3826

Научный журнал строительства и архитектуры

DOI 10.36622/VSTU.2020.58.2.002

УДК 697.9

ОХЛАЖДЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ С ПОМОЩЬЮ ВОДОИСПАРИТЕЛЬНЫХ ОХЛАДИТЕЛЕЙ

В. А. Гулевский 1, Е. Н. Осипов 2, В. П. Шацкий 3

Воронежский государственный аграрный университет 1, 2, 3 Россия, г. Воронеж

1Д-р техн. наук, проф. кафедры математики и физики, тел.: (473)29-103-39

2Соискатель кафедры математики и физики, тел.: (473)29-103-39

3Д-р техн. наук, зав. кафедрой математики и физики, тел.: (473)29-103-39, e-mail: sha.vladim@yandex.ru

Постановка задачи. Рассматривается задача охлаждения воздуха технических объектов с помощью водоиспарительных охладителей рекуперативного принципа действия.

Результаты. Выводится уравнение нестационарного теплового баланса ограниченного объема с технологическим оборудованием с учетом его охлаждения рекуперативными водоиспарительными охладителями. Представлены математическая модель теплофизических процессов в косвенных водоиспарительных воздухоохладителях рекуперативного принципа действия и метод ее реализации. Модель содержит дифференциальные уравнения в частных производных, описывающие перенос энергии и массы в каналах теплообменного блока.

Выводы. В результате проведенных исследований установлено, что установки водоиспарительного охлаждения косвенно-рекуперативного типа позволят, не повышая влагосодержания воздуха, значительно снизить температуру в помещениях с технологическим оборудованием, выделяющим большое количество тепла. Экологическая чистота и невысокая стоимость охладительных установок подобного типа добавляют положительный эффект от их применения.

Ключевые слова: водоиспарительные охладители, математическое моделирование, тепловой баланс, производственное помещение.

Введение. Дефицит энергоресурсов и нарастающие угрозы загрязнения окружающей среды все настоятельней заставляют обращаться к энергосберегающим технологиям и возобновляемым источникам энергии. Одной из областей техники, в которой остро востребованы такие технологии, является снижение температуры воздуха помещений, в которых установлены агрегаты с большими тепловыделениями. Как правило, системы вентиляции понизительных тяговых подстанций, машинных залов метрополитена не могут обеспечить надлежащую температуру вследствие высоких теплопритоков находящегося в них технологического оборудования и ограничений по объему подаваемого воздуха. В этом случае утилизация тепла возможна только с применением различных установок для кондиционирования воздуха.

Широко применяемые в последние десятилетия водоиспарительные охладители зарекомендовали себя как надежные, высокоэффективные и экологически чистые устройства. Вместе с тем процесс охлаждения в ряде случаев связан с повышением влагосодержания обрабатываемого воздуха, что недопустимо на рассматриваемых объектах метрополитена. В связи с этим вопрос конструирования водоиспарительных охладителей косвеннорекуперативного типа, которые способны охлаждать воздух без изменения его влагосодержания является весьма актуальной задачей.

1. Выбор метода охлаждения воздуха. Использующие фреоны или их заменители компрессорные установки имеют высокое энергопотребление, а главное, они не только производят холод, но и выделяют большое количества тепла, отвод которого затруднителен в ог-

© Гулевский В. А., Осипов Е. Н., Шацкий В. П., 2020

20

раниченном помещении. В связи с этим применение не увеличивающих влагосодержание агрегатов охлаждения воздуха косвенно-испарительного типа является более предпочтительным.

Принцип работы рекуперативного косвенно-испарительного охладителя состоит в следующем. Общий поток воздуха подается в не контактирующие с водой «сухие» каналы, на выходе из которых этот поток разделяется на основной, поступающий в помещение, и вспомогательный, разворачивающийся в противоположном направлении и поступающий в чередующимися с «сухими» «мокрые» каналы, в которых происходит испарение воды с капил- лярно-пористых поверхностей разделяющих каналы пластин. Этот влажный поток воздуха посредством теплопередачи охлаждает основной поток воздуха и отводится за границу охлаждаемого помещения.

