Pyörivien lämmönvaihtimien energian talteenoton ymmärtäminen

Keskeiset tekniset tekijät, jotka vaikuttavat energiatehokkuuteen

Pyörivien lämmönvaihtimien energian talteenoton ymmärtäminen - Keskeiset tekniset elementit, jotka vaikuttavat energiatehokkuuteen

Lämmöntalteenottojärjestelmät voidaan jakaa kahteen luokkaan järjestelmän lämpöparametrien perusteella: Järjestelmät energian talteenottoon ja hukkalämmön muuntamiseen, joilla on korkeat lämpöparametrit (yli 70^oC) ja järjestelmät energian talteenottoon ja muuntamiseen hukkalämmöstä, jolla on alhaiset lämpöparametrit (alle 70^oC).

Lämmöntalteenotto- ja energianmuunnosjärjestelmät yli 70^oHiilihydraatteja käytetään energia-, elintarvike-, kemian- ja muiden prosessipohjaisten teollisuudenalojen teknologisissa prosesseissa, joissa vapautuu suuria määriä hukkalämpöä. Tätä korkean lämpötilan omaavaa hukkalämpöä voidaan käyttää yritysten energia- ja taloustehokkuuden parantamiseen lämmittämällä suoraan ilmanvaihtojärjestelmien ilmaa tai täydentämällä korkeampia lämpötiloja vaativia teknologisia prosesseja (esim. lämmönlähde lämpöpumpuille, joita käytetään pastöroinnissa elintarviketeollisuudessa tai sähkön tuotannossa orgaanisissa Rankine- tai Kalina-kiertojärjestelmissä). Tällaisten korkean lämpötilan omaavaa hukkalämpöä voidaan käyttää myös jäähdytys- ja ilmastointiprosesseissa (esim. lämpöenergian muuntaminen jäähdytetyksi vedeksi absorptio- tai adsorptiojäähdyttimillä).

Lämmöntalteenotto- ja energianmuunnosjärjestelmät alle 70 °C:ssa^oC-lämpöpumppuja käytetään useimmiten lämmitystarkoituksiin asuinrakennuksissa (esim. lattialämmitys lämpöpumppujen avulla) tai liikerakennuksissa (esim. ilmankäsittelykoneissa "raikas"- tai "ulkoilma"-lämmitykseen ottamalla talteen lämpöä "käytetystä" tai "poistoilmasta"). Tämä artikkeli keskittyy liikerakennusten sovelluksiin.

Ilmanvaihtokoneiden lämmöntalteenottojärjestelmät perustuvat kahteen järjestelmään, jotka koneen suunnittelussa käytetystä ratkaisusta riippuen joko kuluttavat sähköä (aktiiviset järjestelmät) tai eivät (passiiviset järjestelmät). Ilmanvaihtokoneiden aktiivisiin lämmöntalteenottojärjestelmiin kuuluvat esimerkiksi pyöriviin lämmönvaihtimiin tai käännettävissä oleviin lämpöpumppuihin perustuvat järjestelmät. Passiivisiin lämmöntalteenottojärjestelmiin kuuluvat ristikkäiset ja kuusikulmaiset lämmönvaihtimet. Ilmanvaihtojärjestelmien lämmöntalteenotolle on ominaista, että lämpö otetaan talteen pienillä lämpötilaeroilla korkeamman lämpötilan ilmavirran ja matalamman lämpötilan ilmavirran välillä, ja korkeamman lämpötilan ilma harvoin ylittää 30^oC (liikerakennuksissa lämmöntalteenotto tapahtuu myös alhaisemmissa ilman lämpötiloissa).

Useimmiten ilmanvaihto- ja ilmastointikoneiden lämmöntalteenotto suoritetaan pyörivillä tai ristivirtauslämmönvaihtimilla (kuusikulmaisilla), harvemmin lämpöpumpuilla. Pyöriviä lämmönvaihtimia käytetään ilmankäsittelykoneissa, joissa massanvaihto tulo- ja poistoilman välillä on sallittu (nämä ovat yleensä julkisia rakennuksia). Ristivirtaus- ja kuusikulmaisia ​​lämmönvaihtimia käytetään ilmankäsittelykoneissa, joissa massanvaihto raikkaan ja käytetyn ilman välillä ei ole mahdollista (esim. sairaalat). Käänteistoimisia lämpöpumppuja käytetään, kun lämmitykseen tarvitaan korkean lämpötilan tuloilmaa.

Ilmankäsittelykoneissa käytettyjen lämmönvaihtimien massa- ja energiatase

Ilmanvaihtokoneiden lämmöntalteenoton pyörivän lämmönvaihtimen suorituskykyä laskettaessa energiatasapainon lisäksi tarvitaan asianmukainen massatase. Seuraavassa on esitetty energia- ja massataseyhtälöt vakiovirtausolosuhteille seuraavalla oletuksella. Vaihtimen pyörimisliikkeestä johtuvat jaksolliset parametrimuutokset keskiarvoistetaan kokonaisenergia- ja kosteustasapainossa – eli pyörivän pyörän pinnan jaksolliset paikalliset lämpötilan ja kosteuden muutokset ovat merkityksettömiä, joten ne jätetään pois laskelmista.

a) Pyörivien lämmönvaihtimien massa-, pitoisuus- ja energiatase: