Улучшенный вариант теплообменников повышает эффективность климатических систем

Американская компания OTS R&D, Inc. в сотрудничестве с Ассоциацией развития медной промышленности (CDA) вышла на рынок с новым проектом, оптимизирующим работу  теплообменников с медными трубками и алюминиевыми ребрами – в том, что касается избавления от влаги в системе и уменьшения конденсата.

Влага в виде конденсата – самый злостный враг теплообменников, используемых в воздухонагревателях для воздушного отопления, а также в кондиционерах. Влага и конденсат приводят к коррозии, а также отрицательно воздействуют на качество воздуха в помещении с работающим кондиционером.

Компания AprilAire, известный производитель оборудования климатических систем, в том числе для увлажнения воздуха, задалась целью справиться с этой проблемой. Задача стояла   максимально повысить производительность своего оборудования – как в стандартных, так и в низкотемпературных условиях эксплуатации – на пути уменьшения накопления влаги на испарителе.

Проблема также состояла в том, что традиционные осушители часто теряют эффективность по мере накопления инея на трубках теплообменника, что приводит к сбоям в циклах кондиционирования и повышению влажности.

Применяя в своих исследованиях моделирование с использованием инструмента CoilDesigner®, команда проекта OTS изучила различные конструкции теплообменников и проанализировала скорости воздушного потока, чтобы определить оптимальную конфигурацию теплообменника.

Суть метода состояла в уменьшении наружного диаметра трубок теплообменника –  с обычных значений до 5 мм, а также в выборе меди в качестве материала трубок. Сотрудники компании рассмотрели семь различных геометрических конфигураций ребер трубок, начиная от вариантов с внешним диаметром 5 мм до трубок с внешним диаметром 7,94 мм.

Были проанализированы такие параметры, как плотность ребер, высота змеевика, количество трубок, схема и скорость воздушного потока,  – с целью увеличить скорость осушения и предотвратить замерзание конденсата, минимизируя расход материалов и объем хладагента.

Проект показал эффективность использования медных трубок малого диаметра (5 мм), что  обеспечивает ряд преимуществ для производителей климатического оборудования.

Результаты

Уменьшение диаметра медных трубок  – это экономически эффективный способ повышения энергоэффективности всей системы. Альтернативный метод – увеличение количества обычных трубок – имеет свои недостатки: он также увеличивает вес трубок и ребер, а также и объем используемого хладагента.

При уменьшении диаметра трубок, наоборот, теплоотдача идет более эффективно, и это  позволяет выпускать теплообменники более легкие и маленькие. Несмотря на уменьшение материалов, эффективность теплопередачи повышается, при этом уменьшаются общие размеры продукта, облегчается его хранение, транспортировка, установка и, в конечном итоге, уменьшается площадь оборудования.

Более того, медные трубки малого диаметра позволяют значительно снизить объем хладагента в системах и заметно снизить вес оборудования.

После окончания проекта команда определила 13 потенциальных решений, соответствующих требованиям к продукту, семь из которых использовали трубки диаметром 5 мм, а шесть — трубки 7,94 мм.

Оптимизированная конструкция с трубками 5 мм продемонстрировала свои преимущества:

На 5% увеличилась скорость осушения

На  15% снизился вес оборудования

На 60% уменьшился внутренний объем, требующий заправки хладагента.

Прогнозируемая эффективность при стандартных номинальных условиях превысила целевое требование на 4%.

В заключение следует отметить, что оптимизация теплообменников с медными трубками и алюминиевыми ребрами для коммерческих систем обработки воздуха представляет собой значительный прогресс в технологии HVAC/R.

Уменьшая диаметр трубок и выбирая соответствующие материалы, производители могут добиться большей эффективности в работе оборудования, снижения расхода материалов и улучшения производительности в сложных условиях эксплуатации.