Главные достоинства установок:

абсолютная экологическая безопасность;

комфортность и безопасность вырабатываемого воздуха с точки зрения провоцирования простудных заболеваний;

возможность применения блочного метода, упрощающая проектирование, монтаж

иобеспечивающая высокую ремонтопригодность при сервисном обслуживании;

простота эксплуатации, не требующая специального оборудования и материалов;

уменьшение энергопотребления в 3—5 раз;

эффект саморегулирования (в зависимости от параметров воздуха), что значительно упрощает систему и снижает затраты на автоматику.

Начиная с конца 2007 года на трансформаторных подстанциях (далее — СТП) Московского метрополитена были смонтированы и запущены агрегаты охлаждения воздуха АОВ-5000 [1]. Цель установки этих агрегатов — снижение температуры на данных объектах. Принцип охлаждения СТП заключается в том, что основной поток через воздуховоды подается в специальный коллектор, проходящий под трансформаторами, далее воздух проходит через трансформаторы и этим самым снимает с них тепло. Вспомогательный поток по воздуховодам отводят из СТП в тоннель.

Благодаря данной схеме и высокой эффективности агрегатов охлаждения удалось снизить температуру в СТП с 38 до 27 0С.

2. Моделирование теплового баланса и физических процессов в водоиспарительных охладителях косвенно-рекуперативного принципа действия. С целью определения режимов работы охладителей необходимо провести математическое моделирование теплового баланса охлаждаемого помещения с учетом функционирования в нем указанной выше охладительной системы.

Пусть начальная температура ограждений помещения T0 = const. В момент времени t = 0 ее поверхность начинает омывать газообразная среда с температурой T(τ). Теплообмен между этой средой и полубесконечной поверхностью ограждений происходит по закону Ньютона (граничное условие третьего рода). Рассмотрим баланс теплоты в охлаждаемом помещении (рис. 1).

За промежуток времени Δτ изменение энергии объема V определяется по формуле:

Q1 C V T T .

От оборудования поступает энергия в размере QΔτ. Из объема за счет поступления общего потока воздуха в охладитель удаляется энергия в размере

Q2 C GT( ) ,

где G, ρ, С — соответственно общий поток воздуха, м3/с, плотность воздуха, кг/м3, и удельная теплоемкость, Дж/кг/град. От основного потока воздуха охладителя поступает энергия в размере

21

Научный журнал строительства и архитектуры

Q3 C GkTk ,

где Gk, Tk — соответственно основной поток воздуха, м3/с, и его температура. За счет инфильтрации в объем поступает энергия в размере

Q4 C Ginf Tn ,

гдеTn— температура внешнего воздуха;Ginf = Gm — расходвспомогательного потока воздуха.

Рис. 1. К выводу уравнения баланса теплоты:

Q — тепловыделения оборудования; q — тепловой поток через ограждения; G — общий поток воздуха температуры T на входе в охладитель;

Gm = Ginf — соответственно потоки «мокрого» воздуха и инфильтрационного воздуха температуры Тn; Gs и Тk — соответственно расход и температура «сухого» потока на выходе из охладителя

Через стенки происходит теплообмен, энергетически равный

Q5 q Fogr ,

где q — плотность теплового потока [2, 8, 9, 15]:

q T T0 eH2a erfc Ha ;

где H = / — относительный коэффициент теплообмена, 1/м, = 5,6 + 4· u, Вт/(м2/град), где u — скорость обдуваемого воздуха, м/с, λ — коэффициент теплопроводности ограждения, Вт/м/град), = λ/(Cρ) — коэффициент температуропроводности, м2/с; Fogr —площадь ограждающей поверхности, м2.

Здесь

erfc(x) 1 erf (x) 2 e z2dz —

x

дополнительный интеграл вероятностей, а

x

erf (x) 2 e 2d — 0

функция ошибок Гаусса, или интеграл вероятностей. Уравнение баланса теплоты имеет вид:

Q1 Q Q2 Q3 Q4 Q5 .

22

Подставляя предыдущие соотношения в последнее уравнение и переходя к пределу при Δτ→0, получаем:

C V dT Q C GT C GkTk C GinfTn d

T T0 eH2a erfc Ha Fогр.

T 0 Tнач ,

получаем задачу Коши для определения зависимости температуры воздуха в помещении от времени.

Остановимся на вопросе определения температура на выходе из охладителя Тk(τ). Исследованиям физических процессов в косвенно-испарительных воздухоохладителях посвящены работы [8, 10, 12, 14, 18]. Так как воздух не меняет своего влагосодержания, можно определить эту температуру с помощью реализации математической модели тепломассопереноса [6, 7, 21, 22] в рекуперативных охладителях косвенно-испарительного типа.

Теплопереносные процессы в каналах рекуперативного охладителя описываются уравнениями параболического типа (рис. 2):

Температура в пластине распределяется согласно уравнению Лапласа:

23

Научный журнал строительства и архитектуры

температура на выходе из «мокрого»канала является температурой на входе в «сухой»канал:

Рис. 2. Фрагмент испарительной насадки

На осях каналов выполняется условие симметрии:

Кроме того, задаются условия сопряжения температур и тепловых потоков:

Согласно [3, 4, 23], коэффициент диффузии D, м2/с, принимаем равным:

D 10 5 2,16 1 t /273 1,8 .

Плотность насыщения водяного пара wн(t), кг/м3, определим по формуле:

wн t 0,0004212t3 0,001831t2 0,4195t 4,727 10 3,

аппроксимирующей табличные данные [3]. Здесь W — плотность пара, кг/м3; λпл, ρ, С — соответственно теплопроводность пластины, Вт/м/град, плотность воздуха, кг/м3, и удельная теплоемкость, Дж/кг/град; R(t) = (2500,6 – 2,372t)·103 — удельная теплота парообразования, дж/кг; ε — множитель энергетической добавки, учитывающий свойства испарительных пористых поверхностей.

24

3. Реализация математической модели. В связи с тем, что процессы тепломассопереноса в охладительном блоке описываются разными типами уравнений в частных производных, сечение пластины, а также каналов разбиваются прямоугольной сеткой, на которой составляются конечно-разностные аналоги входящих в предложенную выше модель уравнений [5, 7, 10]. Полученная система линейных алгебраических уравнений решается при значениях плотности насыщенного пара и коэффициентов теплопроводности и диффузии, вычисленных при начальной температуре воздуха в помещении. После этого значения плотности насыщенного пара и указанных коэффициентов корректируются в зависимости от полученных значений температур, и система решается заново. Итерационный процесс завершается, когда температуры в предыдущей и настоящей итерациях на выходе из охладителя отличаются менее чем на 0,1 0С.

Изменение температуры на выходе из рекуперативного косвенного охладителя при различных температурах входного воздуха с постоянным влагосодержанием 19,75 г/кг воздуха приведены в таблице.

Таблица

Температура основного потока воздуха на выходе из рекуперативного охладителя при различных температурах входного воздуха с постоянным влагосодержанием

Зависимость температуры на выходе из охладителя от входа в него при постоянном влагосодержании 19,75 г/кг воздуха проиллюстрирована на рис. 3. В данном случае зависимость температуры на выходе от температуры на входе имеет вид: Тk = 0,2445T+16,24. Это значение температуры может быть подставлено в (1).

На рис. 4 представлен график зависимости температуры воздуха в охлаждаемом объекте с технологическим оборудованием размером 6×6×3 м. Тепловыделения оборудования составляют 40 кВт, начальная температура в помещении принимается равной 38 0С, температура поверхности ограждения 20 0С, расход основного потока воздуха — 16000 куб. м/час, расход вспомогательного потока воздуха — 8000 куб. м/час. Как показывает этот график, температура воздуха в помещении достаточно быстро убывает, а в дальнейшем несколько возрастает по мере прогревания ограждающих поверхностей и достигает 26,4 0С.

25

Научный журнал строительства и архитектуры

Выводы

1.Предложена математическая модель теплового баланса подземного помещения с большими тепловыделениями от оборудования, охлаждаемого водоиспарительными воздухоохладителями.

2.Также предложена математическая модель тепломассопереноса в косвенноиспарительных охладителях рекуперативного принципа действия, включающая уравнение распределения температуры в пластинах испарительной насадки, позволяющее учитывать их продольную и поперечную теплопроводность.

3.В результате проведенных исследований выявлено, что установки водоиспарительного охлаждения косвенно-рекуперативного типа позволят, не повышая влагосодержания воздуха, значительно снизить температуру в помещениях с технологическим оборудованием, выделяющим большое количество тепла.

4.Представленная математическая модель теплофизических процессов в каналах теплообменника и методы ее реализации позволяют определять геометрические параметры и режимы работы охладительных блоков, что может быть использовано при инженерных расчетах.

5.Тепловой баланс рассматриваемого помещения, учитывающий полубесконечную поверхность ограждений, позволяет оценить эффективность применяемых рекуперативных косвенно-испарительных охладителей на различных режимах работы и проследить динамику изменения температуры воздушной среды с течением времени.

6.Проведенные расчеты доказывают эффективность применения рассматриваемых устройств, а их экологическая чистота и невысокая стоимость добавляют положительный эффект от их применения. Кроме того, аналогичный подход может быть использован для применения охладителей, работающих по принципуМ-цикла Майсоценко [11, 13, 16, 17, 19, 20].

Библиографический список

1. Анисимов, С. М. Влияние параметров наружного воздуха на эффективность работы перекрестноточного теплообменника косвенно-испарительного типа / С. М. Анисимов, Д. Панделидис, В. И. Полушкин // Вестник гражданских инженеров. — 2012. — № 4 (33). — С. 179—187.

Д. А. Пантеев, А. Н. Соколик // Инженерный журнал: наука и инновации. — 2013. — № 1 (13). — С. 40.

4.Емельянов, А. Л. Гибридная испарительно-компрессионная установка кондиционирования воздуха / А. Л. Емельянов, К. М. Горбатов, С. А. Гаранов // Вестник Международной академии холода. — 2013. — № 4. — С. 34—37.

5.Игнаткин, И. Ю. Математическая модель водоиспарительного охлаждения с орошаемыми поверхностями / И. Ю. Игнаткин // Вестник НГИЭИ. — 2016. — № 6 (61). — С. 23—30.

теплообменника / И. Ю. Игнаткин // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. — 2018. — № 1 (56). — С. 143—148.

8. Исследование воздухоохладителя косвенно-испарительного типа с дисперсной насадкой / А. В. Бараков, В. Ю. Дубанин, Д. А. Прутских, А. М. Наумов // Промышленная энергетика. — 2010. — № 11. — С. 37—40.

9.Кузьмин, М. С. Повышение эффективности работы драйкулеров при интенсификации процесса теплоотдачи / М. С. Кузьмин // Энергобезопасность и энергосбережение. — 2015. — № 4. — С. 8—11.

10.Кузьмин, М. С. Энергосбережение при интенсификации теплообмена в системах кондиционирования зданий / М. С. Кузьмин // Academia. Архитектура и строительство. — 2015. — № 2. — С. 120—124.

11.Осипов, Е. Н. Моделирование физических процессов в косвенно-рекуперативных водоиспарительных охладителях // Наука и образование в современных условиях: материалы научной конференции. — Воронеж: ВГАУ, 2016. — С. 117—124.

26

12.Терехов, В. И. Оптимизация параметров косвенно-испарительных ячеек при спутном и встречном течении теплоносителей / В. И. Терехов, М. В. Горбачев, Х. К. Кхафаджи // Тепловые процессы в технике. — 2016. — № 5. — С. 207—213.

13.Шацкий, В. П. Моделирование работы пластинчатых водоиспарительных охладителей косвенного

принципа действия / В. П. Шацкий, В. А. Гулевский // Лесотехнический журнал. — 2013. — № 4 (12). — С. 160—166.

14. Anisimov, S. Numerical Study of the Maisotsenko Cycle Heat and Mass Exchanger / S. Anisimov,

D.Pandelidis // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2014. — Vol. 75. — P. 75—96.

15.Chengqin, R. An Analytical Model for the Heat and Mass Transfer Processes in Indirect Evaporative Cooling with Parallel/Counter Flow Configurations / R. Chengqin, Y. Hongxing // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2006. — Vol. 49, № 3. — P. 617—627.

16.Duan, Z. Indirect Evaporative Cooling: Past, Present and Future Potentials / Z. Duan, C. Zhan, X. Zhang, M. Mustafa, X. Zhao, B. Alimohammadisagvand, A. Hasan // Renewable and Sustainable Energy. — 2012. — Vol. 16. — P. 6823—6850.

17.Fakhrabadi, F. Optimal Design of a Regenerative Heat and Mass Exchanger for Indirect Evaporative Cooling / F. Fakhrabadi, F. Kowsary // Applied Thermal Engineering. — 2016. — Vol. 102. — P. 1384—1394.

18.Heidarineiad, G. Heat and Mass Transfer Modeling of Two Stage Indirect/Direct Evaporative Aircoolers / G. Heidarineiad, M. Bozorgmehr // ASHRAE Thailand Chapter Journal. — 2007—2008. — Vol. 1. — P. 2—8.

19.Hutter, G. W. The Status of World Geothermal Power Generation / G. W. Hutter // Proceedings of the World Geothermal Congress. — Kyushu-Tohoku, 2000. — P. 23—37.

20. Kandlikar, S. G. Heat Transfer and Fluid Flow in Minichannels and Microchannels / S. G. Kandlikar,

S.Garimella, D. Li, M. R. King. — Oxford: Elsevier, 2014. — 592 p.

21.Moshari, S. Numerical Study of Regenerative Evaporative Coolers for Subwet Bulb Cooling with Crossand Counter-flow Configuration / S. Moshari, G. Heidarinejad // Applied Thermal Engineering. — 2015. — Vol. 89. — P. 669—683.

22.Stauffer, L. A. Ventilation Heat Recovery with a Heat Pipe Heat Exchanger / L. A. Stauffer // Agricultural Energy / ASAE publication. — 2001. —Vol. 1. — P. 137.

23.Strub, M. Experimental Study of the Cristallizations of a Water Droplet / M. Strub, O. Jabbour, F. Strub, J. P. Bedecarrats // International Journal of Refrigeration. — 2003. —Vol. 26, № 1. — P. 59—68.

References

1.Anisimov, S. M. Vliyanie parametrov naruzhnogo vozdukha na effektivnost' raboty perekrestno-tochnogo teploobmennika kosvenno-isparitel'nogo tipa / S. M. Anisimov, D. Pandelidis, V. I. Polushkin // Vestnik grazhdanskikh inzhenerov. — 2012. — № 4 (33). — S. 179—187.

2.Arkhiptsev, A. V. Effektivnaya sistema ventilyatsii / A. V. Arkhiptsev, I. Yu. Ignatkin, M. G. Kuryachii // Vestnik NGIEI. — 2013. — № 8 (27). — S. 10—15.

3. Vodoisparitel'noe i kombinirovannoe okhlazhdenie vozdukha / S. A. Garanov, A. A. Zharov,

D.A. Panteev, A. N. Sokolik // Inzhenernyi zhurnal: nauka i innovatsii. — 2013. — № 1 (13). — S. 40.

4.Emel'yanov, A. L. Gibridnaya isparitel'no-kompressionnaya ustanovka konditsionirovaniya vozdukha / A. L. Emel'yanov, K. M. Gorbatov, S. A. Garanov // Vestnik Mezhdunarodnoi akademii kholoda. — 2013. — № 4. — S. 34—37.

5.Ignatkin, I. Yu. Matematicheskaya model' vodoisparitel'nogo okhlazhdeniya s oroshaemymi poverkhnostyami / I. Yu. Ignatkin // Vestnik NGIEI. — 2016. — № 6 (61). — S. 23—30.

6.Ignatkin, I. Yu. Universal'naya ustanovka obespecheniya mikroklimata / I. Yu. Ignatkin, V. V. Kirsanov // Vestnik NGIEI. — 2016. — № 8 (63). — S. 110—116.

7.Ignatkin, I. Yu. Sposob utilizatsii teploty vytyazhnogo vozdukha s primeneniem rekuperativnogo teploobmennika / I. Yu. Ignatkin // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. — 2018. — № 1 (56). — S. 143—148.

8.Issledovanie vozdukhookhladitelya kosvenno-isparitel'nogo tipa s dispersnoi nasadkoi / A. V. Barakov, V. Yu. Dubanin, D. A. Prutskikh, A. M. Naumov // Promyshlennaya energetika. — 2010. — № 11. — S. 37—40.

9.Kuz'min, M. S. Povyshenie effektivnosti raboty draikulerov pri intensifikatsii protsessa teplootdachi / M. S. Kuz'min // Energobezopasnost' i energosberezhenie. — 2015. — № 4. — S. 8—11.

10.Kuz'min, M. S. Energosberezhenie pri intensifikatsii teploobmena v sistemakh konditsionirovaniya zdanii / M. S. Kuz'min // Academia. Arkhitektura i stroitel'stvo. — 2015. — № 2. — S. 120—124.

11.Osipov, E. N. Modelirovanie fizicheskikh protsessov v kosvenno-rekuperativnykh vodoisparitel'nykh okhladitelyakh // Nauka i obrazovanie v sovremennykh usloviyakh: materialy nauchnoi konferentsii. — Voronezh: VGAU, 2016. — S. 117—124.

27

Научный журнал строительства и архитектуры

12.Terekhov, V. I. Optimizatsiya parametrov kosvenno-isparitel'nykh yacheek pri sputnom i vstrechnom techenii teplonositelei / V. I. Terekhov, M. V. Gorbachev, Kh. K. Kkhafadzhi // Teplovye protsessy v tekhnike. — 2016. — № 5. — S. 207—213.

13.Shatskii, V. P. Modelirovanie raboty plastinchatykh vodoisparitel'nykh okhladitelei kosvennogo printsipa deistviya / V. P. Shatskii, V. A. Gulevskii // Lesotekhnicheskii zhurnal. — 2013. — № 4 (12). — S. 160—166.

14. Anisimov, S. Numerical Study of the Maisotsenko Cycle Heat and Mass Exchanger / S. Anisimov,

D.Pandelidis // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2014. — Vol. 75. — P. 75—96.

15.Chengqin, R. An Analytical Model for the Heat and Mass Transfer Processes in Indirect Evaporative Cooling with Parallel/Counter Flow Configurations / R. Chengqin, Y. Hongxing // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2006. — Vol. 49, № 3. — P. 617—627.

16.Duan, Z. Indirect Evaporative Cooling: Past, Present and Future Potentials / Z. Duan, C. Zhan, X. Zhang, M. Mustafa, X. Zhao, B. Alimohammadisagvand, A. Hasan // Renewable and Sustainable Energy. — 2012. — Vol. 16. — P. 6823—6850.

17.Fakhrabadi, F. Optimal Design of a Regenerative Heat and Mass Exchanger for Indirect Evaporative Cooling / F. Fakhrabadi, F. Kowsary // Applied Thermal Engineering. — 2016. — Vol. 102. — P. 1384—1394.

18.Heidarineiad, G. Heat and Mass Transfer Modeling of Two Stage Indirect/Direct Evaporative Aircoolers / G. Heidarineiad, M. Bozorgmehr // ASHRAE Thailand Chapter Journal. — 2007—2008. — Vol. 1. — P. 2—8.

19.Hutter, G. W. The Status of World Geothermal Power Generation / G. W. Hutter // Proceedings of the World Geothermal Congress. — Kyushu-Tohoku, 2000. — P. 23—37.

20. Kandlikar, S. G. Heat Transfer and Fluid Flow in Minichannels and Microchannels / S. G. Kandlikar,

S.Garimella, D. Li, M. R. King. — Oxford: Elsevier, 2014. — 592 p.

21.Moshari, S. Numerical Study of Regenerative Evaporative Coolers for Subwet Bulb Cooling with Crossand Counter-flow Configuration / S. Moshari, G. Heidarinejad // Applied Thermal Engineering. — 2015. — Vol. 89. — P. 669—683.

22.Stauffer, L. A. Ventilation Heat Recovery with a Heat Pipe Heat Exchanger / L. A. Stauffer // Agricultural Energy / ASAE publication. — 2001. —Vol. 1. — P. 137.

23.Strub, M. Experimental Study of the Cristallizations of a Water Droplet / M. Strub, O. Jabbour, F. Strub, J. P. Bedecarrats // International Journal of Refrigeration. — 2003. —Vol. 26, № 1. — P. 59—68.

COOLING OF THE TEHNICAL OBJECTS

USING WATER-EVAPORATION COOLERS

V. A. Gulevskii 1, E. N. Osipov 2, V. P. Shatskii 3

Voronezh State Agrarian University 1, 2, 3

Russia, Voronezh

1D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Mathematics and Physics, tel.: (473)29-103-39

2PhD student of the Dept. of Mathematics and Physics, tel.: (473)29-103-39

3D. Sc. in Engineering, Head of the Dept. of Mathematics and Physics, tel.: (473)29-103-39, e-mail: sha.vladim@yandex.ru

Statement of the problem. The problem of air cooling of technical objects by means of waterevaporative coolers of the recuperative principle of action is considered.

Results. The equation of unsteady thermal balance of limited volume with technological equipment is derived taking into account its cooling by recuperative water-evaporative coolers. The mathematical model of thermal physical processes in indirect water-evaporative air coolers of the recuperative principle of action and the method of its implementation are presented. The model contains partial differential equations describing the transfer of energy and mass in the channels of the heat exchange unit.

Conclusions. As a result of the conducted studies, it is established that installations of water-evaporative cooling of indirect-recuperative type will allow one without increasing moisture content of air to considerably to reduce the temperature in rooms with the processing equipment allocating a large amount of heat. Environmental friendliness and a low cost of cooling units of this type add a positive effect from their application.

Keywords: water-evaporative coolers, mathematical modeling, heat balance, production room.

28

DOI 10.36622/VSTU.2020.58.2.003

УДК 697.34

УРАВНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ГРАФИКОВ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТЕПЛОВОГО ПУНКТА

С ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ СХЕМОЙ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Т. А. Рафальская 1

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин) 1 Россия, г. Новосибирск

1 Канд. техн. наук, доц. кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, тел.: +7-913-982-55-76, e-mail: rafalskaya.ta@yandex.ru

Постановка задачи. Температура обратной воды, возвращаемой в тепловую сеть от потребителей, является важным показателем энергоэффективности системы теплоснабжения. Она зависит от температуры наружного воздуха, схемы присоединения подогревателей горячего водоснабжения, суточного водопотребления в системе горячего водоснабжения. Ее расчет производится на ЭВМ, в основном численными методами. Необходимо получить уравнения, позволяющие напрямую определять температуру сетевой воды после каждой ступени подогревателей и возвращаемой в тепловую сеть.

Результаты. Методом моделирования переменных режимов работы системы теплоснабжения получены уравнения температурных графиков работы теплового пункта с двухступенчатой смешанной схемой присоединения подогревателей горячего водоснабжения. Определены зависимости для коэффициентов уравнений температурных графиков после каждой ступени подогревателей горячего водоснабжения.

Выводы. Полученные уравнения справедливы для отопительно-бытового графика центрального регулирования, в том числе со срезкой, в режиме максимального водоразбора в системе горячего водоснабжения. Анализ эксплуатационных режимов системы теплоснабжения выявил закономерности, позволяющие прогнозировать температуру обратной сетевой воды в зависимости от наружной температуры и переменного водоразбора в системе горячего водоснабжения.

Ключевые слова: температурный график, система теплоснабжения, тепловой пункт.

Введение. Регулирование тепловых потоков и расходов сетевой воды в системе теплоснабжения осуществляется при помощи температурных графиков [16, 18]. Для того чтобы на стадии проектирования иметь возможность выявить неэффективные режимы совместной работы систем отопления и горячего водоснабжения и уточнить площади и производительности теплообменников, необходим расчет температур воды после каждой ступени теплообменников и температуры воды, возвращаемой в тепловую сеть, что и определило актуальность данной работы.

Задачи определения зависимости параметров систем теплоснабжения с заданной тепловой нагрузкой от температурного графика регулирования отпуска тепловой энергии поднимались в работах [1, 2, 6, 7, 9, 12]. Но статьи [2, 6] посвящены определению температуры воды в подающей магистрали теплосети, соответствующей оптимальному соотношению тепловых потерь и материальной характеристики теплосети; температура воды, возвращаемой в тепловую сеть, не определялась. В работе [7] определяется дополнительный расход сетевой воды при снижении температуры воды в подающей магистрали теплосети и температура обратной воды после системы отопления, но здесь не учитывается влияние нагрузки горячего водоснабжения на температуру обратной воды в теплосети.

© Рафальская Т. А., 2020

29