فهم استعادة الطاقة في المبادلات الحرارية الدوارة

العناصر التقنية الرئيسية التي تؤثر على كفاءة الطاقة

فهم استعادة الطاقة في المبادلات الحرارية الدوارة - العناصر التقنية الرئيسية التي تؤثر على كفاءة الطاقة

يمكن تقسيم أنظمة استرداد الحرارة إلى فئتين بناءً على المعلمات الحرارية للنظام: أنظمة استرداد الطاقة وتحويلها من الحرارة المهدرة ذات المعلمات الحرارية العالية (أعلى من 70 درجة مئوية)^oج) وأنظمة استعادة الطاقة وتحويلها من الحرارة المهدرة ذات المعايير الحرارية المنخفضة (أقل من 70^oج).

أنظمة استعادة الحرارة وتحويل الطاقة فوق 70^oيُستخدم الكربون في العمليات التكنولوجية التي تُجرى في صناعات الطاقة والأغذية والكيميائيات وغيرها من الصناعات القائمة على العمليات، حيث تُطلق كميات كبيرة من الحرارة المُهدرة. يمكن استخدام هذه الحرارة المُهدرة ذات المعايير الحرارية العالية لتحسين كفاءة الطاقة والاقتصاد في المؤسسات، وذلك بتسخين الهواء مباشرةً في أنظمة التهوية، أو بزيادة العمليات التكنولوجية التي تتطلب درجات حرارة أعلى (مثل مصدر الحرارة لمضخات الحرارة المستخدمة في البسترة في صناعة الأغذية، أو لإنتاج الكهرباء في أنظمة دورة رانكين أو دورة كالينا العضوية). كما يمكن استخدام الحرارة المُهدرة ذات هذه المعايير الحرارية العالية في عمليات التبريد وتكييف الهواء (مثل تحويل الطاقة الحرارية إلى ماء مُبرد باستخدام مُبردات الامتصاص أو الامتزاز).

أنظمة استعادة الحرارة وتحويل الطاقة أقل من 70^oتُستخدم المبادلات الحرارية الكربونية (C) غالبًا لأغراض التدفئة في المباني السكنية (مثل التدفئة الأرضية باستخدام مضخات الحرارة) أو المباني التجارية (مثل وحدات معالجة الهواء (AHU) لتسخين الهواء النقي أو الخارجي عن طريق استعادة الحرارة من الهواء المستعمل أو العادم). ستركز هذه المقالة على تطبيقات المباني التجارية.

تعتمد أنظمة استرداد الحرارة في وحدات مناولة الهواء على نظامين، يعتمدان على نوع الحل المُستخدم في تصميم الوحدة، ويستهلكان الكهرباء (الأنظمة النشطة) أو لا يستهلكانها (الأنظمة السلبية). تشمل أنظمة استرداد الحرارة النشطة في وحدات مناولة الهواء، على سبيل المثال، أنظمة تعتمد على مبادلات حرارية دوارة أو مضخات حرارية عكسية. أما أنظمة استرداد الحرارة السلبية، فتشمل مبادلات حرارية متقاطعة وسداسية. ومن خصائص استرداد الحرارة في أنظمة التهوية أنه يتم استرداد الحرارة عند فروق طفيفة في درجات الحرارة بين تيار الهواء ذي درجة الحرارة الأعلى وتيار الهواء ذي درجة الحرارة المنخفضة، ونادرًا ما يتجاوز تيار الهواء ذي درجة الحرارة الأعلى 30 درجة مئوية.^oج (في المباني التجارية، تتم عملية استعادة الحرارة حتى في درجات حرارة الهواء المنخفضة).

في أغلب الأحيان، يتم استعادة الحرارة في وحدات التهوية وتكييف الهواء باستخدام مبادلات حرارية دوارة أو متقاطعة التدفق (سداسية الشكل)، ونادرًا ما تُستخدم مضخات الحرارة. تُستخدم المبادلات الحرارية الدوارة في وحدات مناولة الهواء (AHUs) حيث يُسمح بتبادل الكتلة بين هواء الدخول والخروج (عادةً ما تكون هذه المباني عامة). تُستخدم المبادلات الحرارية المتقاطعة والسداسية الشكل في وحدات مناولة الهواء حيث لا يُسمح بتبادل الكتلة بين الهواء النقي والمُستخدَم (مثل المستشفيات). تُستخدم مضخات الحرارة العكسية عند الحاجة إلى هواء إمداد عالي الحرارة لأغراض التدفئة.

توازن الكتلة والطاقة في المبادلات الحرارية المستخدمة في وحدات معالجة الهواء

عند حساب أداء المبادل الحراري الدوار لاستعادة الحرارة في وحدات مناولة الهواء، بالإضافة إلى موازنة الطاقة، يلزم وجود موازنة كتلة مناسبة. فيما يلي معادلات موازنة الطاقة والكتلة لظروف التدفق في حالة الاستقرار، بالافتراض التالي: يُحسب متوسط ​​التغيرات الدورية في المعاملات الناتجة عن حركة المبادل الدورانية في موازنة الطاقة والرطوبة الكلية، أي أن التغيرات المحلية الدورية في درجة الحرارة والرطوبة على سطح العجلة الدوارة ضئيلة، وبالتالي تُحذف من الحسابات.

أ) توازن الكتلة والتركيز والطاقة للمبادلات الحرارية الدوارة: