeciwprądowym, regeneracyjnym i krzyżowym). Przedstawiono możliwości zwiększenia efektywności odparowania cieczy, będącej źródłem wody pitnej oraz uzyskania możliwie niskiej temperatury powietrza nawiewanego do klimatyzowanych pomieszczeń.

Analiza uzyskanych wyników obliczeń

Po przeprowadzeniu wielowariantowych badań numerycznych uzyskano wyniki, pozwalające określić wstępne zależności zużycia wody i efektywności temperaturowej w odniesieniu do osobliwości konstrukcyjnych wymienników oraz do parametrów termodynamicznych powietrza zewnętrznego doprowadzonego do analizowanych jednostek chłodniczych.

Rys. 1. Wyniki obliczeń numerycznych: przemiany zachodzące w wymienniku krzyżowym dla stałej wilgotności względnej

 Stwierdzono, że najwyższą skutecznością temperaturową i zarazem najmniejszą ilością odparowanej wody charakteryzował się wymiennik regeneracyjny (rys. 2-7). Teoretycznie sytuacja ta stanowi paradoks, gdyż racjonalne podejście sugeruje, że najniższa uzyskana temperatura powietrza nawiewanego powinna generować największe odparowanie cieczy. Jest to widoczne przy porównania wymiennika przeciwprądowego, współprądowego i krzyżowego (rys. 2-7). Paradoks jest spowodowany różną wartością strumieni przepływających przez urządzenia. Przykładowo dla stosunku liczbowego przepływu pomocniczego i głównego równego 0,5, przyjmując, że strumień główny wynosi 10 000 m3/h, strumień pomocniczy będzie wynosił 5 000 m3/h. Sumaryczny przepływ przez wymiennik współprądowy i krzyżowy wyniesie zatem 15 000 m3/h. Natomiast przez wymiennik regeneracyjny 10 000 m3/h, ponieważ w jednostce regeneracyjnej część strumienia głównego jest zawracana do kanału pomocniczego. Można to łatwo zauważyć przy porównaniu wykresów temperatury końcowej oraz mocy chłodniczych (rys. 3 i 6): pomimo że wymiennik regeneracyjny uzyskuje najniższą temperaturę powietrza nawiewanego, jego moc chłodnicza jest najmniejsza z rozpatrywanych urządzeń. Przy zwiększeniu sumarycznego przepływu przez rekuperator regeneracyjny do 15 000 m3/h, odparowanie wody byłoby większe. W praktyce niemożliwe staje się bezwzględne porównanie tego typu jednostek, natomiast możliwe jest stwierdzenie, że ilość odparowanej cieczy rośnie proporcjonalnie do efektywności chłodniczej jednostki (wyrażanej przez schłodzenie strumienia głównego do najniższej możliwej temperatury – rys. 11).Odnotowano zwiększone odparowanie wody wraz ze wzrostem stosunku liczbowego przepływów pomocniczego do głównego (rys. 8). Jest to spowodowane faktem, że większa ilość powietrza pomocniczego może nasycić się relatywnie większą ilością pary wodnej, czego efektem jest zwiększone parowanie cieczy w kanale pomocniczym. Uzyskana końcowa temperatura przepływu głównego będzie coraz niższa, wraz ze wzrastającym stosunkiem przepływów, co przy większej ilości możliwej do uzyskania słodkiej wody nasuwa wniosek, że niezbędne jest dążenie do maksymalizacji stosunku powietrza głównego i roboczego. Jest to utrudnione w przypadku jednostki regeneracyjnej, gdyż stosunek przepływów równy 1 oznacza, że cały strumień główny został zawrócony do kanału mokrego. Wymiennik o regeneracyjnym schemacie przepływu powietrza jest zatem najbardziej skuteczny w sytuacji dużego zapotrzebowania na moc chłodniczą, przy jednocześnie zmniejszonym zapotrzebowaniu na słodką wodę. (…)

Rys. 2. Przemiany zachodzące we wszystkich analizowanych wymien-nikach – ilustracja na wykresie i–x	Rys. 3. moc chłodnicza odniesiona do 1 m3 wypełnienia, dla każdego  z analizowanych wymienników

Rys. 4. Zmiany mocy chłodniczej odniesionej do 1 m3 analizo-wanych wymienników przy stałej zawartości wilgoci na wejściui zmiennej temperaturze i wilgotności względnej;	Rys. 5. Zmiany mocy chłodniczej odniesionej do 1 m3 analizowanych wymienników przy stałej wilgotności względnej na wejściu i zmiennej temperaturze;

Rys. 6. uzyskane temperatury końcowe powietrza głównego i pomocniczego	Rys. 7. Uzyskane końcowe zawartości wilgoci przepływu pomocniczego analizowanych wymienników przy stałej yawartości wilgoci na wejściu i zmiennej temperaturze i wilgotności względnej

Podsumowanie

• Przedstawiono i uzasadniono oryginalne ε-NTU-modele opisujące procesy wymiany ciepła i masy w wymiennikach do pośredniego wyparnego ochładzania powietrza stosowane w kombinowanych systemach klimatyzacyjno-odsalających;
• Opracowano i zrealizowano komputerową metodę obliczenia podstawowych parametrów procesów wymiany ciepła i masy w omawianych urządzeniach do pośredniego chłodzenia powietrza;
• Na podstawie przeprowadzonych badań numerycznych określono charakter przebiegu procesów wymiany ciepła i masy w wypełnieniach rekuperatorów;
• Ustalono zależność pozyskiwania wody od efektywności chłodniczej jednostek wyparnych;
• Określono wpływ parametrów termodynamicznych powietrza zewnętrznego na pozyskiwanie wody przez omawiane wymienniki oraz na ich skuteczność chłodniczą;
• Zbadano wpływ zmiany stosunku ilościowego przepływu  ¡głównego i pomocniczego na pozyskiwanie wody pitnej przez wymienniki wyparne;
• Przeanalizowano skuteczność chłodniczą wymienników o różnych schematach przepływu powietrza;
• Przedstawiono wady i zalety każdego z nich; ¡Przedstawiono różne warianty zastosowań rekuperatorów  ¡w zależności od schematu przepływu powietrza pomocniczego i głównego;
• Zaproponowano metody podwyższenia pozyskiwania wody  przez jednostki wyparne  Oznaczenia jak w części pierwszej artykułu

LITERATURA

[1] PAWŁOWSKI M: Woda jako źródło życia i konfliktów zbrojnych. Artykuł w wydaniu internetowym, na stronie www.politykaglobalna.pl

[2] ANISIMOV S., BOLOTIN S.: Badania krzyżowych wymienników ciepła do pośredniego ochładzania powietrza. Wiadomości Międzynarodowej Akademii Nauk Ochrony Środowiska. Ochrona Powietrza Atmosferycznego. 1996. Nr. 2.

[3] ANISIMOV S., PANDELIDIS D.: Numerical study of the cross-flow heat and mass exchanger for indirect evaporative cooling. Proceedings of the Xth International Scientifi c Conference „Indoor Air and Environment Quality”. Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering. Budapest University of Technology and Economics. Russian Academy of Architecture and Civil Engineering Science. Budapest. Hungary, 2012.

[4] PANDELIDIS D., POLUSHKIN V.: Wymienniki do pośredniego ochładzania powietrza za pomocą odparowania cieczy. Współczesne Metody i Techniki w badaniach Systemów Inżynieryjnych. Wrocław, 2011.[5] ANISIMOV S., ŻUCHOWICKI J.: Wymiana ciepła i masy w urządzeniach do pośredniego ochładzania powietrza za pomocą parowania wody przy mieszanym schemacie przepływu czynników. Nowe Techniki w Klimatyzacji. Materiały Konferencyjne. Warszawa, 2003.

[6] ANISIMOV S., PANDELIDIS D., Poprawa efektywności solarnych układów klimatyzacyjnych, Rynek Instalacyjny 7-8/2012, pp. 69-74

[7] ANISIMOV S., PANDELIDIS D.: Modelowanie matematyczne wymienników do pośredniego ochładzania powietrza za pomocą parowania cieczy o krzyżowym układzie przepływu czynników. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja. 8/2012. pp. 315–320.

[8] ANISIMOV S., PANDELIDIS D., POLUSHKIN V.: The influence of outdoor air parameters on the effi  ciency of cross-flow indirect evaporative heat exchanger. Civil Engineers Bulletin. Russia, 2012. in press.

[9] ANISIMOV S., PANDELIDIS D., POLUSHKIN V.: Use of indirect evaporative coolers in solar air conditioning units. Recent developments in science and education. Russia, 2012.[10] ANISIMOV S., PANDELIDIS D.: Efektywność wyparnego ochładzania powietrza. Chłodnictwo & Klimatyzacja. 7/2012. pp. 40–43.