Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

       В настоящее время проблема энергосбережения в России является актуальной и закрепляется законодательно [5]. Предъявляются повышенные требования к строительным материалам, усиливается контроль за отпуском энергетических ресурсов, устанавливаются новые нормы для систем обеспечения микроклимата. Системы вентиляции и кондиционирования (СВК) характеризуются повышенной энергоёмкостью, металлоёмкостью. Совершенствование оборудования СВК направлено на решение этих актуальных задач.

Цель исследования

На основе литературного обзора контактных аппаратов для тепловлажностной обработки воздуха определим основные направления по совершенствованию их конструктивного исполнения.

Установки СВК могутсодержатьследующиеосновные блоки: фильтры, смесительные камеры, узлы утилизации теплоты, секции тепловлажностной обработки воздуха и др. Универсальным основным элементом является узел тепловлажностной обработки воздуха. Этотепломассообменное устройствоповерхностного или контактного типа. Конструктивное исполнение контактного узлаоказывает большое влияние на энергопотребление. Классификация контактных аппаратов подробно рассмотрена в работе[1]. Наибольшее применение в СКВ получили аппараты контактного типа:камеры форсуночногораспыления и аппараты с орошаемой насадкой (камеры сотового орошения).

Рассмотрим контактные аппараты с орошаемой насадкой (рис.1). В качестве насадочных тел (рис.1а) применяются древесная и металлическая стружка, кольцевая насадка (кольца Рашига, Берля, Палля), керамзит, а также различные пористые материалы. Свободная укладка материала, как правило, применяется в орошаемых насадках высотой до 0,4 м. При увеличении высоты наблюдается проседание смоченного материала в слое и ухудшение эффективности адиабатного увлажнения воздушной среды. Это отсутствует в контактных аппаратах с орошаемой насадкой из гигроскопичного материала,уложенного и связанного в пакет при постоянной форме каналов, например из склеенных листов гофрированного тонкого картона, предварительно пропитанного специальными растворами, которые предотвращают процесс биологического разложения (гниения) (рис.1б).Благодаря применению гигроскопичного материала в орошаемых слоях удаётся получить высокую эффективность процессов адиабатного увлажнения воздушного потока при малых коэффициентах орошения. Вода на орошение материала насадки подаётся через перфорированные лотки (поддон), расположенные сверху.Требуемое давление в водяном контуре при работе насоса определяется, главным образом, высотой подъёма воды к оросительным устройствам.

Рис. 1.Схема контактных аппаратов с насадкой:

а – насыпная насадка; б – насадка из гигроскопичного материала;

1 – верхний поддон; 2 – шаровая/листовая насадка; 3 – нижний поддон;

4 – циркуляционный насос

 

Установлено[4], что при эксплуатации камер сотового орошения расход электроэнергии может быть уменьшен до 35 раз по сравнению с камерами форсуночного распыления.Эффективность работы увлажнителей с орошаемой насадкой, их эксплуатационный ресурс в большой степени зависят от качества воздуха. Имеет место двойной негативный эффект: наличие солей в воде приводит к «засолению» насадки, а остатки пыли и бактерий из воздуха также оседает на ней.

К основным недостаткам камер сотового орошения следует отнести:

·                    «засоляемость» и загрязняемость насадки, что вызывает необходимость производить периодическуюрегенерацию (промывку) или замену насадки;

·                    невозможность полного слива воды при отключении приточной установки, что увеличивает вероятность бактериального заражения воздушной среды;

·                    неравномерное орошение насадки, что ухудшает условия увлажнения и приводит к выносу капель за пределы аппарата;

·                    большую инерционность процесса увлажнения[1].

Основными достоинствами камер увлажнения с орошаемой насадкой являются:

·                    относительная простота конструкции;

·                    дополнительная очистка воздуха от пыли и газов;

·                    снижениепотребляемой мощности насоса в водяном контуре;

·                    компактность.

В этой связи совершенствование и модернизация контактных устройств, с применением орошаемых насадок, представляет практический интерес. 

Для проведения научных исследований, направленных на повышение эффективности контактного аппарата с пленочной насадкой, на кафедре «Теплогазоснабжение и вентиляция» разработан и смонтирован экспериментальный стенд. При конструировании нового контактного узла применен эффект вибрации. Контактный аппарат(рис.2) оснащён механическим вибровозбудителем и упругим основанием. 

При прохождении водной среды по поверхности листовой насадки, в режиме вибрации достигается отрыв частиц воды от стекающего слоя.

Рис. 2.Схема контактного аппарата с насадкой пленочного типа с вибровозбудителем:

1 – вибровозбудитель; 2 – верхний поддон с водой; 3 –листовая насадка; 4 – нижний поддон с водой; 5 – упругое основание; 6 – циркуляционный насос

При этом увеличивается поверхность контакта воздуха и воды. Контакт воздушной среды происходит с плёнкой воды, стекающей по листовой насадке, а также с поверхностью капель, струек воды, образующихся при  вибрации насадки. Это интенсифицирует массоперенос водяных паров в воздушный поток. Согласно уравнению массообмена количество диффундируемого вещества пропорционально поверхности массопереноса

dM=κdF∆cр.dτ,                                                          (1)

гдеdM – количество диффундируемого вещества (паров воды), кг;κ – коэффициент массопередачи, с/м; dF -  приращение поверхности массопереноса, м2; ∆cр. – средняя движущая сила,Па; dτ – продолжительность контакта рабочих сред, с.

            Для описания работы контактного узла в режиме вибрации и выбора режимных параметров рассмотрим основные уравнения процесса колебания материальной частицы. Характеристиками вибровозбудителя являются частота и амплитуда колебаний [2; 3].

            Колебания рабочего органа происходят согласно синусоидальному закону. Координата () колеблющейся точки рабочего органа (контактного аппарата)отсчитывается от её среднего положения и связана с текущим значением времени (τ) выражением[2]

,                                                  (2)

гдеτ- значение времени, с; А – амплитуда колебаний, мм;  - угловая частота, рад/с; φ – начальная фаза колебаний.

            Угловая частота , рад/с может быть выражена через период колебаний T, c,и частоту колебанийf, Гц

.                                                          (3)

            Скорость вибрации ,  м/с,  определяется по уравнению

.                          (4)

Согласно уравнению (4) амплитуда скорости равна

υmax=Aω.                                                                    (5)

            Вибрационное ускорение точки определяется по формуле

.                   (6)

Амплитудное значение точки рабочего органа вычисляется по уравнению

αmax=Aω2.                                                                   (7)

            В качестве измерительных приборов колебательных процессов используют различные виброметры: виброметр К1, FLUKE805 и др.Онислужат дляпроведения измерения виброскорости, мм/с, в стандартном диапазоне частот от 10 до 1000 Гц [6].

            В настоящее время проводятся экспериментальные исследования по изучению возможностей варьирования оценочных характеристик процесса вибрации насадки на лабораторном стенде.

            Вывод

            Приведены сведения по контактным аппаратам для тепловлажностной обработки воздуха и оценочные характеристики вибрационных процессов, позволяющиецеленаправленно осуществлять научные экспериментальные исследования по разработке эффективных устройств, характеризующихся пониженным энергопотреблениеми ресурсосбережением.

 

Рецензенты:

Еремкин А.И. д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Теплогазоснабжение и вентиляция»  Пензенского государственного  университета архитектуры и строительства, г.Пенза;

Береговой А.М. д.т.н., профессор, профессор кафедры «Городское строительство и архитектура», г.Пенза.