По материалам книги «Искусство хладотехники», Семенов Юрий Владимирович.
Об авторе
Стаж работы в области холодильной техники и кондиционирования воздуха — более 25 лет.
Победитель первого международного конкурса «Золотое перо АВОК» в номинации «Проектирование».
Автор книг «Системы кондиционирования воздуха с поверхностными воздухоохладителями» (издательство «Техносфера», 2014) и «Искусство хладотехники» (издательство «BooksNonStop», 2020).
Разработчик и владелец двух сайтов для онлайн расчетов холодильных установок и систем кондиционирования воздуха. Живет и работает в Санкт-Петербурге.
В распечатках, являющихся результатом подбора воздухоохладителя в компьютерных программах, наряду с основными характеристиками воздухоохладителя (холодопроизводительностью Q0, температурами воздуха на входе tВ и кипения t0), часто можно увидеть дополнительную характеристику, обозначаемую тремя латинскими буквами —SHR (SHF).
В большинстве случаев на эту характеристику не обращают внимания, и напрасно, так как именно она определяет эффективность работы воздухоохладителя при заданных условиях.
Подавляющее большинство воздухоохладителей, применяемых в холодильной технике, работают в условиях, при которых температура их теплообменной поверхности ниже температуры точки росы входящего воздуха. В таких условиях на холодной теплообменной поверхности, контактирующей с влажным воздухом, происходит конденсация водяного пара.
При положительной температуре конденсат в виде капель воды под действием силы тяжести стекает по ребрам теплообменника вниз и собирается в специальном поддоне, расположенном под теплообменным блоком, откуда удаляется по дренажному трубопроводу.
При отрицательных температурах конденсат оседает на ребрах и трубках воздухоохладителя в виде инея, для удаления которого воздухоохладитель надо периодически оттаивать.
В воздухоохладителе параллельно идут два процесса:
И в результате выходящий из воздухоохладителя воздух имеет более низкую температуру и влагосодержание, чем входящий.
Процесс охлаждения с осушением на i-d диаграмме влажного воздуха условно обозначается прямой линией, соединяющей точки с начальным 1 и конечным 3 состоянием воздуха (рис. 1). Наклон линии зависит от многих факторов, в том числе от температуры теплообменной поверхности и времени контакта воздуха с теплообменной поверхностью воздухоохладителя.
Рис.1.Охлаждение воздуха на i-d диаграмме
Разность энтальпий Δi между точками 1 и 3 может быть представлена как:
Δi = Δit+ Δid, (1)
где Δit — разность энтальпий, связанная только с изменением температуры воздуха (изменение явного теплосодержания, линия 2-3);
Δid — разность энтальпий, связанная с изменением только влагосодержания воздуха (изменение скрытого теплосодержания, линия 1-2).
Произведение разности энтальпий Δi (кДж/кг) на массовый расход сухой части воздуха mСВ (кг/с) дает значение полной холодопроизводительности воздухоохладителя Q0 (кВт = кДж/с):
Q0 = Δi·mСВ (2)
Полная производительность (англ. total capacity) является комплексным показателем и характеризует мощность, идущую на снижение энтальпии (теплосодержания) воздуха, т.е. на понижение как его температуры, так и влагосодержания.
Полная холодопроизводительность воздухоохладителя Q0 (кВт = кДж/с) также может быть представлена в виде суммы:
Q0 = Qt + Qd, (3)
где Qt=Δit·mСВ — явная холодопроизводительность,
Qd= Δid·mСВ — скрытая холодопроизводительность.
Явная производительность (англ. sensible capacity) характеризует мощность, идущую только на снижение температуры воздуха.
Разность между полной и явной производительностью дает так называемую скрытую производительность (англ. latent capacity), идущую на снижение влагосодержания воздуха.
Таким образом, характеристиками воздухоохладителя, работающего в режиме охлаждения с осушением, являются полная Q0, явная Qt и скрытая Qd холодопроизводительность.
Два воздухоохладителя, имеющие равные полные производительности, могут иметь разные значения явной Qt и скрытой Qd производительности.
Воздухоохладитель, имеющий при равных Q0 бóльшую Qt будет эффективней охлаждать воздух (понижать температуру), воздухоохладитель, имеющий бóльшую Qd будет эффективней осушать воздух (понижать влагосодержание).
Чтобы поддерживать в холодильной камере высокую относительную влажность воздуха, следует выбрать воздухоохладитель с меньшей скрытой производительностью Qd, который будет меньше осушать воздух в камере.
Но как узнать, какой из двух воздухоохладителей имеет меньшую скрытую производительность?
Ведь в распечатке она не указывается. В этом нам как раз и поможет параметр SHR(SHF).
Параметр SHR (сокращение от Sensible Heat Ratio) или SHF (сокращение от Sensible Heat Factor) равен отношению явной Qt и полной производительности Q0 воздухоохладителя:
SHR =Qt/ Q0. (4)
Как видно из формулы (4) SHR< 1, если воздухоохладитель работает в режиме охлаждения с осушением (Qd≠ 0 и Qt<Q0).
«Идеальный» воздухоохладитель, работающий в режиме охлаждения без осушения (Qd= 0,Qt = Q0), имеет SHR = 1.
Чем больше SHR, тем эффективней работает воздухоохладитель, так как большая часть производительности идет на снижение температуры воздуха, а меньшая — на его осушение.
SHR зависит от:
— температуры воздуха: чем ниже температура воздуха, тем меньше влаги содержится в нем, и тем больше будет SHR.
— разности между температурой воздуха и средней температурой поверхности воздухоохладителя, определяемой прежде всего температурой кипения: чем больше эта разность, тем больше влаги будет конденсироваться на поверхности воздухоохладителя, тем больше будет скрытая производительность Qd, и тем меньше будет SHR.
На рис. 2 показано сравнение двух воздухоохладителей, работающих при одинаковых разницах энтальпий входящего и выходящего воздуха, но при разных температурах входящего воздуха (среднетемпературная и низкотемпературная камеры).
Рис.2.Влияние температуры воздуха на SHR
Видно, что в низкотемпературной камере линия процесса близка к вертикали (SHR стремится к 1), в то время как в среднетемпературной камере значительная часть производительности воздухоохладителя всегда идет на осушение воздуха.
На рис. 3 приведено сравнение двух воздухоохладителей, работающих в среднетемпературной камере с температурой 0 °С и имеющих разные температуры поверхности.
Рис.3. Воздухоохладители с разными SHR на i-d диаграмме
На i-d диаграмме такие воздухоохладители даже при одинаковой общей производительности Q0 будут различаться разным наклоном линий процесса, разной скрытой производительностью Qd и, в итоге, разным SHR.
Скрытая производительность Qd воздухоохладителя, имеющего более низкую температуру теплообменной поверхности, будет больше, а SHR соответственно меньше, чем воздухоохладителя с более высокой температурой теплообменной поверхности.
Таким образом, параметр SHR позволяет оценить эффективность работы воздухоохладителя, и выбрать воздухоохладитель, наиболее соответствующий требуемым условиям эксплуатации.
При известных Q0 и SHR воздухоохладителя можно определить его явную Qt и скрытую Qd производительности по следующим формулам:
Qt= Q0∙ SHR (5)
Qd= Q0∙ (1 –SHR) (6)
А, зная Qt и Qd, можно при необходимости рассчитать:
Заказывайте книгу «Искусство хладотехники» в интернет-магазине BooksNonStop.
