Понимание процесса рекуперации энергии в роторных теплообменниках

Ключевые технические элементы, влияющие на энергоэффективность

Понимание процесса рекуперации энергии в роторных теплообменниках: ключевые технические элементы, влияющие на энергоэффективность.

Системы рекуперации тепла можно разделить на две категории в зависимости от тепловых параметров системы: системы рекуперации энергии и преобразования отработанного тепла с высокими тепловыми параметрами (выше 70).^oC) и системы для рекуперации и преобразования энергии из отработанного тепла с низкими тепловыми параметрами (ниже 70).^oС).

Системы рекуперации тепла и преобразования энергии выше 70^oТепло с высокими тепловыми параметрами используется в технологических процессах, происходящих в энергетической, пищевой, химической и других отраслях промышленности, где выделяется большое количество отработанного тепла. Это отработанное тепло с высокими тепловыми параметрами может быть использовано для повышения энергоэффективности предприятий путем прямого нагрева воздуха в системах вентиляции или путем усиления технологических процессов, требующих более высоких температур (например, в качестве источника тепла для тепловых насосов, используемых для пастеризации в пищевой промышленности, или для производства электроэнергии в системах органического цикла Ранкина или цикла Калина). Отработанное тепло с такими повышенными тепловыми параметрами также может быть использовано в процессах охлаждения и кондиционирования воздуха (например, для преобразования тепловой энергии в охлажденную воду с использованием абсорбционных или адсорбционных чиллеров).

Системы рекуперации тепла и преобразования энергии при температуре ниже 70°C^oСистемы C чаще всего используются для отопления в жилых зданиях (например, подогрев пола с использованием тепловых насосов) или коммерческих зданиях (например, в системах обработки воздуха для нагрева «свежего» или «наружного» воздуха путем рекуперации тепла из «отработанного» или «вытяжного» воздуха). В данной статье основное внимание будет уделено применению в коммерческих зданиях.

Системы рекуперации тепла в системах обработки воздуха основаны на двух типах систем, которые, в зависимости от выбранного в конструкции решения, потребляют электроэнергию (активные системы) или не потребляют (пассивные системы). К активным системам рекуперации тепла в системах обработки воздуха относятся, например, системы на основе роторных теплообменников или реверсивных тепловых насосов. К пассивным системам рекуперации тепла относятся крестообразные и шестиугольные теплообменники. Характерной особенностью рекуперации тепла в системах вентиляции является то, что тепло рекуперируется при небольших перепадах температур между потоком воздуха с более высокой температурой и потоком воздуха с более низкой температурой, при этом температура воздуха с более высокой температурой редко превышает 30 °C.^oC (в коммерческих зданиях рекуперация тепла происходит даже при более низких температурах воздуха).

Чаще всего рекуперация тепла в системах вентиляции и кондиционирования осуществляется с помощью роторных или поперечно-поточных (шестиугольных) теплообменников, реже — с помощью тепловых насосов. Роторные теплообменники используются в системах обработки воздуха, где допускается массообмен между поступающим и отходящим воздухом (обычно это общественные здания). Поперечно-поточные и шестиугольные теплообменники используются в системах обработки воздуха, где массообмен между свежим и отработанным воздухом не допускается (например, больницы). Реверсивные тепловые насосы используются, когда для отопления требуется высокотемпературный подаваемый воздух.

Баланс массы и энергии в теплообменниках, используемых в системах кондиционирования воздуха.

При расчете эффективности вращающегося теплообменника для рекуперации тепла в системах кондиционирования воздуха, помимо энергетического баланса, необходим соответствующий баланс массы. Ниже приведены уравнения энергетического и массового баланса для условий стационарного потока со следующим предположением. Периодические изменения параметров, возникающие в результате вращательного движения теплообменника, усредняются в общем энергетическом и влажностном балансе — то есть периодические локальные изменения температуры и влажности на поверхности вращающегося колеса незначительны и, следовательно, не учитываются в расчетах.

а) Баланс массы, концентрации и энергии для роторных теплообменников: