Inzicht in energieterugwinning bij roterende warmtewisselaars

Belangrijke technische elementen die van invloed zijn op de energie-efficiëntie

Inzicht in energieterugwinning in roterende warmtewisselaars: belangrijke technische elementen die de energie-efficiëntie beïnvloeden

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

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

Warmteterugwinnings- en energieomzettingssystemen onder de 70^oC-warmtewisselaars worden het vaakst gebruikt voor verwarmingsdoeleinden in woongebouwen (bijvoorbeeld vloerverwarming met behulp van warmtepompen) of commerciële gebouwen (bijvoorbeeld in luchtbehandelingsinstallaties (AHU's) voor het verwarmen van "verse" of "buitenlucht" door warmte terug te winnen uit "gebruikte" of "afvoerlucht"). Dit artikel richt zich op toepassingen in commerciële gebouwen.

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

Warmteterugwinning in ventilatie- en airconditioningsystemen wordt meestal gerealiseerd met behulp van roterende of kruisstroomwarmtewisselaars (zeshoekige warmtewisselaars), minder vaak met warmtepompen. Roterende warmtewisselaars worden gebruikt in luchtbehandelingssystemen waar massa-uitwisseling tussen de in- en uitgaande lucht is toegestaan ​​(dit zijn doorgaans openbare gebouwen). Kruisstroom- en zeshoekige warmtewisselaars worden gebruikt in luchtbehandelingssystemen waar massa-uitwisseling tussen verse en gebruikte lucht niet is toegestaan ​​(bijvoorbeeld ziekenhuizen). Omkeerbare warmtepompen worden gebruikt wanneer hete toevoerlucht nodig is voor verwarmingsdoeleinden.

Massa- en energiebalans in warmtewisselaars die worden gebruikt in luchtbehandelingsinstallaties

Bij het berekenen van de prestaties van een roterende warmtewisselaar voor warmterecuperatie in luchtbehandelingsinstallaties is, naast de energiebalans, ook een geschikte massabalans vereist. De volgende vergelijkingen voor de energie- en massabalans gelden voor stationaire stromingsomstandigheden, met de volgende aanname: periodieke parameterveranderingen als gevolg van de rotatiebeweging van de warmtewisselaar 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 verwaarloosbaar zijn en daarom in de berekeningen worden weggelaten.

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