Comprensió de la recuperació d'energia en intercanviadors de calor rotatius

Elements tècnics clau que afecten l'eficiència energètica

Comprensió de la recuperació d'energia en intercanviadors de calor rotatius: elements tècnics clau que afecten l'eficiència energètica

Els sistemes de recuperació de calor es poden dividir en dues categories segons els paràmetres tèrmics del sistema: Sistemes de recuperació i conversió d'energia a partir de calor residual amb paràmetres tèrmics elevats (superiors a 70^oC) i sistemes de recuperació i conversió d'energia a partir de calor residual amb paràmetres tèrmics baixos (per sota de 70^oC).

Sistemes de recuperació de calor i conversió d'energia per sobre de 70^oEl carboni (C) s'utilitza en processos tecnològics que tenen lloc a les indústries energètiques, alimentàries, químiques i altres indústries basades en processos on s'alliberen grans quantitats de calor residual. Aquesta calor residual amb paràmetres tèrmics elevats es pot utilitzar per millorar l'eficiència energètica i econòmica de les empreses escalfant directament l'aire en sistemes de ventilació o augmentant els processos tecnològics que requereixen temperatures més altes (per exemple, la font de calor per a bombes de calor utilitzades per a la pasteurització a la indústria alimentària, o per a la producció d'electricitat en els sistemes orgànics de cicle Rankine o cicle Kalina). La calor residual amb aquests paràmetres tèrmics elevats també es pot utilitzar per a processos de refrigeració i aire condicionat (per exemple, convertir l'energia tèrmica en aigua refrigerada mitjançant refrigeradors d'absorció o adsorció).

Sistemes de recuperació de calor i conversió d'energia per sota de 70^oEls escalfadors de carboni (C) s'utilitzen amb més freqüència per a la calefacció en edificis residencials (per exemple, calefacció per terra radiant amb bombes de calor) o edificis comercials (per exemple, en unitats de tractament d'aire (UTA) per escalfar aire "fresc" o "exterior" recuperant calor de l'aire "usat" o "d'extracció"). Aquest article se centrarà en les aplicacions en edificis comercials.

Els sistemes de recuperació de calor en unitats de tractament d'aire es basen en dos sistemes que, depenent del tipus de solució adoptada en el disseny de la unitat, consumeixen electricitat (sistemes actius) o no (sistemes passius). Els sistemes actius de recuperació de calor en unitats de tractament d'aire inclouen, per exemple, sistemes basats en intercanviadors de calor rotatius o bombes de calor reversibles. Els sistemes passius de recuperació de calor inclouen intercanviadors de calor creuats i hexagonals. Una característica de la recuperació de calor en sistemes de ventilació és que la calor es recupera a petites diferències de temperatura entre el corrent d'aire de temperatura més alta i el corrent d'aire de temperatura més baixa, i l'aire de temperatura més alta rarament supera els 30^oC (en edificis comercials, la recuperació de calor té lloc fins i tot a temperatures de l'aire més baixes).

Molt sovint, la recuperació de calor en unitats de ventilació i aire condicionat es duu a terme mitjançant intercanviadors de calor rotatius o de flux creuat (hexagonals), menys sovint utilitzant bombes de calor. Els intercanviadors de calor rotatius s'utilitzen en UTA on es permet l'intercanvi de massa entre l'aire d'entrada i sortida de l'UTA (normalment són edificis públics). Els intercanviadors de calor de flux creuat i hexagonals s'utilitzen en unitats de tractament d'aire on no es pot permetre l'intercanvi de massa entre l'aire fresc i l'aire utilitzat (per exemple, hospitals). Les bombes de calor reversibles s'utilitzen quan es requereix aire de subministrament d'alta temperatura per a la calefacció.

Balanç de massa i energia en intercanviadors de calor utilitzats en unitats de tractament d'aire

Quan es calcula el rendiment de l'intercanviador de calor rotatiu per a la recuperació de calor en unitats de tractament d'aire, a més del balanç energètic, cal un balanç de massa adequat. Les següents són equacions de balanç d'energia i massa per a condicions de flux en estat estacionari amb la suposició següent. Els canvis periòdics dels paràmetres resultants del moviment de rotació de l'intercanviador es calculen com a mitjana en el balanç general d'energia i humitat, és a dir, els canvis locals periòdics de temperatura i humitat a la superfície de la roda giratòria són insignificants i, per tant, s'ometen en els càlculs.

a) Balanç de massa, concentració i energia per a intercanviadors de calor rotatius: