Использование естественных источников холода для охлаждения и осушения воздуха в СКВ

В публикации рассматриваются применение естественных источников холода — льда, артезианской или грунтовой вод — для охлаждения и осушения воздуха в СКВ.

Источник холода выбирают исходя из возможности получения требуемых параметров воздуха с помощью того или иного источника холода, а также в зависимости от местных условий, наличия необходимых площадей для размещения холодильного оборудования, его дефицитности, возможности размещения бунтов льда, бурения скважины и качества получаемой при этом воды и т. п.

Окончательно источник холода выбирают, сравнивая возможные варианты.

Применение льда

Основным недостатком систем с водяным охлаждением является их громоздкость. Так, для установки кондиционирования воздуха, предназначенной для работы в течение 100 летних дней по 8 ч со средней производительностью 230 кВт, требуется наморозить в течение зимы бунт объемом 2200 м3, для размещения которого требуется площадка размером 20 x 60 м. Разместить такую площадку не всегда возможно как в связи с большой занимаемой площадью, так и по архитектурным соображениям, Поэтому такие установки применяют в основном для технологического кондиционирования воздуха, например на молокозаводах.

Применение артезианской и грунтовой вод

Возможность использования артезианских и грунтовых вод для этих целей определяется водоносностью почвенных горизонтов, температурой воды, ее химическим и бактериальным составом, жесткостью и пр. Из перечисленных свойств температура является основным фактором при решении вопроса о пригодности артезианских и грунтовых вод для применения в СКВ, поскольку для осуществления заданного процесса охлаждения и осушения воздуха температура точки росы воздухоохладителя должна быть достаточно низкой, поэтому артезианская вода должна быть тем холодней, чем более низкая температура должна поддерживаться в кондиционируемом помещении и чем большей является нагрузка на систему по скрытой теплоте (от влагопритоков). Так, для местности с расчетной температурой наружного воздуха 35°С и относительной влажностью 35-40% в жилых и общественных зданиях, поддерживают температуру около 27°С при относительной влажности 50-55%. При обычных соотношениях, тепло- и влагопритоков (т. е. нагрузок по явной и скрытой теплоте) температура воздуха на выходе из воздухоохладителя должна быть около 15°С, что достигается применением воды, начальная температура которой 11-12°C.

Если же расчетная температура наружного воздуха 27- 28°С при относительной влажности 45 — 50%, то в зданиях поддерживают температуру 24° С при влажности 50 — 55%. Необходимая температура точки росы на выходе из воздухоохладителя должна быть снижена до 11-12°С. Для этих условий вода с начальной температурой 11-12° С, которую мы раньше считали пригодной, является слишком теплой. В этом случае необходима вода с температурой не выше 9°С. Даже незначительное повышение начальной температуры воды приведет к резкому ухудшению влажностного режима внутри помещения. Это относится главным образом к помещениям с высокой удельной нагрузкой по скрытой теплоте (с большими влаговыделениями) — театрам, кинотеатрам, залам заседаний, торговым залам ресторанов и т.п.

При использовании в качестве воздухоохладителя форсуночной камеры, где вода непосредственно контактирует с воздухом, артезианская вода должна быть питьевого качества. Высокое содержание в воде соединений железа недопустимо, так как в присутствии воздуха закись железа осаждается в большом количестве, что приводит к быстрому засорению распылительных форсунок и трубопроводов.

Необходимость применять только воду питьевого качества заставляет бурить глубокие скважины несмотря на то, что чем глубже скважина, тем она дороже и тем выше температура получаемой артезианской воды.

Вторым недостатком схем с использованием артезианской воды в форсуночной камере является очень большой расход воды на каждый киловатт холодопроизводительности, так как подогрев воды в форсуночной камере небольшой (2-4°С). Так, в СКВ кинотеатра на 3000 посадочных мест, расположенного в центре Москвы, холодонагрузка составляет около 1000 кВт; при этом объемный расход артезианской воды должен быть равен 300-350 м3/ч, что связано с необходимостью бурения трех скважин на расстоянии 250-300 м друг от друга. Очень высокая стоимость такой СКВ, а также техническая трудность размещения скважин очевидны.

Удешевление системы может быть достигнуто только за счет меньшего потребления артезианской воды при прохождении через воздухоохладитель. Этому условию отвечают воздухоохладители поверхностного типа, в которых вода может подогреваться на 8-10°С и более. Для этого теплообменник должен иметь большую глубину, чем обычно. Поскольку в поверхностном воздухоохладителе нет непосредственного контакта воздуха с водой, то вода необязательно должна быть питьевого качества, лишь бы температура была достаточно низкой. Это позволяет использовать в СКВ грунтовые воды, залегающие на небольшой глубине, воды горных рек и т.п. Так как в крупных СКВ обычно невозможно получить достаточное количество артезианской воды низкой температуры, чтобы полностью удовлетворить потребность в холоде, широкое распространение получили комбинированные системы, где наряду с артезианской водой используются холодильные установки. Эти системы можно подразделить на две основные группы: системы с предварительным охлаждением воздуха и системы с предварительным охлаждением артезианской воды из скважин.

В системах с предварительным охлаждением воздуха артезианская вода используется в воздухоохладителе первой ступени, а во второй ступени используется, воздухоохладитель непосредственного охлаждения либо воздухоохладитель, питаемый искусственно охлажденной водой или рассолом (рис. 2, а). Данную систему применяют в тех случаях, когда располагают небольшим количеством артезианской воды достаточно низкой температуры. Эту воду, нагретую в первой ступени охлаждения воздуха целесообразно использовать еще раз, например для охлаждения конденсаторов холодильных машин, после чего она может быть сброшена в канализацию или обратно в грунт (в водоносный слой).

Для того чтобы как можно полнее использовать охлаждающую способность артезианской воды, после первой ступени охлаждения вода поступает не непосредственно в конденсатор, где может быть подогрета только на 4-5°С, а в промежуточный бак, куда также сливают основную часть отепленной воды после конденсатора. В результате смешения обоих потоков артезианская вода нагревается на 20-25°С, а конденсаторная вода охлаждается на 4-5°С, после чего смесь, самостоятельным насосом направляется в конденсатор для его охлаждения.

Если в распоряжении имеется достаточно большое количество артезианской воды, но сравнительно высокой температуры, следует применить схему с предварительным охлаждением артезианской воды (рис. 2, б).

Так, если на каком-нибудь объекте с расчетными климатическими параметрами Московской области (t_н = 28 ° С, φ_н = 40%) есть в достаточном количестве артезианская вода с температурой 11°С, непригодная для прямого использования в кондиционере, ее можно предварительно охладить на 4°С с помощью холодильных машин, затем направить в поверхностный воздухоохладитель, где она нагревается на 8°С, после чего, как и в предыдущем случае, использовать для охлаждения конденсатора. При этом применение схемы с баком конденсаторной воды уже не может уменьшить расход артезианской воды, поскольку он определяется потребностью кондиционера в холодной воде. Поэтому артезианскую воду после кондиционера под остаточным давлением пропускают через конденсатор и сбрасывают в диффузионную скважину или в канализацию.

В указанной системе производительность холодильной станции не зависит от холодонагрузки на СКВ, а определяется только тем — на сколько градусов необходимо охладить артезианскую воду для должного осушения воздуха.

Артезианская вода, используемая в комбинированных схемах, не должна быть слишком жесткой, так как при жесткости свыше 20 ед. происходит засорение трубок конденсаторов осаждающимися солями, что вызывает повышение температуры конденсации. Схема циркуляции артезианской воды по возможности должна быть замкнутой, без разрыва струи после кондиционеров и после конденсаторов холодильных машин — чиллеры.

В случае применения сборных баков для холодной артезианской воды их вместимость следует принимать из расчета автоматического включения насосов не более 6 раз в час.

Источник — holodilshchik.ru