Przykłady instalacji klimatyzacyjno-odsalających przedstawiono na rysunku 1. Powietrze o parametrach 1 jest czerpane z zewnątrz do systemu. Po przejściu przez suchy kanał wymiennika wyparnego jest ochładzane przy stałej zawartości wilgoci do stanu 2. Następnie strumień jest rozdzielany (rys. 1a): cześć powietrza dostarczana jest do pomieszczenia (po ewentualnym dochłodzeniu na wymienniku przeponowym do stanu 3), a część prowadzona jest do pomocniczego kanału jednostki wyparnej, gdzie ochładza przepływ główny i nawilża się wodą do stanu 5. Nasycony przepływ roboczy transportowany jest następnie do sekcji kondensacji, gdzie zostaje ochłodzony i osuszony do stanu 6. Uzyskana w ten sposób woda odprowadzona zostaje do zasobnika, a zimne powietrze wykorzystywane jest do klimatyzacji pomieszczeń. W przypadku, gdy część budynku nie wymaga dużych ilości świeżego powietrza, natomiast generuje duże zyski ciepła (np. serwerownie), można wykorzystać system oparty na wymienniku przeciwprądowym (rys. 1b). W tej sytuacji cały strumień po ochłodzeniu w wymienniku wyparnym i ewentualnym dochłodzeniu na chłodnicy przeponowej dostarczany jest do pomieszczenia. Po asymilacji zysków ciepła i wilgoci (osiągnięty stan 4 na rys. 1b) zostaje z niego usunięty i przetransportowany do sekcji pomocniczej wymiennika wyparnego, gdzie nawilża się słodką wodą i akumuluje ciepło od powietrza w kanale suchym, osiągając stan 5. Następnie przepływa przez sekcję kondensacji (stan 6) i jest wykorzystywany do asymilacji zysków ciepła w klimatyzowanych pomieszczeniach. W przypadku, gdy temperatura osuszonego powietrza jest zbyt niska, można za-stosować recyrkulację powietrza z pomieszczenia lub dodatkowe podmieszanie strumienia nawiewanego z powietrzem zewnętrznym (rys. 1a, b, c, d).

Rys. 3. Charakterystyka wypełnień analizowanych wymienników: a) ogólna charakterystyka - kanał mokry i suchy,b) przykład używanych oznaczeń dotyczących parametrów wypełnienia - wymiennik przeciwprądowy

Z powodu coraz większego zainteresowania systemami klimatyzacyjno-odsalającymi, istotna stała się analiza pracy wymienników wyparnych, będących „sercem” całego systemu, umożliwiająca optymalizację procesów wymiany ciepła i masy w kanałach wypełnienia oraz określenie najbardziej skutecznego, dla zadanych warunków klimatycznych, schematu przepływu powietrza. Najskuteczniejszym narzędziem do optymalizacji i porównania różnych wymienników jest analiza teoretyczna za pomocą modelu matematycznego. Takie rozwiązanie umożliwia uzyskanie dokładniejszych wyników niż podczas pomiarów na stanowisku badawczym. Dzieje się tak z powodu niedoskonałości metod eksperymentalnych, spowodowanych niedokładnością przyrządów pomiarowych oraz niewielkimi wymiarami rekuperatorów, co uniemożliwia dokładny pomiar parametrów termodynamicznych w kanałach wypełnienia. Ponadto model matematyczny pozwala na symulację pracy jednostki dla dowolnych parametrów powietrza zewnętrznego, co nie jest możliwe w rzeczywistym układzie pogodowym, gdyż jest on zależny od zmieniających się warunków atmosferycznych. Dlatego autorzy stworzyli oryginalne ε-NTU-modele [3-10] obrazujące pracę wymienników wyparnych - krzyżowego, współprądowego, przeciwprądowe-go i regeneracyjnego (rys. 2.), które zostaną poddane analizie porównawczej w niniejszym artykule.

Model wymiany ciepła i masy (..)

W następnej części artykuły zostaną wyniki wielowariantowych badań numerycznych, przedstawione zostaną wady i zalety każdego z rozpatrywanych wymienników oraz przeanalizowany zostanie wpływ parametrów termodynamicznych powietrza dostarczonego do rekuperatorów na efektywność chłodniczą oraz na skuteczność pozyskiwania wody pitnej.

Literatura:

[1] PAWŁOWSKI M.: Woda jako źródło życia i konfl iktów zbrojnych, artykuł w wydaniu internetowym. 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 nr 2. 1996.

[3] ANISIMOV S., PANDELIDIS D.: Numerical study of the cross-fl ow 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 infl uence of outdoor air parameters on the efficiency 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.