Мембраны в системах кондиционирования с наружной подачей воздуха

В представленной конфигурации устройства используются два избирательных к пару мембранных модуля с компрессором между ними. Змеевики, охлаждаясь и нагреваясь в каждом канале мембранного модуля, перемещают тепло между воздушными потоками, используя цикл сжатия пара

Хорошо известно, чтобы воздух в помещении был более свежим и чистым, лучше подавать его снаружи и доводить до необходимых параметров микроклимата, чем рециркулировать внутренний. Однако сложность заключается в том, что на это расходуется намного больше энергетических ресурсов, чем на традиционные способы.

Чтобы повысить энергоэффективность системы подачи наружного воздуха на 100% и сделать ее экономически выгодной, особенно в теплом и влажном климате, инженеры предложили сочетать с новейшими системами отопления, вентиляции и кондиционирования мембранную технологию. По их словам, это может сэкономить в больших зданиях до 66% затрат на электроэнергию.

«Оптимальная относительная влажность в помещении составляет от 40% до 60%. Чем эта влажность выше, тем выше дискомфорт для людей. И кроме этого, может появиться плесень и начаться другие трудности».

Просто открыть окно - не решение проблемы

«Если наружный воздух подавать напрямую с улицы, то уровень влажности в здании может сильно меняться. Это сложная задача - поддерживать приемлемый баланс между комфортной температурой и влажностью для человека и затратами на энергопотребление».

До 40% общей нагрузки на системы кондиционирования воздуха приходится на его конденсационное осушение. Это делает нагрев или охлаждение наружного воздуха еще более энергоемким и дорогостоящим процессом.

Новая технология основана на мембранном подходе к воздушному охлаждению и осушению, который назвали активным мембранным энергообменом (АМЭ), при котором воздух одновременно охлаждается и осушается в изолированных друг от друга процессах.

Мембраны значительно снижают энергопотребление на удаление влаги из воздуха за счет отсутствия фазового перехода водяного пара. До настоящего времени такие системы были основаны на условии постоянства температуры, и эта технология даже называлась «изотермическим осушением».

В представленной конфигурации устройства АМЭ используются два избирательных к пару мембранных модуля с компрессором между ними. Второй мембранный модуль нужен, чтобы отводить из системы отработанный водяной пар. Змеевики, охлаждаясь и нагреваясь в каждом канале мембранного модуля, перемещают тепло между воздушными потоками, используя цикл сжатия пара.

Экспериментально было установлено, что COP устройства АМЭ выше в 1,2–4,7 раза, чем у традиционных специализированных систем кондиционирования наружного воздуха.

Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Energy [1].

«Мембрана - это ключ. Нужны мембраны, которые ведут себя избирательно по отношению к парам, что означает, что они пропускают водяной пар только при наличии перепада давления, но блокируют воздух. Пропуская воздух через мембраны, можно извлекать водяной пар из воздуха, уменьшая нагрузку на двигатели и компрессоры, с помощью которых воздух циклически охлаждается и осушается».

Оценка эффективности системы происходила с помощью компьютерного моделирования, которое показало общее снижение энергопотребления во всех случаях, где использовались активные мембраны. В наиболее жарких и влажных местах экономия энергии была наибольшей.

«Чем жарче и влажнее, тем система работает лучше». «Это ключевой вывод, потому что с потеплением климата в местах, где есть желание кондиционировать помещения, подавая наружный воздух, можно будет это делать».

Исследователи работают над созданием физического прототипа, чтобы подтвердить результаты компьютерного моделирования.

Ссылки: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.116950

Источник: Университет Пердью