Новые материалы в технике косвенно-испарительного охлаждения воздуха



Скачать 99.31 Kb.
Дата30.04.2013
Размер99.31 Kb.
ТипДокументы


Новые материалы в технике косвенно-испарительного охлаждения воздуха.
В настоящее время охлаждение воздуха в жилых и производственных помещениях осуществляется в основном кондиционерами, использующими компрессию фреонов. Удобство и универсальность этого метода не лишают его недостатков, связанных с высокими энергозатратами, экологическими рисками, опасностью простудных заболеваний, а также с необходимостью квалифицированного ремонта и обслуживания оборудования. Известно и другое решение этой задачи – косвенно-испарительное охлаждение воздуха, основанное на использовании теплоты испарения воды [1]. Теоретически испарение 1 кг воды эквивалентно охлаждению 100 м3 сухого воздуха приблизительно с 400С до 220С. На практике, в зависимости от конкретных условий, достигается снижение температуры воздуха на 6-150С. Такие устройства охлаждения воздуха характеризуются низкими энергозатратами (в 4–5 раз меньше, чем у фреоновых кондиционеров), экологической безопасностью, безопасностью охлажденного воздуха, простотой технического обслуживания и ремонта. Несмотря на эти преимущества косвенно-испарительный метод охлаждения воздуха очень мало применяется в нашей стране.

ФГУП «ГНПП «Сплав», г. Тула с 2006 г. производит установки косвенно-испарительного охлаждения воздуха, которые успешно применяются в технических помещениях и в кабинах машинистов поездов Московского метрополитена [2-3]. Процесс тепломассообмена в этих устройствах реализуется в многочисленных чередующихся каналах, через которые нагнетается наружный воздух. При этом часть воздуха (основной поток) проходит через «сухие» каналы и охлаждается за счет теплообмена со смежными «влажными» каналами. Второй (вспомогательный) поток воздуха двигается по «влажным» каналам вдоль испаряющей воду поверхности, на которой и происходит снижение температуры (Рис.1-2). Далее охлажденный воздух из «сухих» каналов направляется потребителю, а насыщенный влагой вспомогательный поток сбрасывается в атмосферу. Вода поступает на испаряющую поверхность по листам специального капиллярно-пористого материала, погруженных нижним краем в воду (Рис.2). Капиллярно-пористый материал играет ключевую роль в работе установки охлаждения, поэтому к его качеству предъявляется ряд жестких требований:

  1. Высокие скорость капиллярного подъема влаги и водопоглощение (т.е. предельное количество воды, которое способен удерживать 1 г материала) – необходимы для поддержания увлажненного состояния листа материала по всей высоте.

  2. Водостойкость (отсутствие набухания в воде и сохранение работоспособности в условиях воздействия микроорганизмов, грибков, а также при накоплении солей жесткости) – необходима для обеспечения долговременной автономной работы установки).

  3. Умеренная цена, доступность сырья, отсутствие выделения вредных веществ, экологическая чистота производства.

png" name="graphics1" align=left hspace=12 width=310 height=319 border=0>

Рис.1. Схема работы установки косвенно-испарительного охлаждения воздуха.

1. Корпус. 2. Поддон с водой. 3. Патрубок для подачи наружного воздуха. 4. Патрубок для выхода основного потока воздуха (потребителю). 5. Патрубок для выхода вспомогательного потока воздуха (в атмосферу). 6. «Влажные» каналы 7. «Сухие» каналы. 8 Пакеты листов капиллярно-пористого материала, 9. Заглушки. Каналы 7 сообщаются с патрубком 4, а каналы 6 с патрубком 5.




Рис.2. Устройство и схема работы тепломассообменной ячейки установки косвенно-испарительного охлаждения воздуха.

1. «Влажный» канал, 2. Капиллярно-пористый материал, 3. «Сухой» канал, 4 – Теплообменные стенки каналов, 5 – Емкость с водой, 6 – Направления движения воздуха в каналах.

В качестве капиллярно-пористых иногда используются материалы, предназначенные для изготовления сепараторов аккумуляторов (фирмы Daramic, Hollingworth & Vose и др.). Производились такие сепараторы и в СССР: мипласт, поровинил, пористый полиэтилен (ПЭ). Общий подход к их получению: либо спекание заранее гидрофилизированного порошка полимера, либо формование полимерной композиции, содержащей растворимые компоненты, с последующим их вымыванием и образованием пористой структуры. Смачиваемость изделия достигается обработкой растворами ПАВ [4-5]. Эксплуатация сепараторов в установках косвенно-испарительного охлаждения воздуха выявила ряд присущих им недостатков:

  1. Ограниченная производительность установок охлаждения, связанная с низкими скоростью капиллярного подъема и водопоглощением материала (обычно не более 18 см за 30 мин и 90 – 260% соответственно). Особенно сильно этот недостаток проявляется при большом расходе воды на испарение в условиях высокой температуры и/или низкой влажности.

  2. Быстрое ухудшение капиллярных свойств материала из-за отложения в его порах солей жесткости.

  3. Недостаточная водостойкость материала в условиях длительной автономной работы установки из-за вымывания ПАВ (мипласт, поровинил) или биологического разложения целлюлозы (Daramic, Hollingsworth & Vose).

Анализ перечисленных недостатков показал, что они обусловлены составом, структурой и способом получения этих материалов. Так, низкая скорость капиллярного подъема воды связана с завышенным эффективным диметром капилляров и недостаточной смачиваемостью их поверхности. Негативную роль может также играть ограниченное сообщение между порами, т.н. «закрытость» пор. На величину водопоглощения отрицательно влияет низкая пористость, обычно не более 30-80%. Скорость ухудшения капиллярно-пористых свойств зависит от величины активной поверхности, которую блокируют выпадающие соли, а скорость вымывания определяется химической природой ПАВ и материала.

Таким образом, высококачественный материал для установок косвенно-испарительного охлаждения воздуха должен обладать следующими параметрами: а) оптимальный эффективный диаметр пор, б) высокая и стойкая в воде гидрофильность поверхности, в) «открытость» пор г) развитая активная поверхность. Задача создания такого материала решалась двумя путями: гидрофилизация пористого ПЭ и создание принципиально нового материала.

Было установлено, что высокую и стойкую к вымыванию гидрофилизацию пористого ПЭ обеспечивает ультразвуковая обработка растворами фторорганических веществ группы флактонитов [6-7]. Испытания показали, что скорость капиллярного подъема воды в таком материале превосходит этот показатель для ПЭ, содержащего технический углерод, при близком уровне водопоглощения, (Табл.1). Водостойкость материала – не менее 6 месяцев непрерывной эксплуатации. Отметим также экологическое преимущество этой технологии – отказ от применения технического углерода.

При поиске новых капиллярно-пористых материалов наше внимание привлекли композиции на основе минеральных волокон. Известно, например, что стекло очень хорошо смачивается водой, а маты из хаотически расположенных стеклянных волокон со средним диаметром 0,35 мкм имеют удельную активную поверхность до 50 м2/г [8]. Очевидно также, что между волокнами существуют значительное свободное пространство. Следовательно, хорошими капиллярно-пористыми свойствами может обладать композиция минеральных волокон с микронными и субмикронными диаметрами, при условии достаточного контакта и сцепления волокон. Кроме того, композиция должна иметь листовую форму. Эта сложная задача была решена группой специалистов Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии под руководством д.т.н. В.К. Дубового, создавших на основе доступного отечественного сырья «Композиционный материал для специальной техники» (КМСТ) [9]. Была также создана экологически чистая, высокопроизводительная технология, близкая к технологии производства бумаги, выпущены промышленные партии этого материала.

Сравнительная характеристика свойств изученных капиллярно-пористых материалов представлена в Табл.1 и на Рис.3, данные которых показывают существенные преимущества КМСТ перед аналогами. Новый, более высокий







Рис.3. Временная зависимость капиллярного подъема водопроводной воды в вертикально расположенных образцах материалов, температура 250С:

1. Пористый ПЭ, содержащий 0,5% вес. технического углерода, 2. Сепаратор фирмы Daramic 3. Композиционный материал для специальной техники на основе стеклянных волокон 4. Сепаратор TREUH 040 фирмы Hollingsworth and Vose.




Рис. 4. Внешний вид установки косвенно-испарительного охлаждения воздуха мощностью 5000 м3/час, в которой использован композиционный материал для специальной техники ТУ 5445-055-00281097-2008




Таблица 1. Сравнительная характеристика свойств капиллярно-пористых материалов для установок косвенно-испарительного охлаждения воздуха.

Наименование

материала

Высота капиллярного подъема воды, см при 250С за время:

Водопоглощение, %

Примечания


10 мин

20 мин

30 мин

Пористый ПЭ, с 0,5% вес. техн. углерода ТУ 6-55-221-1980-93, РФ.

13,5

16,5

18,0

80 – 90

Водостоек

Поровинил, ТУ 6-19-124-86, РФ

6,0

9,0

10,0

230 – 260

Ограниченно водостоек, «закрытые» поры

Мипласт ТУ 6-05-1185-75, РФ

7,2

8,6

9,0

100 – 130

Ограниченно водостоек, «закрытые» поры

Материал TREUH 040 фирмы Hollingsworth & Vose, Великобритания

13,5

18,0

22,5

700 – 800

Не водостоек. Содержит целлюлозу

Материал фирмы Daramic, Германия

14,3

18,5



600 – 700

Не водостоек. Содержит целлюлозу

Пористый ПЭ, гидрофилизированный флактонитом К-9

13,5 – 14,8

16,2 – 17,6

17,5 – 19,8

70 – 80

Водостоек

Композиционый материал для специальной техники ТУ 5445-055-00281097-2008, РФ

16,6 – 19,7

18 – 23

>25

600 – 900

Водостоек

уровень капиллярно-пористых свойств КМСТ открывает возможность применения этого материала для конструирования тепломассообменных блоков увеличенной высоты и холодопроизводительности. К числу достоинств КМСТ относятся химическая стойкость (кислоты, окислители, коррозионноактивные среды) и термостойкость. Такие свойства нового капиллярно-пористого материала открывают возможность использования косвенно-испарительного метода для охлаждения газов, содержащих химически агрессивные компоненты. Такие установки могут быть востребованы в химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Интерес представляют также результаты испытания нового капиллярно-пористого материала в особо жестких условиях эксплуатации. В этих экспериментах образец КМСТ, закрепленный вертикально и погруженный нижней частью в воду, подвергался воздействию продольного потока воздуха со следующими параметрами: температура 50 – 550С, относительная влажность 15 – 30%, скорость движения 4 – 6 м/сек. Установлено, что в этих условиях не менее 20 см материала над уровнем воды сохраняет увлажненное состояние. Эти данные позволяют использовать КМСТ в установках охлаждения воздуха, работающих в жарком засушливом климате или в горячих цехах.

Промышленные испытания КМСТ были осуществлены в установках охлаждения воздуха мощностью от 300 до 10 000 м3 /час (Рис.4). Эти установки в течение 2 лет эксплуатируются в автономном режиме в технических помещениях и кабинах машинистов поездов Московского метрополитена.

ВЫВОДЫ


  1. Проведено сравнительное исследование качества ряда капиллярно-пористых материалов для установок косвенно-испарительного охлаждения воздуха с анализом причин их недостатков.

  2. Разработан новый экологически чистый метод получения водостойкого капиллярно-пористого материала на основе пористого полиэтилена.

  3. Разработан новый капиллярно-пористый материал на основе минеральных волокон – КМСТ.

  4. Проведены лабораторные исследования КМСТ, которые показали его существенные преимущества как капиллярно-пористого материала перед изученными аналогами.

  5. Показана возможность создания на основе КМСТ более эффективных конструкций установок охлаждения.

  6. Показана возможность использования КМСТ для установок охлаждения газов, содержащих химически агрессивные компоненты

  7. Установлено, что КМСТ потенциально способен обеспечить работоспособность установок охлаждения в очень жестких условиях, характерных для жаркого сухого климата или горячих цехов.

  8. Разработана простая, экологически чистая технология производства КМСТ, базирующаяся на доступном отечественном сырье.

  9. Выпущены промышленные партии КМСТ.

  10. Успешно проведены промышленные испытания КМСТ.

Литература.

  1. Кокорин О.Я. Установки кондиционирования воздуха. – М.: Машиностроение, 1978. – 264 с.

  2. Анохин В.А., Гаев Д.В., Макаровец Н.А. // Новые технические системы для московского метрополитена, Интеграл, 2008, №1, с. 12–13,

  3. Анохин В.А., Гаев Д.В., Макаровец Н.А// Московский метрополитен: безопасность и комфорт, Глобальная безопасность, 2008, №1-2, с.30–34.

  4. Вишнякова Л.В, Войтович В.К. Файнштейн Р.М. и др./ Способ получения микропористого материала – А.с. СССР №4394, Бюлл. №30 от 15.08.74.

  5. Материал пористый из полиэтилена ТУ 6-55-221-1980-93.

  6. ПАВ фторсодержащие «Флактониты К» ТУ 301-02-48-89.

  7. Макаровец Н.А., Кобылин Р.А., Свиридов Е.Б, Зайцев В.Д., и др. – «Способ получения гидрофильного капиллярно-пористого материала»/ Заявка на патент №2008127111, Россия от 03.07.08.

  8. Дубовый В.К. Стеклянные волокна, свойства и применение. – СПб.: Нестор, 2003. – 130 с.

  9. Композиционный материал для специальной техники ТУ 5445-055-00281097-2008.




Похожие:

Новые материалы в технике косвенно-испарительного охлаждения воздуха iconПрограмма : 39 Новые материалы и нанотехнологии Руководитель программы: д ф. м н., проф. Агекян В. Ф
...
Новые материалы в технике косвенно-испарительного охлаждения воздуха iconВсе пункты в соответствии с jis и стандартами производителя, если иначе не определено
Х-тактный, жидкостного охлаждения, турбонаддувом с охладителем надувочного воздуха
Новые материалы в технике косвенно-испарительного охлаждения воздуха iconНовинка! Гибкие промышленные рукава и воздуховоды "tex"
Современные технологии и новые материалы позволяют изготавливать гибкие шланги, как для подачи воздуха, так и для транспортировки...
Новые материалы в технике косвенно-испарительного охлаждения воздуха iconУрок Оборудование и материалы : проектор, компьютер, цоры с диска «изменение состава воздуха при дыхании»
Оборудование и материалы: проектор, компьютер, цоры с диска «изменение состава воздуха при дыхании» (раздел «Что такое воздух и как...
Новые материалы в технике косвенно-испарительного охлаждения воздуха iconИ образования
Назначение. Резервуар непосредственного охлаждения закрытый роз-1,6 вместимостью 1600 л предназначен для сбора, охлаждения и хранения...
Новые материалы в технике косвенно-испарительного охлаждения воздуха iconПервый проректор но учебной работе
Цель дисциплины изложить основные принципы разработки систем охлаждения различных электронных устройств, а также концепции теплового...
Новые материалы в технике косвенно-испарительного охлаждения воздуха iconПрактическую реализацию изобретений, открывающих новые направления в технике и технологиях

Новые материалы в технике косвенно-испарительного охлаждения воздуха iconОпределение влажности воздуха психрометром ассмана
Абсолютной, или объемной влажностью воздуха β называется количество водяного пара, содержащегося в 1 м3 воздуха (плотность водяных...
Новые материалы в технике косвенно-испарительного охлаждения воздуха iconАктуальность работы
Такие кристаллы найдут применение при создании приборов для анализа и определения концентраций химических и аэрозольных загрязнителей...
Новые материалы в технике косвенно-испарительного охлаждения воздуха iconИнструкция по технике безопасности 7 Предупреждение пожаров 8
Эксплуатационные материалы: лабораторный практикум / А. Д. Синегибская. – Братск: БрГУ, 2011. – 65 с
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org