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 استعادة الحرارة إلى فئتين بناءً على المعايير الحرارية للنظام: أنظمة استعادة الطاقة وتحويلها من الحرارة المهدرة ذات المعايير الحرارية العالية (أكثر من 70).oج) وأنظمة استعادة الطاقة وتحويلها من الحرارة المهدرة ذات المعاملات الحرارية المنخفضة (أقل من 70oج).
أنظمة استعادة الحرارة وتحويل الطاقة التي تزيد عن 70oتُستخدم الحرارة المهدرة في العمليات التكنولوجية التي تجري في قطاعات الطاقة والغذاء والكيماويات وغيرها من الصناعات القائمة على العمليات، حيث تُطلق كميات كبيرة من الحرارة المهدرة. ويمكن استخدام هذه الحرارة المهدرة ذات الخصائص الحرارية العالية لتحسين كفاءة الطاقة والكفاءة الاقتصادية للمؤسسات من خلال تسخين الهواء مباشرةً في أنظمة التهوية، أو من خلال تعزيز 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 العضوية أو دورة كالينا). كما يمكن استخدام الحرارة المهدرة ذات هذه الخصائص الحرارية المرتفعة في عمليات التبريد وتكييف الهواء (مثل تحويل الطاقة الحرارية إلى ماء مبرد باستخدام مبردات الامتصاص أو الامتزاز).
أنظمة استعادة الحرارة وتحويل الطاقة أقل من 70oتُستخدم وحدات التدفئة المركزية (C) في الغالب لأغراض التدفئة في المباني السكنية (مثل التدفئة الأرضية باستخدام المضخات الحرارية) أو المباني التجارية (مثل وحدات معالجة الهواء لتسخين الهواء النقي أو الخارجي عن طريق استعادة الحرارة من الهواء المستخدم أو العادم). ستركز هذه المقالة على تطبيقات المباني التجارية.
تعتمد أنظمة استعادة الحرارة في وحدات معالجة الهواء على نظامين، أحدهما يستهلك الكهرباء (أنظمة نشطة) والآخر لا يستهلكها (أنظمة سلبية)، وذلك حسب نوع الحل المُعتمد في تصميم الوحدة. تشمل أنظمة استعادة الحرارة النشطة في وحدات معالجة الهواء، على سبيل المثال، الأنظمة القائمة على المبادلات الحرارية الدوارة أو المضخات الحرارية العكسية. أما أنظمة استعادة الحرارة السلبية فتشمل المبادلات الحرارية المتقاطعة والسداسية. تتميز استعادة الحرارة في أنظمة التهوية باستعادة الحرارة عند فروق طفيفة في درجات الحرارة بين تيار الهواء ذي درجة الحرارة الأعلى وتيار الهواء ذي درجة الحرارة الأقل، حيث نادرًا ما تتجاوز درجة حرارة الهواء ذي درجة الحرارة الأعلى 30 درجة مئوية.oج (في المباني التجارية، تتم استعادة الحرارة حتى في درجات حرارة الهواء المنخفضة).
في أغلب الأحيان، تتم استعادة الحرارة في وحدات التهوية وتكييف الهواء باستخدام مبادلات حرارية دوارة أو متقاطعة التدفق (سداسية)، ونادرًا ما تُستخدم المضخات الحرارية. تُستخدم المبادلات الحرارية الدوارة في وحدات معالجة الهواء حيث يُسمح بتبادل الكتلة بين هواء الدخول والخروج (عادةً في المباني العامة). أما المبادلات الحرارية متقاطعة التدفق والسداسية فتُستخدم في وحدات معالجة الهواء حيث لا يُسمح بتبادل الكتلة بين الهواء النقي والهواء المُستخدَم (مثل المستشفيات). وتُستخدم المضخات الحرارية العكسية عند الحاجة إلى هواء إمداد بدرجة حرارة عالية لأغراض التدفئة.
موازنة الكتلة والطاقة في المبادلات الحرارية المستخدمة في وحدات معالجة الهواء
عند حساب أداء المبادل الحراري الدوار لاستعادة الحرارة في وحدات معالجة الهواء، بالإضافة إلى موازنة الطاقة، يلزم حساب موازنة الكتلة المناسبة. فيما يلي معادلات موازنة الطاقة والكتلة لظروف التدفق المستقر مع الافتراض التالي: يتم حساب متوسط التغيرات الدورية في المعلمات الناتجة عن الحركة الدورانية للمبادل في موازنة الطاقة والرطوبة الكلية - أي أن التغيرات المحلية الدورية في درجة الحرارة والرطوبة على سطح العجلة الدوارة ضئيلة، وبالتالي يتم إهمالها في الحسابات.
أ) موازنة الكتلة والتركيز والطاقة للمبادلات الحرارية الدوارة:
مخطط معلمات الحساب للمبادلات الحرارية الدوارة
تاريخ النشر: 3 ديسمبر 2019
