Исследование эффективности капиллярно-испарительного воздухоочистного устройства с низким энергопотреблением в пыльно-солёной среде Каракалпакстана

Аннотация

Актуальность: В настоящее время в Республике Каракалпакстан и Приаралье загрязнение воздуха, распространение солевых аэрозолей, а также высокие летние температуры оказывают серьёзное воздействие на здоровье населения. Мелкодисперсные солевые частицы (PM10, PM2.5, PM1.0), переносимые ветром в климатических условиях региона, усиливают развитие респираторных заболеваний, а качество воздуха внутри помещений остаётся ниже нормативных требований. Кроме того, большинство существующих кондиционеров и воздухоочистителей характеризуются высоким энергопотреблением; их фильтры быстро засоряются в условиях солёного воздуха, что приводит к росту эксплуатационных расходов. В регионе, богатом солнечной энергией, но отличающемся жарким и сухим климатом, возрастаёт потребность в энергоэффективных, автономных устройствах, способных стабильно работать в солевой среде. С этой точки зрения разработка нового типа устройства, функционирующего на основе капиллярного испарения, использующего двухсторонний воздушный поток и оснащённого HEPA-фильтрацией, является актуальной как в практическом, так и в научном отношении. Преимущество данной технологии заключается в том, что она практически не требует внешнего энергоснабжения, работает автономно за счёт солнечной панели и маломощного вентилятора, одновременно увлажняет, охлаждает и очищает воздух, а также устойчива к воздействию солевых частиц. В результате появляется возможность улучшить качество воздуха в жилых домах, школах, медицинских учреждениях, офисах и социальных зданиях. Наряду с этим производство такого устройства на основе местного сырья и низкая стоимость обслуживания делают его экономически конкурентоспособным. Энергоэффективность и низкие эксплуатационные расходы повышают потенциал широкого внедрения и коммерциализации устройства.

Цель: Создание энергоэффективного воздухоочистного и пассивного охлаждающего устройства, адаптированного к условиям Каракалпакстана, основанного на капиллярном испарении и использующего двухнаправленный воздушный поток; научное обоснование его аэродинамических и термодинамических характеристик, а также экспериментальная оценка эффективности стабильной работы устройства при применении альтернативных источников энергии.

Методы: В исследовании были применены методы аэродинамических расчётов, анализ распределения скорости и давления воздуха на основе закона Бернулли, лабораторные измерения эффективности испарения капиллярного материала, а также экспериментальная оценка степени снижения концентрации пылевых и солевых частиц посредством HEPA-фильтрации.

Результаты: По результатам исследования установлено, что пассивное охлаждение за счёт капиллярного испарения обеспечивает снижение температуры на 5–10 °C, HEPA-фильтрация существенно уменьшает концентрацию аэрозольных частиц в воздухе (PM10, PM2.5, PM1.0), а общее энергопотребление устройства значительно ниже по сравнению с традиционными системами вентиляции и охлаждения. При интеграции с солнечной панелью устройство получает возможность полностью автономной работы.