Американский Научный Журнал ОСОБЕННОСТИ ОБМЕРЗАНИЯ РЕКУПЕРАТОРОВ В УСЛОВИЯХ ТЕМПЕРАТУР СЕВЕРНОГО КАЗАХСТАНА

АННОТАЦИЯ В статье рассматриваются физические процессы конденсации и кристаллизации водяного пара на поверхности утилизаторов тепла воздуха и в частности рекуператоров пластинчатого типа в условиях температур Северного Казахстана Скачать в формате PDF
American Scientific Journal № (21 ) / 201 8 17
НАУКИ ОБ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
ОСОБЕННОСТИ ОБМЕРЗАНИЯ РЕКУПЕРАТОРОВ В УСЛОВИЯХ ТЕМПЕРАТУР
СЕВЕРНОГО КАЗАХСТАНА
Мельдешов Амангелди
Доктор хим. наук, кафедра Безопасность жизнедеятельности и экологии, Казахская Академия
транспорта и коммуникации,
г. Алматы
Байкенжеева Айгуль
Кандидат техн. наук, кафедра Безопасность жизнедеятельности и экологии, Казахская Академия
транспорта и коммуникации,
г. Алматы
Имангалиева Айжан
Кандидат техн. наук, кафедра Безопасность жизнедеятельности и экологии, Казахская Академия
транспорта и коммуникации,
г. Алматы
Бимагамбетова Лалита
Кандидат техн. наук, кафедра Безопасность жизнедеятельности и экологии, Казахская Академия
транспорта и коммуникации,
г. Алматы

FEATURES OF FREEZING OF RECOVERATORS IN THE CONDITIONS OF TEMPERATURES OF
NORTH KAZAKHSTAN
Meldeshov Amangeldi
Dr. him. Sciences, Department of Life Safety and Ecology, Kazakh Academy of Transport and Communica-
tion, Almaty city
Baykenzheeva Aigul
Candi date tech. Sciences, Department of Life Safety and Ecology, Kazakh Academy of Transport and Com-
munication, Almaty city
Imangalieva Aizhan
Candidate tech. Sciences, Department of Life Safety and Ecology, Kazakh Academy of Transport and Com-
munication, Alma ty city
Bimagambetova Lalita Candidate tech. Sciences, Department of Life Safety and Ecology, Kazakh Academy
of Transport and Communication, Almaty city
АННОТАЦИЯ
В статье рассматриваются физические процессы конденсации и кристаллизации водяного пара на по-
верхности утилизаторов тепла воздуха и в частности рекуператоров пластинчатого типа в условиях тем-
ператур Северного Казахстана.
Ключевые слова : воздух, влажность, вентиляция, мощность, обмерзания, теплообменник, рекупера-
ция.
ABSTRACT
The article discusses the physical processes of condensation and crystallization of water vapor on the surface
of the heat exchanger in the air on plate type heat exchangers in areas at low temperatures of Northern Kazakhstan.
Keywords : air, humidity, vent ilation, power, frosting, heat exchanger, recovery

На формирование облика современных клима-
тических систем в Казахстане оказывает влияние
ряд факторов, послуживших стимулом существен-
ного роста интереса к рекуперации тепловой энер-
гии во вновь проектируемых и реконструируемых
системах вентиляции и кондициони рования воз-
духа. Экономическая обоснованность применения
рекуператоров более чем очевидна в условиях от-
носительно сурового северо -казахстанского кли-
мата, поскольку она непосредственным образом за-
висит от температурного контраста. Чем больше
разница темпера тур воздуха снаружи и внутри зда-
ния, тем больше достигаемый экономический эф-
фект. Единственным видимым препятствием к их
широкому внедрению является опасность обмерза-
ния. В связи с этим представляет несомненный ин-
терес детальный анализ проблем обеспечения рабо-
тоспособности и эффективности функционирова-
ния теплообменников с учетом особенностей их
эксплуатации в суровых климатических условиях,
характерных для северного региона Казахстана.
Ниже произведена систематизация вариантов ре-
шений, предусматривающих пр офилактику обмер-
зания, либо сокращение вызываемых при этом от-
рицательных последствий. Приводятся рекоменда-
ции по конструктивному оформлению
теплообменников и их инженерной обвязке с уче-
том обеспечения эффективной работы зимой при
низких температурах наружн ого воздуха.
Физические основы обмерзания теплообмен-
ников

18 American Scientific Journal № ( 21 ) / 201 8
При охлаждении влажного воздуха происхо-
^bl m\_ebq_gb_ hlghkbl_evghc \eZ`ghklb \iehlv
^h khklhygby gZkus_gby ihke_ q_]h gZqbgZ_lky
bgl_gkb\gZydhg^_gkZpbyba[ulhqghc\eZ]b<j_
amevlZl_ khhl\_lkl\mx sbf h[jZahf mf_gvrZ_lky
Z[khexlgh_ \eZ]hkh^_j`Zgb_ Ijb ^Zevg_cr_f
hoeZ`^_gbb gb`_ l_fi_jZlmju aZf_jaZgby bf__l
f_klh djbklZeebaZpby dhg^_gkbjh\Zgghc \eZ]b
Wlhl ijhp_kk oZjZdl_j_g ^ey kbkl_f j_dmi_jZpbb
\dhlhjuoijbgbadhcl_fi_jZlmj_gZjm`gh]h\ha
^moZ hkms_kl\ey_lky_]hih^h]j_\iml_fqZklbqghc
i_j_^Zqb l_ieZ kh^_j`Zs_]hky \ m^Zey_fhf \ha
^mo_ kbkl_f \uly`ghc \_glbeypbb< ijhp_kk_ j_
dmi_jZpbb l_ieZ ijblhqguc \ha^mo gZ]j_\Z_lky Z
m^Zey_fuchoeZ`^Z_lkyIjbwlhfdZdhlf_qZehkv
\ur_ ijb hij_^_e_gguo h[k lhyl_evkl\Zo \ha
fh`ghh[jZah\Zgb_dhg^_gkZlZMdZaZggh_kh^ghc
klhjhgu ijb\h^bl d kms_kl\_gghfm ih\ur_gbx
wnn_dlb\ghklb l_iehh[f_gZ aZ kq_l kdjulhc l_i
ehlubkiZj_gbyK^jm]hcklhjhguijbhlkmlkl\bb
gZ^e_`Zsbo kihkh[h\ hl\h^Z dhg^_gkZlZ fh`_l
gZ[ex^Zlv ky mf_gvr_gb_ l_iehi_j_^Zqb aZ kq_l
nhjfbjm_fh]h gZ ih\_joghklb ieZklbg kehy `b^
dhklb Z lZd`_ mf_gvr_gb_ `b\h]h k_q_gby \ha
^mrguo dZgZeh\ qlh \ k\hx hq_j_^v ijb\h^bl d
m\_ebq_gbx ihl_jv klZlbq_kdh]h ^Z\e_gby < kem
qZyo dh]^Z ijblhqguc \ha^mo bf__l ^h klZlhqgh
gbadmx l_fi_jZlmjm kdZieb\Z_fuc \gmljb l_ieh
h[f_ggbdZ dhg^_gkZl aZf_jaZ_l aZdmihjb\Zy qZ
klbqgh beb iheghklvx \ha^mrgu_ dZgZeu gZ klh
jhg_\uly`db<j_amevlZl_jZkoh^m^Zey_fh]h\ha
^moZ kgb`Z_lky eb[h ij_djZsZ_lky kh\k_f
Khhl\_lkl\_ggh wnn_dlb\ ghklv j_dmi_jZpbb iZ
^Z_l qlh \ujZ`Z_lky \ g_^hklZlhqghf ij_^\Zjb
l_evghfih^h]j_\_ ijblhqgh]h\ha^moZdhfi_gkb
jm_fuf mklZgh\dhc ^hihegbl_evguo \g_rgbo
gZ]j_\Zl_e_c dZehjbn_jh\ kjZ\gbl_evgh[hevrhc
fhsghklb MdZaZgguc nbabq_kdbc ijhp_kk ih km
s_kl\m ijhl_ dZ_l h^bgZdh\uf h[jZahf \ l_iehh[
f_ggbdZo jZaebqgh]h lbiZ gZijbf_j dh`mohljm[
guo ieZklbgqZluo kibjZevguo eZf_evguo jhlZ
pbhgguob liL_fi_jZlmjZh[f_jaZgby l_lZdZy
l_fi_jZlmjZ ijblhqgh]h \ha^moZ gZqbgZy k dhlh
jhcgZqbgZ_lkyijhp_kkdjbklZeebaZpb bdhg^_gkb
jm_fhc \eZ]b gZ klhjhg_ \uly`db aZ\bkbl hl ke_
^mxsbonZdlhjh\
• теплофизические параметры на вытяжке
l_fi_jZlmjZ t„ и относительная RF „ или абсолют-
ная x 11влажность воздуха);
• эффективность теплообмена; массовое от-
ghr_gb_\ha^mrguoihlhdh\gZijb lhd_b\uly`d_
oheh^guc\ha^mol_ieuc\ha^mo  m2 /m1 ;
• конструктивные особенности теплообмен-
gbdZ
Наиболее интересным является анализ особен-
ностей физических процессов, имеющих место при
работе теплообменников пластинчатого типа, что, с
одной стороны, оп ределяется их относительно вы-
сокой эффективностью. С другой стороны, темпе-
ратурные поля, формируемые на рабочих поверх-
ностях пластинчатых теплообменников, являются
существенно неравномерными, вследствие чего по-
следующий их анализ не тривиален. При этом сле-
дует отметить, что для северного Казахстана наибо-
лее характерным является использование именно
пластинчатых теплообменников. Полученные ниже
результаты далеко не очевидны и представляют
определенный интерес с точки зрения использова-
ния теплообменников указ анного типа в качестве
ключевого элемента систем рекуперации тепла в
системах вентиляции различного назначения.
Расчет температуры обмерзания пластин-
чатых теплообменников
Ниже рассматривается вариант пластинчатых
теплообменников (см. рис.1) с поперечным на прав-
лением воздушных потоков, равномерно распреде-
ленных между пластинами. Все пластины нахо-
дятся в одинаковых теплофизических условиях.




Вследствие поперечной направленности по-
токов нагрев приточного и охлаждение удаляе-
мого воздуха происходят неравномерно вдоль
обеих сторон пластины, что существенно затруд-
няет расчет. Однако если условно разделить пла-
стины на некоторое число равновеликих по пло-
щади частей (например, 10 х 10), то расчеты теп-
лопередачи, так же как и процесса возможной
конденсации, значительно упрощаются и могут

American Scientific Journal № (21 ) / 201 8 19
быть реализованы численным образом. =
Подобный расчет методом конечных элемен-
lh\ihdZau\Z_lgZebqb_lZdgZau\Z_fh]hoheh^gh]h
m]eZª]^_m^Zey_fuc\ha^mo hoeZ`^Z_lkygZb[he__
bgl_gkb\gufh[jZahfQlh[ul_hj_lbq_kdbjZkkqb
lZlvl_fi_jZlmjmh[f_jaZgbyg_h[oh^bfhijhba\_
klb\Zjvbjh\Zgb_l_fi_jZlmjuijblhqgh]h\ha^moZ
ijb g_baf_gguo l_iehnbabq_kdbo iZjZf_ljZo gZ
\uly`d_ihdZl_fi_jZlmjZ©oheh^gh]hm]eZªg_[m
^_ljZ\gZƒK kfjbk 
Приведенные результаты вычислений осно-
\ZgugZke_^mxsbo^hims_gbyo

• температура удаляемого воздуха равна
l_fi_jZlmj_ gZkus_gby  hlghkbl_evgZy
\eZ`ghklv 
• коэффициент теплопередачи от конденсата
dieZklbg_[_kdhg_qgh\_ebd\ke_^kl\b_q_]hl_f
i_jZlmjZdhg^_gkZlZjZ\gZl_fi_jZlmj_ieZklbgu
• теплоемкость конденсата пренебрежимо
fZeZb\jZkq_l_g_mqblu\Z_lky
• энергия фазового перехода вода/лед также
g_ mqblu\Z_lky \ke_^kl\b_ fZehklb nZdlbq_kdbo
agZq_gbc
С использованием метода конечных элементов
аналогичным образом могут быть произведены рас-
четы в разнообразной постановке задач. В таблице
представлены результаты расч ета минимальных
значений температуры приточного воздуха при раз-
личных значениях температуры на вытяжке для од-
ной из конкретных моделей пластинчатых теплооб-
менников .

Заключение
Исходя из представленных результатов, можно
k^_eZlvke_^mxsb_\u\h^u
• Опасност ь замораживания снижается по
мере увеличения влажности удаляемого воздуха.
Hkh[_ggh aZf_lguf y\ey_lky lZdh_ kgb`_gb_ ijb
\ukhdbol_fi_jZlmjZogZ\uly`d_
Замечание: Если абсолютная влажность удаля-
_fh]h \ha^moZ khklZ\ey_l f_g__  ]d] lh lhqdZ
jhkugb`_ ƒK В данном случае влага не конденси-
jm_lky gZ ih\_joghklb l_iehh[f_ggbdZ Z g_ih
kj_^kl\_ggh i_j_oh^bl \l\_j^mxnZam iml_fh[t
_fghckm[ebfZpbbLZdbfh[jZahf^eylh]hqlh[u
bf_eh f_klh ih\_joghklgh_ h[f_jaZgb_ l_iehh[
f_ggbdZ Z[khexlgZy \eZ`ghklv m^Zey_ fh]h \ha
^moZ^he`gZij_\urZlv]d]
• Опасность замораживания увеличивается с
jhklhfkmohcwnn_dlb\ghklbj_dmi_jZpbb
• По мере увеличения температуры на вы-
ly`d_
опасность обледенения снижается.
• С увеличением массового отношения воз-
^mrguo
потоков на приток е и вытяжке m2 / m1 (холод-
ный воздух/теплый воздух) опасность обледенения
возрастает (большое количество холодного воздуха
более интенсивно охлаждает небольшие количе-
ства удаляемого воздуха).
При анализе приведенных данных необходимо
mqblu\Zlvbo l_hj_lbq_kdbcoZjZdl_jGZijZdlbd_

20 American Scientific Journal № ( 21 ) / 201 8
могут иметь место определенные отклонения от
jZkq_lguoagZq_gbc

Список литературы:
1. Вишневский Е.П. Особенности обеспече-
ния эффективной работы пластинчатых теплообме-
нников рекуперативного типа в суровых климати-
ческих условиях // С.О.К. — 2005. — № 1. — С.
84 —91.
2. Липа А.И. Кондиционирование воздуха.
Основы теории. Современные технологии обрабо-
тки воздуха. — 2-е изд., перераб. и доп. — Одесса:
Изд -во ВМВ, 2010. — 607 с.
3. Дискин М.Е. Эффективность рекуперации
теплоты в сис темах вентиляции при температурах
наружного воздуха ниже температуры опасности
обмерзания // Вентиляция. Отопление. Кондици-
онирование: АВОК. — 2006. — № 4. — С. 40 —42.
4. Исаченко В.П. Теплообмен при конден-
сации. — М.: Энергия, 1977. — 240 с.

Таблица 2
Температура обмерзания при различных значениях температуры на вытяжке , относительной
\eZ`ghklbm^Zey_fh]h\ha^moZbkmohcwnn_dlb\ghklbj_dmi_jZpbbN 2 при массовом отношении
\ha^mrguoihlhdh\gZijblhd_b\uly`d_ m2 /m, =1,0 .
RFii Эффективность рекуперации тепла Ф 2 (сухая)
40% 45% 50% 55% 60% 65%
2О°С
30% -21 0С -15 0С -11 0С -80С -50С -30С
40% -21 0С -16 0С -11 0С -80С -50С -30С
50% -21 0С -16 0С -11 0С -80С -60С -30С
60% -21 0С -16 0С -11 0С -90С -60С -40С
75% -23 0С -17 0С -13 0С -10 0С -60С -40С
90% -25 0С -18 0С -14 0С -10 0С -60С -70С
25°С
30% -26 0С -19 0С -15 0С -10 0С -60С -30С
40% -27 0С -19 0С -15 0С -11 0С -70С -50С
50% -27 0С -20 0С -16 0С -12 0С -70С -50С
60% -30 0С -22 0С -17 0С -13 0С -80С -50С
75% -33 0С -25 0С -20 0С -13 0С -90С -60С
90% -36 0С -28 0С -22 0С -15 0С -10 0С -70С
ЗО°С
30% -32 0С -24 0С -17 0С -13 0С -80С -50С
40% -33 0С -27 0С -20 0С -13 0С -80С -50С
50% -38 0С -27 0С -21 0С -14 0С -11 0С -60С
60% -40 0С -30 0С -21 0С -17 0С -11 0С -70С
75% <-40 0С 40 0С) -33 0С -25 0С -18 0С -13 0С -90С
90% <-40 0С -40 0С -30 0С -21 0С -16 0С -11 0С