Цикл Кромера
Цикл Кромера — это термодинамический цикл используется , в котором осушитель для взаимодействия с воздухом с более высокой относительной влажностью , оставляющим холодную поверхность. Когда система проходит через ряд различных состояний и, наконец, возвращается в исходное состояние, говорят, что произошел термодинамический цикл. Осушитель поглощает влагу из воздуха, оставляя холодную поверхность, выделяя тепло и осушая воздух, что можно использовать в процессах, требующих сухого воздуха. Затем осушитель сушится потоком воздуха при более низкой относительной влажности, при этом осушитель отдает свою влагу путем испарения , увеличивая относительную влажность воздуха и охлаждая его. Этот более холодный и влажный воздух затем можно направить на ту же холодную поверхность, что и выше, чтобы поднять его ниже точки росы и дополнительно осушить, или его можно удалить из системы.
Осушитель подвергается обратимому процессу, при котором в первой части цикла он поглощает или адсорбирует влагу из воздуха, оставляя холодную поверхность, выделяя тепло, а затем во второй части цикла испаряет влагу, поглощая тепло и возвращая осушитель в исходное состояние. исходное состояние, чтобы снова завершить цикл. Результатом цикла Кромера является то, что технологический воздух, выходящий из цикла, осушается сильнее (более высокий скрытый коэффициент), чем он покидал бы холодную поверхность без цикла. Концепция цикла Кромера была первоначально запатентована в середине 1980-х годов. Срок действия этих патентов истек, и поэтому цикл может использовать любой желающий. Впервые цикл был опубликован в 1997 году журналом Popular Mechanics в разделе «Технические обновления». [ 1 ]
Психрометрика
[ редактировать ]Цикл Кромера в основном используется в системах кондиционирования и сушки. Часть цикла с холодной поверхностью чаще всего является результатом обратного цикла Карно или цикла охлаждения. Чтобы цикл Кромера работал, осушитель должен подвергаться воздействию двух потоков воздуха: одного с более высокой влажностью от холодной поверхности, а другого с более низкой влажностью для его высыхания. Это легче всего осуществить путем перемещения осушителя. Можно использовать любой циклический механизм, например, для перекачивания жидкого влагопоглотителя, однако простым механическим применением является вращающееся колесо, загруженное влагопоглотителем, через которое проходят различные потоки воздуха. Это показано на рисунке 1, где осушительное колесо было применено к стандартной установке кондиционирования воздуха.
Психрометрический процесс прохождения воздуха через систему с четырьмя точками состояния показан на психрометрической диаграмме на рисунке 2 как 1, 2, 3 и 4. Точки состояния воздуха также изображены на рисунке 1. В этом приложении воздух, возвращающийся из помещения, обычно с относительной влажностью около 50% (RH), поступает в осушительное колесо и сушит влагопоглотитель. Воздух собирает влагу и охлаждается в процессе 1–2. Влажный воздух теперь поступает на охлаждающую поверхность (охлаждающий змеевик кондиционера), которая охлаждает его ниже точки росы и сушит воздух в процессе 2–3. представляет собой работу, совершенную холодной катушкой. Тем временем высушенный влагопоглотитель снизу перемещается в верхний поток воздуха. Насыщенный воздух, выходящий из змеевика, обычно с относительной влажностью 93–98%, подается в осушитель на этапе 3, где воздух дополнительно сушится в процессах с 3 по 4, где он подается в помещение в качестве приточного воздуха. Осушитель, теперь насыщенный влагой, возвращается в возвратный воздух, где цикл повторяется.
Типичное охлаждение и сушка холодным змеевиком без цикла Кромера изображены на психрометрической диаграмме, а также на рисунке 2. Точка состояния 1 — это воздух, который возвращается из помещения в систему (возвратный воздух). Для типичной системы кондиционирования воздуха этот воздух в точке состояния 1 поступает в охлаждающий змеевик и выходит примерно в точке состояния 4' после охлаждения и сушки. Точка состояния 4' представляет температуру и влажность воздуха, выходящего из типичного устройства, около 45–50 ° F (7–10 ° C) и относительную влажность 95–98 %.
Изменения в стандартной системе переменного тока по циклу Кромера
[ редактировать ]Психрометрическая диаграмма отображает изменения цикла по сравнению со стандартным циклом кондиционирования воздуха. Во-первых, точка конечного состояния 4 для воздуха из колеса представляет собой увеличение скрытого коэффициента (удаление влаги) примерно до 45 %, в отличие от 25 % для показанного типичного змеевика. Во-вторых, качество воздуха, подаваемого циклом, намного суше, около 55% относительной влажности (укажите пункт 4), а не 98% при использовании стандартного змеевика (укажите пункт 4'). В-третьих, это достигается за счет более высокой средней температуры испарителя. Сравните среднюю точку температуры испарителя, линии 1–4', со средней точкой температуры испарителя цикла Кромера, линии 2–3. Эти линии представляют работу, совершаемую змеевиком над воздушным потоком (изменение ее энтальпии ) . Это важно, поскольку при постоянной температуре конденсатора и эквивалентном изменении энтальпии, чем выше температура змеевика испарителя, тем эффективнее цикл охлаждения Карно и тем выше энергоэффективность, которую может обеспечить конкретная система.
Общие стратегии осушения включают: повторный нагрев (обходной электрический или горячий газ), при котором к воздуху, выходящему из оборудования, добавляется ощутимое тепло; рекуперативное тепло (оборотные змеевики или тепловые трубки), при котором явное тепло передается от возвратного воздуха к приточному воздуху; или цикл Кромера, при котором скрытая теплота сорбции и испарения влаги передается из возвратного воздуха в приточный воздух. Эти различные стратегии сравнивались в статье журнала ASHRAE Journal , в которой было обнаружено, что «цикл Кромера обеспечивает такие же улучшенные характеристики осушения, как и рекуперативные конфигурации». [ 2 ]
Используемые осушители
[ редактировать ]Для работы в этом цикле осушитель должен поглощать влагу из воздуха, выходящего из теплообменника, который является более холодным и с относительной влажностью около 98%, и десорбировать влагу в воздух, который более теплый и с более низкой относительной влажностью. Влагопоглотитель регенерируется за счет разницы давлений паров, обусловленной разницей относительной влажности, а не за счет тепла или разницы температур. Влагопоглотители, которые имеют изотерму сорбции влаги , показанную на рисунке 3 (Тип III), являются обычными, например, многие составы силикагеля . Осушители типа III поглощают мало влаги при относительной влажности ниже 70%, но многие из них поглощают воду из воздуха, превышающую их собственный вес, при относительной влажности более 90%. Изотерма поглощения очень крутая между 90 и 100% относительной влажности. Осушители типа III обладают большим потенциалом для циркуляции влаги из воздуха, выходящего из змеевика, с относительной влажностью около 98%, в поток возвратного воздуха, обычно с относительной влажностью около 50%.
Полевые испытания
[ редактировать ]В 2011 году Халифа, Аль-Омран и Мохаммед сообщили о контролируемом исследовании двухтонного кондиционера при замене колеса из силикагеля на колесо из активированного угля, чтобы определить, снизит ли это относительную влажность в помещении. небольшая комната в Багдаде по сравнению с квартирой без добавленного цикла Кромера. Они обнаружили, что «цикл Кромера может снизить относительную влажность в помещении с 80% до примерно 60% с использованием активированного угля толщиной колеса 5 см». [ 3 ]
Включение свежего воздухообмена
[ редактировать ]Для поддержания качества воздуха в помещении может быть желательно удалить возвратный воздух из кондиционируемого помещения и заменить его свежим наружным воздухом, иногда называемым «подпиточным воздухом». Оптимальное место для удаления возвратного воздуха из системы цикла Кромера – сразу после осушителя (место 2 на Рисунке 1). На этом этапе возвратный воздух насыщен влагой из осушителя, и ее удаление удаляет дополнительную влагу из помещения. Кроме того, этот вытяжной воздух охлаждается ниже температуры возвратного воздуха за счет испарения в него влаги осушителем. Место 2 (но перед вентилятором) также является идеальным местом для подачи наружного воздуха в систему, поскольку змеевик может затем снизить его температуру и влажность до того, как он попадет в помещение. Кроме того, если между выбрасываемым воздухом и наружным воздухом обеспечивается теплообмен, входящий воздух может быть охлажден и доведен до уровня насыщения или близкого к нему перед тем, как он попадет в охлаждающий змеевик для процессов 2-3, улучшая его осушение. [ 4 ] [ 5 ]
Осушитель
[ редактировать ]Когда требуется дополнительное осушение или сушка, цикл Кромера можно улучшить за счет использования свободного тепла, доступного на стороне конденсации обратного холодильного цикла Карно. Это тепло, иногда называемое «обходом горячего газа», может быть добавлено перед осушительным колесом, чтобы улучшить сушку колеса в месте 1 на рисунке 1 (но после фильтра), называемое предварительным нагревом. Тепло байпаса горячего газа также может быть добавлено к процессу в точке 4, называемому повторным нагревом, который обеспечивает подачу более теплого приточного воздуха, но с еще более низкой относительной влажностью. Можно использовать одно или оба места перепуска горячего газа. Когда система кондиционирования воздуха с циклом Кромера дополнена байпасом горячего газа, ее обычно называют «активным» кондиционированием воздуха с циклом Кромера. Когда цикл используется в качестве оборудования, предназначенного для осушения или сушки, его обычно называют осушителем цикла Кромера или сушилкой цикла Кромера.
Журнал R&D отметил цикл Кромера в 2006 году премией R&D 100 в категории «механика/материалы», отметив 100 наиболее значительных технологических инноваций года. [ 6 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Популярная механика , Том 174, № 1, январь 1997 г., стр.26
- ^ Дикманн, Дж., Маккенни, К., Бродрик, Дж., «Энергоэффективное осушение: сжатие пара, цикл Кромера»; Журнал ASHRAE, том 51, № 8, август 2009 г., стр. 78-80.
- ^ Халифа А., Аль-Омран А., Мохаммед Х., ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ КОНДИЦИОНЕРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИКЛА КРОМЕРА, АЛЬ-ТАКАНИ. 24. E1-E13, 2011. https://www.researchgate.net/publication/323323036_EXPERIMENTAL_STUDY_OF_AIR_CONDITIONER_UNIT_PERFORMANCE_USING_CROMER_CYCLE .
- ^ Кларк, Дж.; «Энергоэффективное отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха в супермаркетах во влажном климате США»; Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии, Боулдер, Колорадо; Технический отчет, март 2015 г., NREL/TP-5500-63796, стр. 88; https://www.nrel.gov/docs/fy15osti/63796.pdf
- ^ Косар, Д; Гулубович, М; Хадир, М; Судья, Дж; Свами, М; Ширей, Д; Раустад, Р; Басаркар, М; Новосель, Д; «Интеграция усовершенствованного контроля влажности для снижения энергопотребления»; Итоговый отчет – Задача 6; НЦЕМБТ-070621; 2007 г.; Национальный центр энергоменеджмента и строительных технологий; Вашингтон, округ Колумбия; Министерство энергетики США; стр. 22 https://www.nemionline.org/wp-content/uploads/2017/06/Kosar_D_Integrating_Advanced_Humidity_Control_To_Reduce_Energy_Use_NCEMBT-070621.pdf
- ^ Журнал R&D, декабрь 2006 г., победители премии R&D 100 https://www.rdworldonline.com/about-us/