Înțelegerea recuperării energiei în schimbătoarele de căldură rotative

Elemente tehnice cheie care afectează eficiența energetică

Înțelegerea recuperării energiei în schimbătoarele de căldură rotative - Elemente tehnice cheie care afectează eficiența energetică

Sistemele de recuperare a căldurii pot fi împărțite în două categorii, în funcție de parametrii termici ai sistemului: Sisteme pentru recuperarea și conversia energiei din căldura reziduală cu parametri termici ridicați (peste 70^oC) și sisteme pentru recuperarea și conversia energiei din căldura reziduală cu parametri termici scăzuti (sub 70^oC).

Sisteme de recuperare a căldurii și conversie a energiei peste 70^oC sunt utilizate în procesele tehnologice care au loc în industriile energetică, alimentară, chimică și alte industrii bazate pe procese, unde se eliberează cantități mari de căldură reziduală. Această căldură reziduală cu parametri termici ridicați poate fi utilizată pentru a îmbunătăți eficiența energetică și economică a întreprinderilor prin încălzirea directă a aerului în sistemele de ventilație sau prin completarea proceselor tehnologice care necesită temperaturi mai ridicate (de exemplu, sursa de căldură pentru pompele de căldură utilizate pentru pasteurizare în industria alimentară sau pentru producerea de energie electrică în sistemele organice cu ciclu Rankine sau cu ciclu Kalina). Căldura reziduală cu astfel de parametri termici ridicați poate fi utilizată și pentru procesele de refrigerare și climatizare (de exemplu, convertirea energiei termice în apă răcită folosind chillere cu absorbție sau adsorbție).

Sisteme de recuperare a căldurii și conversie a energiei sub 70^oCaloriile de carbon sunt cel mai adesea utilizate pentru încălzire în clădiri rezidențiale (de exemplu, încălzire prin pardoseală cu ajutorul pompelor de căldură) sau în clădiri comerciale (de exemplu, în unități de tratare a aerului (UTA) pentru încălzirea aerului „proaspăt” sau „exterior” prin recuperarea căldurii din aerul „utilizat” sau „evacuat”). Acest articol se va concentra pe aplicațiile clădirilor comerciale.

Sistemele de recuperare a căldurii din unitățile de tratare a aerului se bazează pe două sisteme care, în funcție de tipul de soluție adoptată în proiectarea unității, consumă energie electrică (sisteme active) sau nu (sisteme pasive). Sistemele active de recuperare a căldurii din unitățile de tratare a aerului includ, de exemplu, sisteme bazate pe schimbătoare de căldură rotative sau pompe de căldură reversibile. Sistemele pasive de recuperare a căldurii includ schimbătoare de căldură încrucișate și hexagonale. Caracteristica recuperării căldurii în sistemele de ventilație este aceea că recuperarea căldurii se face la diferențe mici de temperatură între fluxul de aer cu temperatură mai ridicată și fluxul de aer cu temperatură mai scăzută, aerul cu temperatură mai ridicată depășind rareori 30°C.^oC (în clădirile comerciale, recuperarea căldurii are loc chiar și la temperaturi mai scăzute ale aerului).

Cel mai adesea, recuperarea căldurii în unitățile de ventilație și climatizare se realizează folosind schimbătoare de căldură rotative sau cu flux încrucișat (hexagonale), mai rar folosind pompe de căldură. Schimbătoarele de căldură rotative sunt utilizate în unitățile de tratare a aerului (UTA) unde este permis schimbul de masă între aerul de intrare și cel de ieșire din UTA (acestea sunt de obicei clădiri publice). Schimbătoarele de căldură cu flux încrucișat și hexagonale sunt utilizate în unitățile de tratare a aerului unde nu poate fi permis schimbul de masă între aerul proaspăt și cel utilizat (de exemplu, spitale). Pompele de căldură reversibile sunt utilizate atunci când este necesar aer de alimentare la temperatură înaltă pentru încălzire.

Bilanțul de masă și energie în schimbătoarele de căldură utilizate în unitățile de tratare a aerului

La calcularea performanței schimbătorului de căldură rotativ pentru recuperarea căldurii în unitățile de tratare a aerului, pe lângă bilanțul energetic, este necesar un bilanț masic adecvat. Următoarele sunt ecuațiile de bilanț energetic și masic pentru condiții de curgere în regim staționar, cu următoarea ipoteză. Modificările periodice ale parametrilor rezultante din mișcarea de rotație a schimbătorului sunt mediate în bilanțul general de energie și umiditate - adică modificările locale periodice ale temperaturii și umidității pe suprafața roții rotative sunt nesemnificative și, prin urmare, sunt omise în calcule.

a) Bilanțul de masă, concentrație și energie pentru schimbătoarele de căldură rotative: