ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОСВЕННО-ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХА Цимерман А. Б. В предлагаемой статье изложены некоторые результаты многолетних работ автора в области испарительного охлаждения воздуха. На основе этих работ созданы и освоены в производстве высокоэффективные, экономичные и экологически безопасные испарительные воздухоохладители различных схемных решений и конструкций. Дефицит энергоресурсов и нарастающие угрозы загрязнения окружающей среды заставляют всё чаще обращаться к возобновляемым энергоресурсам, обязанным своим существованием солнечной радиации. Одним из таких энергоресурсов является природная неравновесность атмосферного воздуха, как смеси сухих газов и водяных паров, которая выражается через разность температур между температурами сухого и мокрого термометров (tс – tм) – психрометрическую разность температур. В развитых странах одним из основных потребителей энергии являются установки кондиционирования воздуха, в которых для охлаждения воздуха используются энергоёмкие компрессионные холодильные машины. Вместе с тем в жарких и сухих районах Земли психрометрическая разность температур в летний период может достигать 25ºС, и её целесообразно использовать в установках кондиционирования воздуха для производства холода. Использование для этой цели в летний период традиционных холодильных машин приводит к значительным затратам электроэнергии и, следовательно, топливных ресурсов. Охлаждение воздуха при непосредственном контакте с водой (адиабатическое или изоэнтальпийное) не является холодопроизводящим процессом, т.к. теплосодержание воздуха в этом процессе не изменяется. Процесс получения холода за счёт использования психрометрической разности температур простейшим образом реализуется в установках косвенно – испарительного охлаждения воздуха, где воздух охлаждается сухой поверхностью, которая с противоположной стороны охлаждается испаряющейся водой. Для осуществления процессов переноса тепла и влаги при косвенно-испарительном охлаждении воздуха необходимым является наличие двух потоков воздуха:
полезного основного потока, тепло от которого отводится конвективным путём через разделяющую стенку теплообменника без непосредственного контакта с водой. Этот воздух охлаждается со снижением его теплосодержания и подаётся в кондиционируемое помещение; вспомогательного потока, в котором происходит испарение воды, воспринявшей тепло через разделяющую стенку от основного потока. Процесс во вспомогательном потоке протекает с увеличением влагосодержания и теплосодержания воздуха, поэтому этот воздух не пригоден для целей охлаждения помещений и выбрасывается наружу. Температура испаряющейся воды в установках косвенно-испарительного охлаждения воздуха всегда выше температуры точки росы начальной температуры охлаждаемого воздуха. Именно поэтому процесс его охлаждения протекает при постоянном влагосодержании.
В существующих косвенно-испарительных воздухоохладителях теоретическим пределом охлаждения является температура мокрого термометра охлаждаемого воздуха. Вместе с тем, мы можем предложить такую каскадную схему (1), когда часть охлаждённого по линии постоянного влагосодержания d=const воздуха используется после его адиабатического увлажнения для последующего сухого охлаждения оставшейся части воздуха.