DEVAP – новая технология тепловлажностной обработки воздуха

Многие американские эксперты положительно оценивают разработку в виду её технологичности и малого энергопотребления. Данная установка позволяет сэкономить до 90 % электроэнергии и до 60 % первичной энергии в сравнении с традиционными системами кондиционирования воздуха.

Одним из ключевых элементов установки, использующей технологию DEVAP (desiccant-enhanced evaporative), является водонепроницаемая, но паропроницаемая мембрана, производимая компанией Celgard. Обработка воздуха происходит в два этапа.

 Первый этап:

• наружный и вытяжной воздух смешиваются. В примерах официально опубликованного отчёта разработчиков объём приточного воздуха при рециркуляции состоит из 70 % вытяжного и 30 % наружного. При этом оговаривается, что соотношение определяется проектом исходя из соображений энергетической эффективности и требуемого качества воздуха в помещении;
• приточный воздух подаётся в первый теплообменник, где осушается за счёт применения жидкого сорбента на основе воды и хлорида лития (LiCl) / хлорида кальция (CaCl₂).

Конструкция теплообменника разбита на чередующиеся герметичные секции, между которыми происходит теплообмен.
В основных секциях осушения, через которые проходит влажный и тёплый приточный воздух, по стенкам уложена паропроницаемая мембрана, внутри которой циркулирует жидкий сорбент. Мембрана не позволяет сорбенту попадать в поток воздуха, но при этом даёт возможность поглощать влагу из приточного воздуха и осушать его. Производительность системы регулируется расходом жидкого сорбента и изменением его концентрации. Поскольку такой процесс поглощения влаги является экзотермическим, а нагрев жидкого сорбента и приточного воздуха не желателен, стенки основной секции осушения находятся в тепловом контакте с секциями охлаждения.

В аналогичной мембране секций охлаждения циркулирует вода. Мембрана обдувается вытяжным воздухом, который затем выбрасывается в атмосферу. При этом вода испаряется, охлаждая стенку и жидкий сорбент соответственно. Здесь реализован принцип непрямого испарительного охлаждения.

 Второй этап:

• предварительно осушенный приточный воздух поступает в теплообменник непрямого испарительного охлаждения;
• конструкция теплообменника разбита на чередующиеся герметичные секции, между которыми происходит теплообмен.

Аналогично теплообменнику, используемому на первом этапе, в одних секциях проходит приточный воздух. При этом на стенках граничащих секций в специальной мембране циркулирует вода. Мембрану обдувает тот же приточный воздух, позже выбрасываемый в атмосферу. Какая доля приточного воздуха используется для поглощения влаги из циркулирующей воды и охлаждения приточного воздуха, в отчёте чётко не указано, упоминается как «малая доля».

Регенерация жидкого сорбента

Регенерация сорбента происходит путём его нагрева и испарения влаги. В качестве возможных источников тепловой энергии для нагрева сорбента авторами упоминаются газовые котлы и солнечные коллекторы.

Энергозатраты

Система DEVAP потребляет минимальное количество электрической энергии, используя воду и тепловую энергию. Подробное сравнение энергопотребления кондиционера DEVAP и традиционной фреоновой системы кондиционирования воздуха приведено в таблице.

Экологичность

Особый упор разработчики технологии делают не её экологическую устойчивость, как с точки зрения возможности снижения потребления первичной энергии, так и с точки зрения использования экологичных материалов – воды и абсолютно безопасных сорбентов (аналогичны по составу силикагелю в пакетиках, широко используемых в быту).

То, как государство участвует в поддержке исследований и разработок, направленных на снижение энергопотребления и способствует повышению экологической устойчивости, рассмотрим на примере Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии США.

История создания лаборатории

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии США (National Renewable Energy Laboratory, NREL) основана в 1974 году, после произошедшего топливного кризиса, и проводит исследования с 1977 года. Первоначальное название – Институт исследования солнечной энергии (Solar Energy Research Institute). До 1991 года здесь велись разработки только в области солнечной энергетики. В настоящее время этот исследовательский центр находится под контролем Департамента энергетики США.

Лаборатория сегодня

Исследовательские центры лаборатории находятся в окрестностях Голдена, штат Колорадо. Общая площадь, занимаемая зданиями и полигонами, – 255 га. Численность персонала – 1 500 сотрудников. Фонд оплаты труда в 2013 году – 153 млн долл. США. В среднем – 100 000 долл. США на одного сотрудника в год.

Финансирование исследований и разработок

Основным заказчиком лаборатории является государство в лице Департамента энергетики (более 80 % финансирования). Лаборатория выполняет заказы и от сторонних заказчиков – частных компаний, исследовательских центров и некоммерческих организаций.

Основные направления работы

Аналитика энергетического сектора. В рамках данной программы специалисты лаборатории производят постоянный мониторинг энергетического сектора США и ведущих экономик мира, готовят к публикации аналитические отчёты, разрабатывают модели и инструменты для прогнозов энергопотребления на ближайшие годы. Особое внимание уделяется сектору ВИЭ.

Энергия из биомассы. Исследования и разработки в области использования биомассы для получения энергии. Характеристики биомассы, технологии получения энергии, разработка оборудования.

Здания и сооружения. Ограждающие конструкции, программное обеспечение для моделирования энергопотребления, оборудование инженерных систем зданий.

Электроэнергия. Интеграция производителей электроэнергии на основе ВИЭ в сети электроснабжения США, транспортировка электроэнергии, энергетический аудит и др.

Федеральная программа энергетического аудита. Разработка и выполнение программы по снижению энергопотребления федеральными ведомствами, организациями и государственными компаниями.

Водородные топливные элементы. Исследования и разработки топливных элементов, использующих водород для производства электроэнергии.

Геотермальная энергия. Использование геотермальной энергии для получения тепловой и электрической энергии.

Международная деятельность. Продвижение идей экологической устойчивости и использования ВИЭ на межгосударственном уровне.

Солнечная энергия. Исследования и разработки в области фотоэлектрических модулей и солнечных коллекторов.

Транспорт. Разработка двигателей на альтернативных видах топлива, повышение эффективности двигателей внутреннего сгорания.

Реконструкция. Разработка и реализация государственных и межгосударственных программ по стимулированию собственников недвижимости к реконструкции (в основном – утепление ограждающих конструкций) старых зданий и использованию ВИЭ.

Энергия ветра и воды. Разработки в области повышения эффективности и снижения стоимости оборудования, генерирующего электроэнергию из энергии ветра и воды.

Преимущества системы

Основными преимуществами системы являются низкое энергопотребление и возможность точного контроля температуры и влажности воздуха в обслуживаемом помещении.

Недостатки системы

О недостатках судить довольно сложно, поскольку статья была подготовлена по материалам, находящимся в открытом доступе в Интернете, которые не содержат все технические детали устройства теплообменников и их характеристики.

Более того, технология является довольно новой и практическое её применение в настоящее время довольно ограничено. Найти список производителей, уже выпускающих серийные модели систем кондиционирования воздуха, на базе DEVAP автору не удалось.

Подготовлено Владимиром Устиновым по материалам сайта www.nrel.gov. ●

СТАТЬИ ПО ТЕМЕ:

Революция в климатотехнике: бесфреоновые климатические системы

Прямое испарительное охлаждение в офисе. Возрождение в Фениксе

ВЕБИНАР ПО ТЕМЕ: 

Энергосберегающие системы адиабатического охлаждения Carel