Inzicht in energieterugwinning in roterende warmtewisselaars

Belangrijke technische elementen die van invloed zijn op energie-efficiëntie

Inzicht in energieterugwinning in roterende warmtewisselaars - Belangrijke technische elementen die van invloed zijn op de energie-efficiëntie

Warmteterugwinningssystemen kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën op basis van de thermische parameters van het systeem: Systemen voor energieterugwinning en omzetting van restwarmte met hoge thermische parameters (boven 70^oC) en systemen voor energieterugwinning en -omzetting uit restwarmte met lage thermische parameters (onder 70^oC).

Warmteterugwinning en energieomzettingssystemen boven 70^oC wordt gebruikt in technologische processen in de energie-, voedingsmiddelen-, chemische en andere procesgebaseerde industrieën waar grote hoeveelheden restwarmte vrijkomen. Deze restwarmte met hoge thermische parameters kan worden gebruikt om de energie- en economische efficiëntie van bedrijven te verbeteren door lucht direct te verwarmen in ventilatiesystemen of door technologische processen te versterken die hogere temperaturen vereisen (bijvoorbeeld de warmtebron voor warmtepompen die worden gebruikt voor pasteurisatie in de voedingsmiddelenindustrie, of voor de productie van elektriciteit in systemen met de organische Rankine- of Kalina-cyclus). Restwarmte met dergelijke verhoogde thermische parameters kan ook worden gebruikt voor koel- en airconditioningprocessen (bijvoorbeeld het omzetten van thermische energie in gekoeld water met behulp van absorptie- of adsorptiekoelers).

Warmteterugwinnings- en energieomzettingssystemen onder de 70^oC worden het meest gebruikt voor verwarmingsdoeleinden in woningen (bijv. vloerverwarming met behulp van warmtepompen) of commerciële gebouwen (bijv. in luchtbehandelingskasten (LBK) voor het verwarmen van "verse" of "buitenlucht" door warmte terug te winnen uit "gebruikte" of "uitlaatlucht"). Dit artikel richt zich op toepassingen in commerciële gebouwen.

Warmteterugwinningssystemen in luchtbehandelingskasten zijn gebaseerd op twee systemen die, afhankelijk van het type oplossing dat in het ontwerp van de unit is toegepast, elektriciteit verbruiken (actieve systemen) of niet (passieve systemen). Actieve warmteterugwinningssystemen in luchtbehandelingskasten omvatten bijvoorbeeld systemen gebaseerd op roterende warmtewisselaars of omkeerbare warmtepompen. Passieve warmteterugwinningssystemen omvatten kruis- en hexagonale warmtewisselaars. Kenmerkend voor warmteterugwinning in ventilatiesystemen is dat warmte wordt teruggewonnen bij kleine temperatuurverschillen tussen de luchtstroom met hogere en de luchtstroom met lagere temperatuur, waarbij de luchtstroom met hogere temperatuur zelden meer dan 30 °C bedraagt.^oC (in commerciële gebouwen vindt warmteterugwinning zelfs plaats bij lagere luchttemperaturen).

Warmteterugwinning in ventilatie- en airconditioningunits wordt meestal uitgevoerd met behulp van roterende of kruisstroom (hexagonale) warmtewisselaars, minder vaak met behulp van warmtepompen. Roterende warmtewisselaars worden gebruikt in luchtbehandelingskasten (LBK's) waar massa-uitwisseling tussen inlaat- en uitlaatlucht in de LBK is toegestaan ​​(dit zijn meestal openbare gebouwen). Kruisstroom- en hexagonale warmtewisselaars worden gebruikt in luchtbehandelingskasten waar massa-uitwisseling tussen verse en gebruikte lucht niet is toegestaan ​​(bijvoorbeeld in ziekenhuizen). Omkeerbare warmtepompen worden gebruikt wanneer toevoerlucht met een hoge temperatuur nodig is voor verwarmingsdoeleinden.

Massa- en energiebalans in warmtewisselaars die worden gebruikt in luchtbehandelingskasten

Bij het berekenen van de prestaties van roterende warmtewisselaars voor warmteterugwinning in luchtbehandelingskasten is naast de energiebalans ook een geschikte massabalans vereist. Hieronder volgen energie- en massabalansvergelijkingen voor stationaire stromingsomstandigheden met de volgende aanname. Periodieke parameterveranderingen als gevolg van de rotatiebeweging van de wisselaar worden gemiddeld in de totale energie- en vochtbalans. Dat wil zeggen dat periodieke lokale veranderingen in temperatuur en vochtigheid op het oppervlak van het roterende wiel onbeduidend zijn en daarom in de berekeningen worden weggelaten.

a) Massa-, concentratie- en energiebalans voor roterende warmtewisselaars: