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的要素

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的要素

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つのカテゴリに分類できます。熱パラメータが高い（70以上）廃熱からのエネルギー回収および変換システム^oC）および熱パラメータが低い（70未満）廃熱からのエネルギー回収および変換システム^oC)

70度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で行われる技術プロセスで使用され、これらの産業では大量の廃熱が放出されます。熱特性の高いこの廃熱は、換気システムで空気を直接加熱したり、より高い温度を必要とする技術プロセスを増強したりすることによって、企業のエネルギー効率と経済効率を向上させるために使用できます（例えば、食品産業における低温殺菌に使用されるヒートポンプの熱源、または有機ランキンサイクルやカリナサイクルシステムでの発電など）。このような高い熱特性を持つ廃熱は、冷凍および空調プロセスにも使用できます（例えば、吸収式または吸着式チラーを使用して熱エネルギーを冷水に変換するなど）。

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（例えば、ヒートポンプを使用した床暖房）や商業ビル（例えば、使用済みまたは排気から熱を回収して「新鮮な」または「外気」を加熱する空調機（AHU））の暖房用途に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。

空調機の熱回収システムは、ユニットの設計で採用されるソリューションの種類に応じて、電力を消費する（アクティブシステム）か、消費しない（パッシブシステム）かの2つのシステムに基づいています。空調機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式ヒートポンプに基づくシステムが含まれます。パッシブ熱回収システムには、クロス型および六角形の熱交換器が含まれます。換気システムの熱回収の特徴は、高温の空気流と低温の空気流との温度差が小さい場合に熱が回収されることであり、高温の空気の温度差は30℃を超えることはほとんどありません。^oC（商業ビルでは、より低い気温でも熱回収が行われる）。

換気空調機における熱回収は、多くの場合、回転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、ヒートポンプを用いるケースは少ない。回転式熱交換器は、空調機内の入口空気と出口空気の物質交換が可能な空調機（通常は公共施設）で使用される。クロスフロー式および六角形熱交換器は、新鮮空気と使用済み空気の物質交換が許されない空調機（例：病院）で使用される。可逆式ヒートポンプは、暖房用に高温の供給空気が必要な場合に使用される。

空調ユニットで使用される熱交換器における物質収支とエネルギー収支

空調機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となります。以下は、定常流条件におけるエネルギーおよび質量バランスの式です。ただし、以下の仮定に基づいています。熱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、全体のエネルギーおよび水分バランスにおいて平均化されます。つまり、回転するホイール表面における温度および湿度の周期的な局所的変化はごくわずかであるため、計算から除外されます。

a) 回転式熱交換器における質量、濃度、およびエネルギー収支：