Pochopenie rekuperácie energie v rotačných výmenníkoch tepla

Kľúčové technické prvky, ktoré ovplyvňujú energetickú účinnosť

Pochopenie rekuperácie energie v rotačných výmenníkoch tepla - Kľúčové technické prvky, ktoré ovplyvňujú energetickú účinnosť

Systémy na spätné získavanie tepla možno rozdeliť do dvoch kategórií na základe tepelných parametrov systému: Systémy na spätné získavanie a premenu energie z odpadového tepla s vysokými tepelnými parametrami (nad 70^oC) a systémy na spätné získavanie a premenu energie z odpadového tepla s nízkymi tepelnými parametrami (pod 70^oC).

Systémy na spätné získavanie tepla a premenu energie nad 70^oC sa používajú v technologických procesoch, ktoré prebiehajú v energetickom, potravinárskom, chemickom a inom procesnom priemysle, kde sa uvoľňuje veľké množstvo odpadového tepla. Toto odpadové teplo s vysokými tepelnými parametrami možno využiť na zlepšenie energetickej a ekonomickej efektívnosti podnikov priamym ohrevom vzduchu vo vetracích systémoch alebo rozšírením technologických procesov vyžadujúcich vyššie teploty (napr. zdroj tepla pre tepelné čerpadlá používané na pasterizáciu v potravinárskom priemysle alebo na výrobu elektriny v organických systémoch Rankineho cyklu alebo Kalinového cyklu). Odpadové teplo s takýmito zvýšenými tepelnými parametrami možno využiť aj na chladiace a klimatizačné procesy (napr. premena tepelnej energie na studenú vodu pomocou absorpčných alebo adsorpčných chladičov).

Systémy na spätné získavanie tepla a premenu energie pod 70^oC sa najčastejšie používajú na vykurovanie v obytných budovách (napr. podlahové vykurovanie s použitím tepelných čerpadiel) alebo komerčných budovách (napr. vo vzduchotechnických jednotkách (AHU) na ohrev „čerstvého“ alebo „vonkajšieho“ vzduchu spätným získavaním tepla z „použitého“ alebo „odpadového“ vzduchu). Tento článok sa zameria na aplikácie v komerčných budovách.

Systémy rekuperácie tepla vo vzduchotechnických jednotkách sú založené na dvoch systémoch, ktoré v závislosti od typu riešenia použitého v konštrukcii jednotky spotrebúvajú elektrinu (aktívne systémy) alebo nie (pasívne systémy). Medzi aktívne systémy rekuperácie tepla vo vzduchotechnických jednotkách patria napríklad systémy založené na rotačných výmenníkoch tepla alebo reverzibilných tepelných čerpadlách. Medzi pasívne systémy rekuperácie tepla patria krížové a šesťuholníkové výmenníky tepla. Charakteristickým znakom rekuperácie tepla vo vetracích systémoch je, že teplo sa rekuperuje pri malých teplotných rozdieloch medzi prúdom vzduchu s vyššou teplotou a prúdom vzduchu s nižšou teplotou, pričom vzduch s vyššou teplotou zriedka prekročí 30 °C.^oC (v komerčných budovách dochádza k spätnému získavaniu tepla aj pri nižších teplotách vzduchu).

Najčastejšie sa rekuperácia tepla vo vetracích a klimatizačných jednotkách realizuje pomocou rotačných alebo krížových (šesťuholníkových) výmenníkov tepla, menej často pomocou tepelných čerpadiel. Rotačné výmenníky tepla sa používajú v vzduchotechnických jednotkách (VZT), kde je povolená výmena hmoty medzi privádzaným a odvádzaným vzduchom v VZT jednotke (zvyčajne ide o verejné budovy). Krížové a šesťuholníkové výmenníky tepla sa používajú vo vzduchotechnických jednotkách, kde nie je povolená výmena hmoty medzi čerstvým a použitým vzduchom (napr. nemocnice). Reverzibilné tepelné čerpadlá sa používajú, keď je na vykurovanie potrebný privádzaný vzduch s vysokou teplotou.

Hmotnostná a energetická bilancia vo výmenníkoch tepla používaných vo vzduchotechnických jednotkách

Pri výpočte výkonu rotačného výmenníka tepla na rekuperáciu tepla vo vzduchotechnických jednotkách je okrem energetickej bilancie potrebná aj vhodná hmotnostná bilancia. Nasledujú rovnice energetickej a hmotnostnej bilancie pre ustálené podmienky prúdenia s nasledujúcim predpokladom. Periodické zmeny parametrov vyplývajúce z rotačného pohybu výmenníka sa spriemerujú v celkovej energetickej a vlhkostnej bilancii – to znamená, že periodické lokálne zmeny teploty a vlhkosti na povrchu rotujúceho kolesa sú zanedbateľné, a preto sa vo výpočtoch vynechávajú.

a) Hmotnostná, koncentračná a energetická bilancia pre rotačné výmenníky tepla: