Comprensión da recuperación de enerxía en intercambiadores de calor rotativos

Elementos técnicos clave que afectan á eficiencia enerxética

Comprender a recuperación de enerxía en intercambiadores de calor rotativos: elementos técnicos clave que afectan á eficiencia enerxética

Os sistemas de recuperación de calor pódense dividir en dúas categorías segundo os parámetros térmicos do sistema: sistemas para a recuperación e conversión de enerxía da calor residual con parámetros térmicos elevados (por riba de 70^oC) e sistemas para a recuperación e conversión de enerxía da calor residual con parámetros térmicos baixos (por debaixo de 70^oC).

Sistemas de recuperación de calor e conversión de enerxía por riba dos 70^oO carbono utilízase en procesos tecnolóxicos que teñen lugar nas industrias enerxética, alimentaria, química e outras baseadas en procesos onde se liberan grandes cantidades de calor residual. Esta calor residual con altos parámetros térmicos pódese usar para mellorar a eficiencia enerxética e económica das empresas quentando directamente o aire nos sistemas de ventilación ou aumentando os procesos tecnolóxicos que requiren temperaturas máis altas (por exemplo, a fonte de calor para as bombas de calor utilizadas para a pasteurización na industria alimentaria ou para a produción de electricidade nos sistemas orgánicos de ciclo Rankine ou ciclo Kalina). A calor residual con parámetros térmicos tan elevados tamén se pode usar para procesos de refrixeración e aire acondicionado (por exemplo, converter enerxía térmica en auga fría mediante refrixeradores de absorción ou adsorción).

Sistemas de recuperación de calor e conversión de enerxía por debaixo de 70^oOs gases de carbono úsanse con máis frecuencia para calefacción en edificios residenciais (por exemplo, calefacción por chan radiante con bombas de calor) ou en edificios comerciais (por exemplo, en unidades de tratamento de aire (UTA) para quentar aire "fresco" ou "exterior" recuperando calor do aire "usado" ou "extraído"). Este artigo centrarase nas aplicacións en edificios comerciais.

Os sistemas de recuperación de calor nas unidades de tratamento de aire baséanse en dous sistemas que, dependendo do tipo de solución adoptada no deseño da unidade, consomen electricidade (sistemas activos) ou non (sistemas pasivos). Os sistemas activos de recuperación de calor nas unidades de tratamento de aire inclúen, por exemplo, sistemas baseados en intercambiadores de calor rotativos ou bombas de calor reversibles. Os sistemas pasivos de recuperación de calor inclúen intercambiadores de calor cruzados e hexagonais. Unha característica da recuperación de calor nos sistemas de ventilación é que a calor se recupera a pequenas diferenzas de temperatura entre a corrente de aire de maior temperatura e a corrente de aire de menor temperatura, sendo que o aire de maior temperatura raramente supera os 30^oC (nos edificios comerciais, a recuperación da calor ten lugar mesmo a temperaturas do aire máis baixas).

Na maioría dos casos, a recuperación de calor nas unidades de ventilación e aire acondicionado realízase mediante intercambiadores de calor rotativos ou de fluxo cruzado (hexagonais), e con menos frecuencia mediante bombas de calor. Os intercambiadores de calor rotativos utilízanse en unidades de tratamento de aire (UTA) onde se permite o intercambio de masa entre o aire de entrada e saída da UTA (normalmente son edificios públicos). Os intercambiadores de calor de fluxo cruzado e hexagonais utilízanse en unidades de tratamento de aire onde non se pode permitir o intercambio de masa entre o aire fresco e o usado (por exemplo, hospitais). As bombas de calor reversibles utilízanse cando se require aire de subministración a alta temperatura para fins de calefacción.

Balance de masa e enerxía en intercambiadores de calor utilizados en unidades de tratamento de aire

Ao calcular o rendemento dun intercambiador de calor rotatorio para a recuperación de calor en unidades de tratamento de aire, ademais do balance de enerxía, requírese un balance de masa axeitado. As seguintes son as ecuacións de balance de enerxía e masa para condicións de fluxo en estado estacionario coa seguinte suposición. Os cambios periódicos dos parámetros resultantes do movemento de rotación do intercambiador son promediados no balance xeral de enerxía e humidade, é dicir, os cambios locais periódicos de temperatura e humidade na superficie da roda xiratoria son insignificantes e, polo tanto, omítense nos cálculos.

a) Balance de masa, concentración e enerxía para intercambiadores de calor rotativos: