回転式熱交換器におけるエネルギー回収の理解

エネルギー効率に影響を与える主要な技術要素

回転式熱交換器におけるエネルギー回収の理解 - エネルギー効率に影響を与える主要な技術要素

熱回収システムは、システムの熱パラメータに基づいて2つのカテゴリに分けられます。高熱パラメータ（70℃以上）の廃熱からエネルギーを回収および変換するシステムです。^oC)および低い熱パラメータ（70℃以下）の廃熱からのエネルギー回収および変換システム^oC)。

70以上の熱回収およびエネルギー変換システム^oCは、エネルギー、食品、化学、その他のプロセス産業において、大量の廃熱が発生する技術プロセスで利用されています。これらの高い熱パラメータを持つ廃熱は、換気システムで空気を直接加熱したり、高温を必要とする技術プロセス（例えば、食品産業における低温殺菌用のヒートポンプ、有機ランキンサイクルやカリーナサイクルシステムにおける発電用ヒートポンプの熱源）を補助したりすることで、企業のエネルギー効率と経済効率を向上させることができます。また、このような高い熱パラメータを持つ廃熱は、冷凍・空調プロセス（例えば、吸収式冷凍機や吸着式冷凍機を用いて熱エネルギーを冷水に変換する）にも利用できます。

70以下の熱回収およびエネルギー変換システム^oCは、住宅（例：ヒートポンプを用いた床暖房）や商業ビル（例：使用済み空気または排気空気から熱を回収して「新鮮な」または「屋外の」空気を加熱する空調ユニット（AHU））の暖房用途で最もよく使用されます。この記事では、商業ビルでの用途に焦点を当てます。

空調ユニットの熱回収システムは、ユニットの設計に採用されているソリューションの種類に応じて、電力を消費するシステム（アクティブシステム）と消費しないシステム（パッシブシステム）の2つのシステムに基づいています。空調ユニットのアクティブ熱回収システムには、例えば、回転式熱交換器や可逆ヒートポンプをベースにしたシステムが含まれます。パッシブ熱回収システムには、クロス型熱交換器や六角形熱交換器が含まれます。換気システムにおける熱回収の特徴は、高温の空気流と低温の空気流の温度差が小さい場合でも熱回収が可能であり、高温の空気が30℃を超えることはほとんどないことです。^oC（商業ビルでは、より低い気温でも熱回収が行われます）。

換気・空調ユニットにおける熱回収は、ほとんどの場合、ロータリー式またはクロスフロー式（六角形）熱交換器を用いて行われますが、ヒートポンプが用いられることは稀です。ロータリー式熱交換器は、給気口と排気口の間で物質交換が可能な空調ユニット（通常は公共施設）で使用されます。クロスフロー式および六角形熱交換器は、新鮮な空気と使用済みの空気の間で物質交換が不可能な空調ユニット（病院など）で使用されます。可逆式ヒートポンプは、暖房目的で高温の給気が必要な場合に使用されます。

空調ユニットで使用される熱交換器の質量とエネルギーのバランス

空調ユニットにおける熱回収用回転式熱交換器の性能を計算する際には、エネルギーバランスに加えて適切な質量バランスも必要です。以下は、定常流れ条件におけるエネルギーバランスと質量バランスの式であり、以下の仮定に基づいています。交換器の回転運動によって生じる周期的なパラメータ変化は、全体のエネルギーバランスと水分バランスにおいて平均化されます。つまり、回転ホイール表面における局所的な温度と湿度の周期的な変化は重要ではないため、計算では省略されます。

a) 回転式熱交換器の質量、濃度、エネルギーバランス：