Vlaženje na preprost način:
Kako deluje adiabatno hlajenje?
1. Dejavniki, ki vplivajo na doseganje učinka hlajenja
V posrednem hlajenju z izhlapevanjem to izhlapevanje vode poteka na strani za izhodni zrak klimatske naprave, kar povzroči, da se topli zunanji zrak ohlaja prek kasnejše rekuperacije toplote. Zmožnost hlajenja zunanjega zraka je odvisna od količine izhlapele vode na strani izhodnega zraka kot tudi od zasnove in učinkovitosti uporabljenega sistema za rekuperacijo toplote. Izstopni zrak se lahko navlaži na raven blizu nasičenosti brez povečanja vlage v vhodnem zraku.
Poleg hitrosti, pri kateri zrak potuje skozi hladilnik za izhlapevanje, je količina izparele vode in posledično doseženo hlajenje odvisno od stanja izstopnega zraka, ki vstopi v hladilnik za izhlapevanje.
Ključni elementi pri tem so:
Teoretična meja hlajenja z izhlapevanjem je dosežena pri polni nasičenosti zraka z vodo, to je pri relativni vlažnosti 100 %. Povečevanje vlažnosti do vrednosti v območju od 92 % do 95 % je realno v klimatskih sistemih pri ekonomsko upravičenih stroških, odvisno od zasnove hladilnika za izhlapevanje, ki se uporablja.
2. Prihranki energije pri posrednem hlajenju z izhlapevanjem v klimatskih sistemih
Smiselnost zahtev po energiji za hlajenje stavbe v glavnem določata faktor sončnega sevanja in tudi notranje toplotne obremenitve, ki so posledica prisotnosti ljudi, opreme in razsvetljave. Odvisno od stanja zunanjega zraka in obstoječih notranjih virov vlage je za ohranjanje dovoljene vlažnosti potrebna tudi latentna energija hlajenja.
Posredno hlajenje z izhlapevanjem je primerno za smiselno hlajenje vstopnega zraka. Poleg tega latentno hlajenje, ki je potrebno za razvlaževanje ali razumno hlajenje presega potencial hlajenja z izhlapevanjem, zato mora hlajenje zatem biti izvedeno z mehanskim in ustrezno manjšim hladilnikom. V primerno zasnovanem sistemu se s pomočjo posrednega hlajenja z izhlapevanjem prihrani veliko več električne energije za pogon mehanskega hlajenja, kot jo potrebujemo za premagovanje dodatne izgube tlaka na zračni strani skozi izhodni ventilator.
V fazi načrtovanja je mogoče ugotoviti, koliko energije se lahko regenerativno in dejansko prihrani s posrednim hlajenjem z izhlapevanjem iz simuliranega izračuna, ki vključuje delovanje klimatskega sistema na lokaciji zadevne stavbe. V simulacijo morajo biti vključena vsa stanja zunanjega zraka tekom leta kot tudi pomembni projektni parametri klimatskega sistema.
3. Primer izračuna za simuliran klimatski sistem
Simulacija klimatskega sistema, ki uporablja posredno hlajenje z izhlapevanjem
Zdaj lahko prikažemo prispevek energije posrednega hlajenja z izhlapevanjem z uporabo izračuna vzorčne simulacije za vzorčno stavbo. To pomeni, da z uporabo meteoroloških krajevnih podatkov, izračunamo skupno delo, ki je dejansko potrebno, da se vzorčna stavba ohladi, in kolikšen je prispevek posrednega hlajenja z izhlapevanjem za stavbo čez leto. Rezultati se lahko nato uporabijo kot realistična osnova za pravilno načrtovanje velikosti sistema in oceno stroškovne učinkovitosti tega ukrepa za zagotavljanje učinkovitosti med projektiranjem sistema.
Sistemski parametri za vzorčno stavbo
Izračun simulacije je bil izveden za strukturno namestitev klimatske naprave, ki je prikazana na sliki 1, kjer so kot način hlajenja uporabljeni temperaturni profili in parametri, prikazani na sliki 2. Sistem deluje s poletno kompenzacijo za temperaturo zraka v prostoru in z enakomernim postopnim nižanjem temperature vstopnega zraka. Na primer rekuperacija toplote se opravlja s ploščatim toplotnim izmenjevalnikom brez prenosa vlage s strani za izstopni zrak na stran vstopnega zraka in brez puščanja. Med pretokom vstopnega zraka in pretokom izstopnega zraka se predvideva, da je razmerje 1:1.
| Za naslednje parametre načrtovanja, ki so pomembni za simulacijo sistema, se domneva: | |
|---|---|
| Pretok zraka klimatske naprave: | 52.500 m³/h |
| Uporaba v dnevih na teden: | 7 dni |
| Začetek uporabe: | 6:00 h |
| Povečanje vlažnosti v prostoru: | 1,0 g/kg |
| Minimalna/maksimalna vlažnost zraka v zaprtih prostorih: | 40/65% rel. vlaž. |
| Diferencialna vrzel v hlajenju z izhlapevanjem: | 1,0 K |
| Faktor učinkovitosti vlaženja: | 94% |
| Učinkovitost rekuperacije toplote: | 0,75 |
Skupni letni prispevki energije se izračunajo iz vsote posameznih rezultatov, določenih za vsako uro v letu s simulacijo. Izračuni temeljijo na statističnih podatkih za določen kraj iz globalne meteorološke zbirke podatkov Meteonorm Version 6.1 za pet lokacij: Berlin, München, Stuttgart, Dunaj in Bregenz.
Razprava o rezultatih simulacije
Simulacija jasno ponazarja hlajenje, opravljeno čez leto, in njegovo delitev na mehansko hlajenje, posredno hlajenje z izhlapevanjem in rekuperacijo toplote. Zmanjševanje obremenitve zaradi rekuperacije toplote iz izpušnih plinov stavbe je majhna glede na to, da je izkoristek izbranega sistema za rekuperacijo toplote enak 0,75 zaradi nizke efektivne temperaturne razlike med hlajenjem. Vendar, če pride do dodatnega padca temperatura za izhodni zrak, ki nastane zaradi posrednega hlajenja z izhlapevanjem, to povzroči opazno povečanje njegovega prispevka energije.
Rezultati simulacije, ki temeljijo na zbirki podatkov za normalna poletja, prikazuje povprečne prispevke energije med dolgoročnim obratovanjem sistema, zato so primerni za ocenjevanje dosegljivega prihranka energije preko posrednega hlajenja z izhlapevanjem in njegove stroškovne učinkovitosti. Če pogledamo, kako velike so spremembe stanja zunanjega zraka čez leto, hitro postane jasno, da mora oprema za hlajenje zagotoviti ustrezno sposobnost hlajenja v vseh stanjih zraka, ki se pojavljajo. Zato je treba za načrtovanje velikosti sistema uporabiti rezultate simulacije, ki temelji na ekstremnih vrednostih za topla poletja. Če je poleg tega treba upoštevati še prihodnje podnebne razmere, lahko uporabite model simulacije z meteorološkimi podatkovnimi bazami za prihodnost, če so ustrezno reprezentativne.
Rezultati simulacije se nanašajo na vzorčni klimatski sistem na 5 izbranih mestih. Prispevek energije pri posrednem hlajenju z izhlapevanjem bistveno zmanjšuje potrebo po hlajenju z uporabo mehanskega hladilnika za ohlajevanje stavbe.
| QK(32°C, 40% rel. vlaž.) | Skupna zmogljivosti hlajenja pri standardnih pogojih |
| QK, skupno* | Skupna zmogljivost hlajenja (ekstremna vrednost) |
| QK, mehansko* | Zmogljivost mehanskega hlajenja (ekstremna vrednost) |
| QK, izhlapevanje + rekuperacija toplote* | Zmogljivost regenerativnega hlajenja (ekstremna vrednost) |
| WK, skupno | Skupna proizvedena energija hlajenja na leto (povprečna vrednost) |
| WK, mehansko | Delež energije za mehansko hlajenje (povprečna vrednost) |
| WK, izhlapevanje | Deleže energije za posredno hlajenje z izhlapevanjem (povprečna vrednost) |
| WK, rekuperacija toplote | Prispevek energije rekuperacije toplote (povprečna vrednost) |
| ηReg | Delež regenerativne energije (povprečna vrednost) |
Kot simulacija prikazuje, posredno hlajenje z izhlapevanjem vodi do znatnih prispevkov regenerativne energije. Jasne razlike se pokažejo pri vremenskih podatkih za izbrana mesta, ki imajo sicer enako zasnovo sistema. V nekaterih regijah je prisotna večja vlažnost zraka, kar zahteva več razvlaževanja, zato je tam prispevek energije sorazmerno nižji. To je jasno razvidno v mestu Bregenz, kjer je podnebni vpliv ustrezen zaradi neposredne lokacije mesta na vzhodni obali bodenskega jezera. Celotni regenerativni delež prihaja iz vsote prispevkov energije iz posrednega hlajenja z izhlapevanjem in rekuperacije toplote. Na izbranih lokacijah za stavbo se lahko delež zviša do 40 % in
56,6 % skupne letno proizvedene energije hlajenja.
Vprašanje stroškovne učinkovitosti
Največja ovira pri uporabi obnovljivih virov energije je njihova stroškovna učinkovitost. Ukrepi za učinkovitost, kot je posredno hlajenje z izhlapevanjem, morajo biti dobičkonosni. Prekoračitev stroškov med fazo naložbe se mora povrniti s prihranki ciljnih stroškov med obratovanjem. Ta izravnava računov mora biti izvedena za vsako stavbo. Če je simulacija sistema zanesljiva, so razmerja pregledna, kar omogoča realno primerjavo s klasičnimi ukrepi za hlajenje stavb.