Разбиране на рекуперацията на енергия в ротационни топлообменници

Ключови технически елементи, които влияят върху енергийната ефективност

Разбиране на рекуперацията на енергия в ротационни топлообменници - ключови технически елементи, които влияят върху енергийната ефективност

Системите за рекуперация на топлина могат да бъдат разделени на две категории въз основа на топлинните параметри на системата: Системи за рекуперация на енергия и преобразуване на отпадна топлина с високи топлинни параметри (над 70^oC) и системи за оползотворяване и преобразуване на енергия от отпадна топлина с ниски топлинни параметри (под 70^oВ).

Системи за рекуперация на топлина и преобразуване на енергия над 70^oC се използват в технологични процеси, протичащи в енергийната, хранително-вкусовата, химическата и други технологично-базирани индустрии, където се отделят големи количества отпадна топлина. Тази отпадна топлина с високи топлинни параметри може да се използва за подобряване на енергийната и икономическа ефективност на предприятията чрез директно нагряване на въздуха във вентилационни системи или чрез допълване на технологични процеси, изискващи по-високи температури (напр. източник на топлина за термопомпи, използвани за пастьоризация в хранително-вкусовата промишленост, или за производство на електроенергия в органичните системи с цикъл на Ранкин или цикъл на Калина). Отпадната топлина с такива повишени топлинни параметри може да се използва и за хладилни и климатични процеси (напр. преобразуване на топлинна енергия в охладена вода с помощта на абсорбционни или адсорбционни охладители).

Системи за рекуперация на топлина и преобразуване на енергия под 70^oC се използват най-често за отопление в жилищни сгради (напр. подово отопление с използване на термопомпи) или търговски сгради (напр. във въздухообработващи агрегати (AHU) за отопление на „свеж“ или „външен“ въздух чрез рекуперация на топлина от „използван“ или „отработен“ въздух). Тази статия ще се фокусира върху приложенията в търговски сгради.

Системите за рекуперация на топлина в климатичните агрегати се основават на две системи, които, в зависимост от вида на решението, възприето в дизайна на агрегата, консумират електричество (активни системи) или не (пасивни системи). Активните системи за рекуперация на топлина в климатичните агрегати включват например системи, базирани на ротационни топлообменници или обратими термопомпи. Пасивните системи за рекуперация на топлина включват кръстосани и шестоъгълни топлообменници. Характерно за рекуперацията на топлина във вентилационните системи е, че топлината се рекуперира при малки температурни разлики между въздушния поток с по-висока температура и въздушния поток с по-ниска температура, като въздухът с по-висока температура рядко надвишава 30...^oC (в търговски сгради рекуперацията на топлина се осъществява дори при по-ниски температури на въздуха).

Най-често рекуперацията на топлина във вентилационните и климатичните агрегати се осъществява с помощта на ротационни или кръстосанопоточни (шестоъгълни) топлообменници, по-рядко с помощта на термопомпи. Роторните топлообменници се използват в климатични агрегати (AHU), където е разрешен масообмен между входящия и изходящия въздух в AHU (това обикновено са обществени сгради). Кръстосанопоточните и шестоъгълните топлообменници се използват във климатични агрегати, където не е разрешен масообмен между пресен и използван въздух (напр. болници). Обратимите термопомпи се използват, когато за отопление е необходим подаван въздух с висока температура.

Масов и енергиен баланс в топлообменниците, използвани във въздухообработващи агрегати

При изчисляване на производителността на ротационен топлообменник за рекуперация на топлина във въздухообработващи агрегати, освен енергийния баланс, е необходим и подходящ масов баланс. По-долу са дадени уравнения за енергиен и масов баланс за условия на стационарен поток със следното предположение. Периодичните промени на параметрите, произтичащи от въртеливото движение на топлообменника, се осредняват в общия енергиен и воден баланс – т.е. периодичните локални промени в температурата и влажността на повърхността на въртящото се колело са незначителни и следователно се пропускат в изчисленията.

а) Баланс на маса, концентрация и енергия за ротационни топлообменници: