אלמנטים טכניים מרכזיים המשפיעים על יעילות אנרגטית

הבנת שחזור אנרגיה במחלפי חום סיבוביים- אלמנטים טכניים מרכזיים המשפיעים על יעילות האנרגיה

ניתן לחלק את מערכות שחזור החום לשתי קטגוריות בהתאם לפרמטרים התרמיים של המערכת: מערכות להשבת אנרגיה והמרת חום פסולת עם פרמטרים תרמיים גבוהים (מעל 70).^oג) ומערכות לשחזור והמרת אנרגיה מפסולת חום עם פרמטרים תרמיים נמוכים (מתחת ל-70^oג).

מערכות שחזור חום והמרת אנרגיה מעל 70^oC משמשים בתהליכים טכנולוגיים המתרחשים בתעשיות האנרגיה, המזון, הכימיקלים ותעשיות מבוססות תהליכים אחרות שבהן משתחררות כמויות גדולות של פסולת חום.פסולת חום זו עם פרמטרים תרמיים גבוהים יכולה לשמש לשיפור היעילות האנרגטית והכלכלית של ארגונים על ידי חימום ישיר של אוויר במערכות אוורור או על ידי הגברת תהליכים טכנולוגיים הדורשים טמפרטורות גבוהות יותר (למשל מקור החום למשאבות חום המשמשות לפסטור בתעשיית המזון, או לייצור חשמל במערכות האורגניות Rankine Cycle או Kalina Cycle).פסולת חום עם פרמטרים תרמיים כה גבוהים יכול לשמש גם לתהליכי קירור ומיזוג אוויר (למשל המרת אנרגיה תרמית למים מצוננים באמצעות צ'ילרים ספיגה או ספיחה).

מערכות התאוששות חום והמרת אנרגיה מתחת ל-70^oC משמשים לרוב למטרות חימום בבנייני מגורים (למשל חימום תת רצפתי באמצעות משאבות חום) או מבנים מסחריים (למשל ביחידות טיפול באוויר (AHU) לחימום אוויר "טרי" או "חוץ" על ידי שחזור חום מ"משומש" " או "פליטה" אוויר).מאמר זה יתמקד ביישומי בנייה מסחרית.

מערכות התאוששות חום ביחידות לטיפול באוויר מבוססות על שתי מערכות אשר בהתאם לסוג הפתרון שאומצו בתכנון היחידה צורכות חשמל (מערכות אקטיביות) או לא (מערכות פסיביות).מערכות שחזור חום אקטיביות ביחידות לטיפול באוויר כוללות, למשל, מערכות המבוססות על מחליפי חום סיבוביים או משאבות חום הפיכות.מערכות שחזור חום פסיביות כוללות מחליפי חום צולבים ומשושים.אופייני להתאוששות חום במערכות אוורור הוא שחום מוחזר בהפרשי טמפרטורה קטנים בין זרם האוויר בטמפרטורה הגבוהה לזרם האוויר בטמפרטורה הנמוכה יותר, כאשר האוויר בטמפרטורה הגבוהה יותר עולה רק לעתים רחוקות על 30^oC (במבנים מסחריים, התאוששות החום מתבצעת גם בטמפרטורות אוויר נמוכות יותר).

לרוב, שחזור חום ביחידות אוורור ומיזוג מתבצע באמצעות מחליפי חום סיבוביים או צולבים (משושים), לעתים רחוקות יותר באמצעות משאבות חום.מחליפי חום סיבוביים משמשים ב-AHU שבהם מותרים חילופי המונים בין אוויר כניסה ויציאה ב-AHU (אלו בדרך כלל מבנים ציבוריים).מחליפי חום צולבים ומשושים משמשים ביחידות טיפול באוויר שבהן לא ניתן לאפשר חילופי המונים בין אוויר טרי ומשומש (למשל בתי חולים).משאבות חום הפיכות משמשות כאשר נדרש אוויר אספקה ​​בטמפרטורה גבוהה למטרות חימום.

מאזן מסה ואנרגיה במחלפי חום המשמשים ביחידות לטיפול באוויר

בעת חישוב ביצועי מחליף חום סיבובי להתאוששות חום ביחידות טיפול באוויר, בנוסף למאזן האנרגיה, נדרש איזון מסה מתאים.להלן משוואות איזון אנרגיה ומסה עבור תנאי זרימה במצב יציב עם ההנחה הבאה.שינויים תקופתיים בפרמטרים הנובעים מתנועת הסיבוב של המחליף מוערכים בממוצע במאזן האנרגיה והלחות הכולל - כלומר, שינויים מקומיים תקופתיים בטמפרטורה ולחות על פני הגלגל המסתובב אינם משמעותיים ולכן מושמטים בחישובים.

א) מסה, ריכוז ומאזן אנרגיה עבור מחליפי חום סיבוביים: