Principaux éléments techniques qui influent sur l'efficacité énergétique

Comprendre la récupération d'énergie dans les échangeurs de chaleur rotatifs - Éléments techniques clés qui affectent l'efficacité énergétique

Les systèmes de récupération de chaleur peuvent être divisés en deux catégories en fonction des paramètres thermiques du système : Les systèmes de récupération d'énergie et de conversion de la chaleur perdue avec des paramètres thermiques élevés (supérieurs à 70^oC) et des systèmes de récupération d'énergie et de conversion de la chaleur perdue avec de faibles paramètres thermiques (inférieurs à 70^oC).

Systèmes de récupération de chaleur et de conversion d'énergie au-dessus de 70^oC sont utilisés dans les processus technologiques qui ont lieu dans les industries de l'énergie, de l'alimentation, de la chimie et d'autres processus, où de grandes quantités de chaleur résiduelle sont libérées.Cette chaleur résiduelle à paramètres thermiques élevés peut être utilisée pour améliorer l'efficacité énergétique et économique des entreprises en chauffant directement l'air dans les systèmes de ventilation ou en augmentant les processus technologiques nécessitant des températures plus élevées (par exemple, la source de chaleur pour les pompes à chaleur utilisées pour la pasteurisation dans l'industrie alimentaire, ou pour la production d'électricité dans les systèmes organiques à cycle de Rankine ou à cycle de Kalina).La chaleur résiduelle avec des paramètres thermiques aussi élevés peut également être utilisée pour les processus de réfrigération et de climatisation (par exemple, conversion de l'énergie thermique en eau réfrigérée à l'aide de refroidisseurs à absorption ou à adsorption).

Systèmes de récupération de chaleur et de conversion d'énergie inférieurs à 70^oC sont le plus souvent utilisés à des fins de chauffage dans les bâtiments résidentiels (ex. plancher chauffant avec utilisation de pompes à chaleur) ou les bâtiments tertiaires (ex. dans les centrales de traitement d'air (CTA) pour chauffer l'air « frais » ou « extérieur » en récupérant la chaleur de » ou air « vicié »).Cet article se concentrera sur les applications de construction commerciale.

Les systèmes de récupération de chaleur dans les centrales de traitement d'air sont basés sur deux systèmes qui, selon le type de solution adoptée dans la conception de l'unité, consomment de l'électricité (systèmes actifs) ou non (systèmes passifs).Les systèmes de récupération de chaleur actifs dans les centrales de traitement d'air comprennent, par exemple, des systèmes basés sur des échangeurs de chaleur rotatifs ou des pompes à chaleur réversibles.Les systèmes passifs de récupération de chaleur comprennent des échangeurs de chaleur croisés et hexagonaux.La caractéristique de la récupération de chaleur dans les systèmes de ventilation est que la chaleur est récupérée à de petites différences de température entre le flux d'air à température plus élevée et le flux d'air à température plus basse, l'air à température plus élevée dépassant rarement 30^oC (dans les bâtiments commerciaux, la récupération de chaleur a lieu même à des températures de l'air plus basses).

Le plus souvent, la récupération de chaleur dans les unités de ventilation et de climatisation est réalisée à l'aide d'échangeurs de chaleur rotatifs ou à flux croisés (hexagonaux), moins souvent à l'aide de pompes à chaleur.Les échangeurs de chaleur rotatifs sont utilisés dans les AHU où l'échange de masse entre l'air d'entrée et de sortie dans l'AHU est autorisé (il s'agit généralement de bâtiments publics).Les échangeurs de chaleur à flux croisés et hexagonaux sont utilisés dans les centrales de traitement d'air où l'échange de masse entre l'air frais et l'air vicié ne peut pas être autorisé (par exemple, les hôpitaux).Les pompes à chaleur réversibles sont utilisées lorsque de l'air soufflé à haute température est nécessaire à des fins de chauffage.

Bilan massique et énergétique des échangeurs de chaleur utilisés dans les centrales de traitement d'air

Lors du calcul des performances de l'échangeur de chaleur rotatif pour la récupération de chaleur dans les centrales de traitement d'air, en plus du bilan énergétique, un bilan massique approprié est requis.Les équations suivantes sont des bilans d'énergie et de masse pour des conditions d'écoulement en régime permanent avec l'hypothèse suivante.Les changements de paramètres périodiques résultant du mouvement de rotation de l'échangeur sont moyennés dans le bilan global d'énergie et d'humidité - c'est-à-dire que les changements locaux périodiques de température et d'humidité à la surface de la roue en rotation sont insignifiants et donc omis dans les calculs.

a) Masse, concentration et bilan énergétique pour les échangeurs de chaleur rotatifs :