Izpratne par enerģijas atgūšanu rotācijas siltummaiņos

Galvenie tehniskie elementi, kas ietekmē energoefektivitāti

Enerģijas atgūšanas izpratne rotācijas siltummaiņos — galvenie tehniskie elementi, kas ietekmē energoefektivitāti

Siltuma atgūšanas sistēmas var iedalīt divās kategorijās, pamatojoties uz sistēmas termiskajiem parametriem: Sistēmas enerģijas atgūšanai un pārveidošanai no atlikumsiltuma ar augstiem termiskajiem parametriem (virs 70^oC) un sistēmas enerģijas atgūšanai un pārveidošanai no atlikumsiltuma ar zemiem termiskajiem parametriem (zem 70^oC).

Siltuma atgūšanas un enerģijas pārveidošanas sistēmas virs 70^oC tiek izmantoti tehnoloģiskajos procesos, kas notiek enerģētikas, pārtikas, ķīmijas un citās uz procesiem balstītās nozarēs, kur izdalās liels daudzums siltuma pārpalikuma. Šo siltuma pārpalikumu ar augstiem termiskajiem parametriem var izmantot, lai uzlabotu uzņēmumu energoefektivitāti un ekonomisko efektivitāti, tieši sildot gaisu ventilācijas sistēmās vai papildinot tehnoloģiskos procesus, kuriem nepieciešama augstāka temperatūra (piemēram, siltuma avots siltumsūkņiem, ko izmanto pasterizācijai pārtikas rūpniecībā, vai elektroenerģijas ražošanai organiskajā Renkina cikla vai Kalina cikla sistēmās). Siltuma pārpalikumu ar šādiem paaugstinātiem termiskajiem parametriem var izmantot arī saldēšanas un gaisa kondicionēšanas procesos (piemēram, siltumenerģijas pārveidošanai atdzesētā ūdenī, izmantojot absorbcijas vai adsorbcijas dzesētājus).

Siltuma atgūšanas un enerģijas pārveidošanas sistēmas zem 70^oC visbiežāk izmanto apkures vajadzībām dzīvojamās ēkās (piemēram, grīdas apsilde, izmantojot siltumsūkņus) vai komerciālās ēkās (piemēram, gaisa apstrādes iekārtās (AHU) “svaigā” vai “āra” gaisa apsildīšanai, atgūstot siltumu no “izlietotā” vai “izplūdes” gaisa). Šajā rakstā galvenā uzmanība tiks pievērsta komerciālo ēku pielietojumiem.

Siltuma atgūšanas sistēmas gaisa apstrādes iekārtās balstās uz divām sistēmām, kas atkarībā no iekārtas konstrukcijā izmantotā risinājuma veida patērē elektroenerģiju (aktīvās sistēmas) vai nepatērē elektroenerģiju (pasīvās sistēmas). Aktīvās siltuma atgūšanas sistēmas gaisa apstrādes iekārtās ietver, piemēram, sistēmas, kuru pamatā ir rotējošie siltummaiņi vai reversīvie siltumsūkņi. Pasīvās siltuma atgūšanas sistēmas ietver krustveida un sešstūra siltummaiņus. Siltuma atgūšanai ventilācijas sistēmās raksturīga neliela temperatūras atšķirība starp augstākas temperatūras gaisa plūsmu un zemākas temperatūras gaisa plūsmu, augstākas temperatūras gaisam reti pārsniedzot 30^oC (komerciālās ēkās siltuma atgūšana notiek pat pie zemākas gaisa temperatūras).

Visbiežāk siltuma atgūšana ventilācijas un gaisa kondicionēšanas iekārtās tiek veikta, izmantojot rotējošos vai šķērsplūsmas (sešstūrainos) siltummaiņus, retāk izmantojot siltumsūkņus. Rotējošie siltummaiņi tiek izmantoti gaisa apstrādes iekārtās (AHU), kur ir atļauta masas apmaiņa starp ieplūdes un izplūdes gaisu gaisa apstrādes iekārtā (tās parasti ir sabiedriskās ēkas). Šķērsplūsmas un sešstūrainos siltummaiņus izmanto gaisa apstrādes iekārtās, kur nav pieļaujama masas apmaiņa starp svaigu un izmantotu gaisu (piemēram, slimnīcās). Reversīvie siltumsūkņi tiek izmantoti, ja apkures nolūkos ir nepieciešams augstas temperatūras pieplūdes gaiss.

Masas un enerģijas bilance siltummaiņos, ko izmanto gaisa apstrādes iekārtās

Aprēķinot rotējošā siltummaiņa veiktspēju siltuma atgūšanai gaisa apstrādes iekārtās, papildus enerģijas balansam ir nepieciešams arī atbilstošs masas balanss. Tālāk ir sniegti enerģijas un masas balansa vienādojumi stacionāras plūsmas apstākļiem ar šādu pieņēmumu. Periodiskās parametru izmaiņas, kas rodas siltummaiņa rotācijas kustības rezultātā, tiek aprēķinātas kā vidējā vērtība kopējā enerģijas un mitruma bilancē, tas ir, periodiskas lokālas temperatūras un mitruma izmaiņas uz rotējošā riteņa virsmas ir nenozīmīgas un tāpēc aprēķinos netiek ņemtas vērā.

a) Rotējošo siltummaiņu masas, koncentrācijas un enerģijas bilance: