درک بازیابی انرژی در مبدل‌های حرارتی دوار

عناصر فنی کلیدی که بر بهره‌وری انرژی تأثیر می‌گذارند

درک بازیابی انرژی در مبدل‌های حرارتی دوار - عناصر فنی کلیدی که بر بهره‌وری انرژی تأثیر می‌گذارند

سیستم‌های بازیابی حرارت را می‌توان بر اساس پارامترهای حرارتی سیستم به دو دسته تقسیم کرد: سیستم‌های بازیابی و تبدیل انرژی از گرمای تلف‌شده با پارامترهای حرارتی بالا (بالای ۷۰)^oج) و سیستم‌هایی برای بازیابی و تبدیل انرژی از گرمای تلف‌شده با پارامترهای حرارتی پایین (زیر ۷۰^oج).

سیستم‌های بازیابی حرارت و تبدیل انرژی بالای ۷۰^oC در فرآیندهای تکنولوژیکی که در صنایع انرژی، غذایی، شیمیایی و سایر صنایع مبتنی بر فرآیند انجام می‌شوند و در آنها مقادیر زیادی گرمای تلف شده آزاد می‌شود، استفاده می‌شوند. این گرمای تلف شده با پارامترهای حرارتی بالا می‌تواند برای بهبود بهره‌وری انرژی و اقتصادی شرکت‌ها با گرم کردن مستقیم هوا در سیستم‌های تهویه یا با تقویت فرآیندهای تکنولوژیکی که نیاز به دمای بالاتر دارند (به عنوان مثال منبع گرما برای پمپ‌های حرارتی مورد استفاده برای پاستوریزاسیون در صنایع غذایی یا برای تولید برق در سیستم‌های چرخه رانکین آلی یا چرخه کالینا) مورد استفاده قرار گیرد. گرمای تلف شده با چنین پارامترهای حرارتی بالا همچنین می‌تواند برای فرآیندهای تبرید و تهویه مطبوع (به عنوان مثال تبدیل انرژی حرارتی به آب سرد با استفاده از چیلرهای جذبی یا جذب سطحی) استفاده شود.

سیستم‌های بازیابی حرارت و تبدیل انرژی زیر ۷۰^oC اغلب برای اهداف گرمایشی در ساختمان‌های مسکونی (مثلاً گرمایش از کف با استفاده از پمپ‌های حرارتی) یا ساختمان‌های تجاری (مثلاً در واحدهای هواساز (AHU) برای گرم کردن هوای «تازه» یا «بیرون» با بازیابی گرما از هوای «استفاده شده» یا «اگزوز») استفاده می‌شوند. این مقاله بر کاربردهای ساختمان‌های تجاری تمرکز خواهد کرد.

سیستم‌های بازیابی گرما در واحدهای هواساز بر اساس دو سیستم هستند که بسته به نوع راه‌حل اتخاذ شده در طراحی واحد، برق مصرف می‌کنند (سیستم‌های فعال) یا مصرف نمی‌کنند (سیستم‌های غیرفعال). سیستم‌های بازیابی گرمای فعال در واحدهای هواساز شامل، به عنوان مثال، سیستم‌های مبتنی بر مبدل‌های حرارتی دوار یا پمپ‌های حرارتی برگشت‌پذیر هستند. سیستم‌های بازیابی گرمای غیرفعال شامل مبدل‌های حرارتی متقاطع و شش ضلعی هستند. ویژگی بازیابی گرما در سیستم‌های تهویه این است که گرما در اختلاف دمای کم بین جریان هوای با دمای بالاتر و جریان هوای با دمای پایین‌تر بازیابی می‌شود، به طوری که هوای با دمای بالاتر به ندرت از 30 درجه سانتیگراد تجاوز می‌کند.^oج (در ساختمان‌های تجاری، بازیابی گرما حتی در دماهای پایین‌تر هوا نیز انجام می‌شود).

اغلب، بازیابی گرما در واحدهای تهویه و تهویه مطبوع با استفاده از مبدل‌های حرارتی دوار یا جریان متقاطع (شش ضلعی) انجام می‌شود و کمتر از پمپ‌های حرارتی استفاده می‌شود. مبدل‌های حرارتی دوار در واحدهای هواساز (AHU) استفاده می‌شوند که تبادل جرم بین هوای ورودی و خروجی در AHU مجاز است (اینها معمولاً ساختمان‌های عمومی هستند). مبدل‌های حرارتی جریان متقاطع و شش ضلعی در واحدهای هواساز استفاده می‌شوند که تبادل جرم بین هوای تازه و استفاده شده مجاز نیست (مثلاً بیمارستان‌ها). پمپ‌های حرارتی برگشت‌پذیر زمانی استفاده می‌شوند که هوای تأمین شده با دمای بالا برای اهداف گرمایشی مورد نیاز باشد.

موازنه جرم و انرژی در مبدل‌های حرارتی مورد استفاده در واحدهای هواساز

هنگام محاسبه عملکرد مبدل حرارتی دوار برای بازیابی گرما در واحدهای هواساز، علاوه بر موازنه انرژی، یک موازنه جرم مناسب نیز مورد نیاز است. در ادامه معادلات موازنه انرژی و جرم برای شرایط جریان حالت پایدار با فرض زیر آمده است. تغییرات دوره‌ای پارامترها ناشی از حرکت چرخشی مبدل در موازنه کلی انرژی و رطوبت به طور متوسط ​​در نظر گرفته می‌شوند - یعنی تغییرات محلی دوره‌ای دما و رطوبت روی سطح چرخ دوار ناچیز هستند و بنابراین در محاسبات حذف می‌شوند.

الف) موازنه جرم، غلظت و انرژی برای مبدل‌های حرارتی دوار: