אלמנטים טכניים מרכזיים המשפיעים על יעילות אנרגטית
הבנת שחזור אנרגיה במחליפי חום סיבוביים - אלמנטים טכניים מרכזיים המשפיעים על יעילות האנרגיה
ניתן לחלק מערכות להשבת חום לשתי קטגוריות על סמך הפרמטרים התרמיים של המערכת: מערכות להשבת אנרגיה ולהמרת חום פסולת עם פרמטרים תרמיים גבוהים (מעל 70oג) ומערכות להשבת אנרגיה ולהמרתה מחום פסולת עם פרמטרים תרמיים נמוכים (מתחת ל-70oג).
מערכות שחזור חום והמרת אנרגיה מעל 70oגזי C משמשים בתהליכים טכנולוגיים המתרחשים בתעשיות האנרגיה, המזון, הכימיה ותעשיות אחרות מבוססות תהליכים, בהן משתחררות כמויות גדולות של חום פסולת. חום פסולת זה בעל פרמטרים תרמיים גבוהים יכול לשמש לשיפור היעילות האנרגטית והכלכלית של מפעלים על ידי חימום אוויר ישיר במערכות אוורור או על ידי הרחבת תהליכים טכנולוגיים הדורשים טמפרטורות גבוהות יותר (למשל, מקור החום למשאבות חום המשמשות לפיסטור בתעשיית המזון, או לייצור חשמל במערכות מחזור רנקין אורגני או מחזור קלינה). חום פסולת בעל פרמטרים תרמיים גבוהים כאלה יכול לשמש גם לתהליכי קירור ומיזוג אוויר (למשל, המרת אנרגיה תרמית למים צוננים באמצעות צ'ילרים לספיגה או ספיחה).
מערכות שחזור חום והמרת אנרגיה מתחת ל-70oגזי C משמשים לרוב למטרות חימום בבנייני מגורים (למשל חימום תת רצפתי באמצעות משאבות חום) או מבנים מסחריים (למשל ביחידות טיפול באוויר (AHU) לחימום אוויר "צח" או "חיצוני" על ידי מיחזור חום מאוויר "משומש" או "פליטה"). מאמר זה יתמקד ביישומי מבנים מסחריים.
מערכות השבת חום ביחידות טיפול באוויר מבוססות על שתי מערכות אשר, בהתאם לסוג הפתרון שאומץ בתכנון היחידה, צורכות חשמל (מערכות אקטיביות) או לא (מערכות פסיביות). מערכות השבת חום אקטיביות ביחידות טיפול באוויר כוללות, לדוגמה, מערכות המבוססות על מחליפי חום סיבוביים או משאבות חום הפיכות. מערכות השבת חום פסיביות כוללות מחליפי חום צולבים ומשושים. מאפיין השבת חום במערכות אוורור הוא שהחום ממוחזר בהפרשי טמפרטורות קטנים בין זרם האוויר בטמפרטורה גבוהה יותר לזרם האוויר בטמפרטורה נמוכה יותר, כאשר האוויר בטמפרטורה גבוהה יותר לעיתים רחוקות עולה על 30 מעלות צלזיוס.oג (במבנים מסחריים, שחזור חום מתרחש גם בטמפרטורות אוויר נמוכות יותר).
לרוב, שחזור חום ביחידות אוורור ומיזוג אוויר מתבצע באמצעות מחליפי חום סיבוביים או צולבים (משושים), ופחות באמצעות משאבות חום. מחליפי חום סיבוביים משמשים ביחידות טיפול באוויר (AHU) שבהן מותר חילופי מסה בין אוויר כניסה לאוויר יציאה ב-AHU (לרוב מדובר במבני ציבור). מחליפי חום צולבים ומשושים משמשים ביחידות טיפול באוויר שבהן לא ניתן לאפשר חילופי מסה בין אוויר טרי לאוויר משומש (למשל, בתי חולים). משאבות חום הפיכות משמשות כאשר נדרש אוויר אספקה בטמפרטורה גבוהה למטרות חימום.
מאזן מסה ואנרגיה במחליפי חום המשמשים ביחידות טיפול באוויר
בעת חישוב ביצועי מחליף חום סיבובי לצורך השבת חום ביחידות טיפול באוויר, בנוסף למאזן האנרגיה, נדרש מאזן מסה מתאים. להלן משוואות אנרגיה ומאזן מסה לתנאי זרימה במצב יציב עם ההנחה הבאה. שינויים תקופתיים בפרמטרים הנובעים מתנועת הסיבוב של המחליף ממוצעים במאזן האנרגיה והלחות הכולל - כלומר, שינויים מקומיים תקופתיים בטמפרטורה ובלחות על פני הגלגל המסתובב אינם משמעותיים ולכן מושמטים בחישובים.
א) מסה, ריכוז ומאזן אנרגיה עבור מחליפי חום סיבוביים:
תרשים של פרמטרי חישוב עבור מחליפי חום סיבוביים
זמן פרסום: 3 דצמבר 2019
