CONDIŢIONAREA AERULUI PE TIMPUL VERII

1. Consideraţii generale

Pentru ca aerul introdus în spaţiul climatizat să poată asigura condiţiile impuse de temperatură şi umiditate, este necesar ca el să fie supus în prealabil unei tratări complexe. Aceasta reprezintă succesiunea transformărilor simple la care este supus aerul exterior sau în amestec cu aer recirculat, transformări care se realizează în agregate de condiţionare.Tratarea complexă a aerului presupune realizarea unui astfel de agregat care să asigure desfăşurarea tuturor transformări simple, uşor de realizat şi de controlat, până când aerul ajunge la parametrii cu starea finală corespunzătoare.Criteriile de alegere a schemei de condiţionare sunt, în consecinţă, de natură tehnico-economică, urmărindu-se cu precădere reducerea cheltuielilor de investiţii, exploatare şi energetice.La alegerea schemei de condiţionare a aerului trebuie să se ţină seama că acelaşi agregat este folosit atât pe perioada de iarnă, cât şi cea de vară.Pentru perioada caldă a anului este necesar ca aerul proaspăt sau în amestec cu aerul recirculat să fie răcit şi uscat, astfel încât conţinutul în umiditate să ajungă egal cu cel al aerului condiţionat. Răcirea şi uscarea aerului se poate realiza prin umidificare izentalpică în camerele de pulverizare ce folosesc apa rece din surse naturală, cu temperatura mai scăzută (apă de puţ de adâncime) sau apă răcită cu ajutorul unei instalaţii frigorifice până la 4-5C prin utilizarea bateriilor de răcire ce pot folosi la rândul lot apa rece sau agent frigorific.

2. Reprezentarea procesului de condiţionare a aerului pe timpul verii in diagrama h-x

Pe baza calculului de bilanţ termic şi de umiditate se cunosc parametrii de stare ai aerului condiţionat C şi uzat Av. Pentru localitatea în care se amplasează agregatul se determină parametrii aerului exterior. În funcţie de regimul de lucru impus agregatului (în circuit deschis, închis sau cu recirculare parţială a aerului uzat) se abordează uşor reprezentarea condiţionării în diagrama h-x.Pentru condiţionarea aerului în industria alimentară se folosesc agregate de condiţionare cu recircularea parţială a aerului uzat, stabilindu-se în funcţie de condiţiile specifice raportul de recirculare:

Atunci când acesta raport nu este specificat prin tema de proiectare, trebuie avut în vedere ca el să fie astfel ales încât să asigure raţia de aer proaspăt impusă să elimine eventualele noxe şi să asigure cu cheltuieli optime microclimatul impus. În acest sens, cantitatea de aer proaspăt introdusă în spaţiul climatizat trebuie să îndeplinească una sau ambele condiţii de mai jos:

unde:Lp – debitul masic de aer proaspăt introdus în spaţiul climatizat unde îşi desfăşoară activitatea mai multe persoane, kg/h;n – numărul maxim de persoane;R – raţia de aer proaspăt necesară (20-30m3/h şi persoană);ρa – densitatea aerului din spaţiul climatizat, kg/m3.În cazul în care în spaţiu sunt degajări de noxe, debitul masic de aer proaspăt trebuie astfel ales încât să asigure eliminarea acestora până la limita admisă, respectând inegalitatea:

unde: mnoxe – debitul de noxe care se degajă (kg/h). Se va lua în considerare noxa preponderentă în spaţiul climatizat;kext – concentraţia aerului atmosferic în noxa respectivă;ka – concentraţia maximă de noxe admisă de OMS pentru noxa respectivă.Pornind de la aceste elemente, se reprezintă procesul de condiţionare în diagrama h-x (figura 1).

Figura 1. Reprezentarea procesului de condiţionare a aerului pe timpul verii

Aerul proaspăt cu parametrii de stare ai punctului B (tB, φB, xB, hB) se amestecă cu aerul recirculat cu parametrii de stare ai punctului A (tA, φA, xA, hA) şi, în funcţie de raportul de recirculare stabilit se determină poziţia punctului M pe dreapta de amestec AB. Din punctul M care caracterizează parametrii aerului amestec se duce o tangentă la curba φ=1. punctul de tangenţă P corespunde stării aerului saturat la temperatura răcitorului tp. Al intersecţia tangentei MP cu xC = const. se obţine punctul D (D’ este punctul de rouă al aerului condiţionat cu caracteristicile lui C).Se obţine astfel reprezentarea grafică a procesului de condiţionare a aerului pe timpul verii pentru condiţiile date, compus din două tratamente simple succesive: răcire cu depunere de condens (MD) şi încălzire la x=const. (DC).Procesul de răcire MD se realizează în răcitoare umede iar cantitatea de frig necesară răcirii unui debit de aer L este:

În funcţie de QMD se dimensionează răcitorul (vezi lucrarea de laborator).

Cantitatea de condens depusă pe răcitor va fi:

Cantitatea de căldură necesară încălzirii finale a aerului este:

În funcţie de QDC se dimensionează bateria de încălzire.Aerul condiţionat cu parametrii de stare ai punctului C intră în spaţiul climatizat, participă la transferul de căldură şi umiditate cu aerul din incintă, menţinând în aceasta parametrii impuşi.

În cazul în care instalaţia funcţionează în regim închis (cu recircularea integrală a aerului uzat) sau deschis (numai cu aer proaspăt, nu avem amestec de aer. Punctul M în acest caz se deplasează în B , respectiv A, condiţionarea fiind BD, DC şi respectiv AD, DC. În ambele cazuri, condiţionarea se realizează prin două transformări simple: răcire cu depunere de condens şi încălzire la x = const.

3. Variante de realizare a procesului de condiţionare a aerului pe timpul verii

Răcirea aerului cu depunere de condens şi încălzirea la x constant se poate face în mai multe variante, în funcţie de posibilităţile de realizare a procesului de răcire umedă.

a) Tratarea cu apă rece pulverizată

În această variantă răcirea amestecului de aer cu caracteristicile punctului M se face în camera de pulverizare, care utilizează apă rece sau răcită (figura 2).

Figura 2. Reprezentarea procesului de condiţionare a aerului pe timpul verii – cu folosirea apei pulverizate pentru răcirea umedă.

Procesul de răcire umedă se poate realiza, în această variantă, cu condiţia ca temperatura apei pulverizate tw să fie mai mică decât temperatura de rouă a aerului condiţionat (t w<tr). Aerul răcit şi deshidratat, cu parametrii de stare ai punctului D este încălzit la x = const. într-o baterie de încălzire şi, cu caracteristicile punctului C, este introdus în spaţiul climatizat. Bateria de încălzire poate funcţiona cu agent termic (apă caldă sau abur) sau poate folosi energia electrică.

b) Tratarea cu apă rece şi răcirea umedă într-o baterie de răcire

În situaţia în care dispunem de apă rece din surse naturale care să poată realiza răcirea umedă în camera de pulverizare se utilizează varianta de condiţionare anterioară (a). Dacă prin utilizarea apei nu se pot atinge parametrii punctului D, după camera de pulverizare se prevede o baterie de răcire care să continue procesul până la atingerea parametrilor impuşi (figura 3).În diagrama din figura 3 MD’ reprezintă răcirea cu depunere de condens în camera de pulverizare, D’D – răcirea umedă în bateria de răcire suplimentară şi DC – încălzirea finală la x=const.

Figura 3. Reprezentarea procesului de condiţionare a aerului pe timpul verii prin răcire combinată cu apă pulverizată şi baterie de răcire.

c) Tratarea aerului prin pulverizarea apei într-o cameră în două trepte

Atunci când dispunem de surse naturale de apă rece suficiente şi la temperaturi scăzute, se pot folosi camere de pulverizare în două trepte, care au avantajul că permit o răcire umedă mai intensă a aerului decât în cazul folosirii camerelor de umidificare simple, cu o treaptă.Din punct de vedere al reprezentării în diagrama h-x, acest caz este similar cazului b) dar în locul bateriile se foloseşte a doua treaptă de pulverizare (figura 3). În acest caz, apa provenind direct de la sursă este pulverizată mai întâi în treapta a doua, din bazinul căreia este preluată şi pulverizată în prima treaptă.

Figura 4. Reprezentarea procesului de condiţionare a aerului pe timpul verii prin răcire combinată cu apă pulverizată şi baterie de răcire.

d) Tratarea aerului în bateria de răcire şi umidificarea izentalpică

O astfel de variantă presupune utilizarea unei baterii de răcire umedă ce realizează răcirea ME (figura 4), după care prin umidificare izentalpică ED se ating parametrii punctului D şi astfel se realizează încălzirea la x=const., DC în bateria de încălzire.Alegerea uneia sau a alteia dintre variantele prezentate depinde de posibilităţile practice de realizare şi de considerente economice.

Figura 5. Reprezentarea procesului de condiţionare a aerului pe timpul verii prin răcire în baterie şi umidificare izentalpică