Energijos atgavimo rotaciniuose šilumokaičiuose supratimas

Pagrindiniai techniniai elementai, darantys įtaką energijos vartojimo efektyvumui

Energijos atgavimo rotaciniuose šilumokaičiuose supratimas – pagrindiniai techniniai elementai, turintys įtakos energijos vartojimo efektyvumui

Šilumos atgavimo sistemas galima suskirstyti į dvi kategorijas pagal sistemos terminius parametrus: Sistemos, skirtos energijos atgavimui ir konversijai iš atliekų šilumos, pasižyminčios aukštais terminiais parametrais (virš 70^oC) ir energijos atgavimo bei pavertimo iš šilumos, pasižyminčios mažais terminiais parametrais (žemiau 70), sistemos^oC).

Šilumos atgavimo ir energijos konversijos sistemos, viršijančios 70^oC naudojami technologiniuose procesuose, vykstančiuose energetikos, maisto, chemijos ir kituose procesuose, kuriuose išsiskiria dideli kiekiai šilumos. Ši šilumos atliekos, pasižyminčios aukštais terminiais parametrais, gali būti panaudotos įmonių energetiniam ir ekonominiam efektyvumui gerinti tiesiogiai šildant orą vėdinimo sistemose arba papildant technologinius procesus, kuriems reikalinga aukštesnė temperatūra (pvz., šilumos šaltinis šilumos siurbliams, naudojamiems pasterizavimui maisto pramonėje, arba elektros energijos gamybai organinėse Rankino ciklo arba Kalinos ciklo sistemose). Šiluma, pasižyminti tokiais aukštais terminiais parametrais, taip pat gali būti naudojama šaldymo ir oro kondicionavimo procesuose (pvz., šiluminės energijos pavertimui atšaldytu vandeniu naudojant absorbcinius arba adsorbcinius aušintuvus).

Šilumos atgavimo ir energijos konversijos sistemos, kurių temperatūra žemesnė nei 70^oC dažniausiai naudojami šildymui gyvenamuosiuose pastatuose (pvz., grindinis šildymas naudojant šilumos siurblius) arba komerciniuose pastatuose (pvz., oro tvarkymo įrenginiuose (AHU) „šviežiam“ arba „lauko“ orui šildyti, atgaunant šilumą iš „panaudoto“ arba „ištraukiamo“ oro). Šiame straipsnyje daugiausia dėmesio bus skiriama komercinių pastatų pritaikymui.

Šilumos atgavimo sistemos vėdinimo įrenginiuose yra pagrįstos dviem sistemomis, kurios, priklausomai nuo įrenginio konstrukcijoje pasirinkto sprendimo tipo, vartoja elektros energiją (aktyviosios sistemos) arba nevartoja (pasyviosios sistemos). Aktyvios šilumos atgavimo sistemos vėdinimo įrenginiuose apima, pavyzdžiui, sistemas, pagrįstas rotaciniais šilumokaičiais arba grįžtamaisiais šilumos siurbliais. Pasyvios šilumos atgavimo sistemos apima kryžminius ir šešiakampius šilumokaičius. Šilumos atgavimui vėdinimo sistemose būdinga tai, kad šiluma atgaunama esant nedideliems temperatūros skirtumams tarp aukštesnės temperatūros oro srauto ir žemesnės temperatūros oro srauto, o aukštesnės temperatūros oras retai viršija 30^oC (komerciniuose pastatuose šilumos atgavimas vyksta net ir esant žemesnei oro temperatūrai).

Dažniausiai šilumos atgavimas vėdinimo ir oro kondicionavimo įrenginiuose atliekamas naudojant rotacinius arba kryžminio srauto (šešiakampius) šilumokaičius, rečiau – šilumos siurblius. Rotaciniai šilumokaičiai naudojami oro tvarkymo įrenginiuose (AHU), kuriuose leidžiama masės apykaita tarp įeinančio ir išeinančio oro AHU (dažniausiai tai visuomeniniai pastatai). Kryžminio srauto ir šešiakampiai šilumokaičiai naudojami oro tvarkymo įrenginiuose, kuriuose negalima leisti masės apykaitos tarp šviežio ir panaudoto oro (pvz., ligoninėse). Grįžtamieji šilumos siurbliai naudojami, kai šildymui reikalingas aukštos temperatūros tiekiamas oras.

Masės ir energijos balansas šilumokaičiuose, naudojamuose oro tvarkymo įrenginiuose

Skaičiuojant rotacinio šilumokaičio našumą šilumos atgavimui vėdinimo įrenginiuose, be energijos balanso, reikalingas ir atitinkamas masės balansas. Toliau pateikiamos energijos ir masės balanso lygtys pastovios būsenos srauto sąlygoms su tokia prielaida. Periodiniai parametrų pokyčiai, atsirandantys dėl šilumokaičio sukamojo judėjimo, yra vidurkinami bendrame energijos ir drėgmės balanse, t. y. periodiniai vietiniai temperatūros ir drėgmės pokyčiai besisukančio rato paviršiuje yra nereikšmingi ir todėl skaičiavimuose neįtraukiami.

a) Rotacinių šilumokaičių masės, koncentracijos ir energijos balansas: