Разумевање рекуперације енергије у ротационим измењивачима топлоте

Кључни технички елементи који утичу на енергетску ефикасност

Разумевање рекуперације енергије у ротационим измењивачима топлоте - кључни технички елементи који утичу на енергетску ефикасност

Системи за рекуперацију топлоте могу се поделити у две категорије на основу термичких параметара система: Системи за рекуперацију енергије и конверзију из отпадне топлоте са високим термичким параметрима (изнад 70^oC) и системи за рекуперацију и конверзију енергије из отпадне топлоте са ниским термичким параметрима (испод 70^oЦ).

Системи за рекуперацију топлоте и конверзију енергије изнад 70^oC се користе у технолошким процесима који се одвијају у енергетској, прехрамбеној, хемијској и другим индустријама заснованим на процесима где се ослобађају велике количине отпадне топлоте. Ова отпадна топлота са високим термичким параметрима може се користити за побољшање енергетске и економске ефикасности предузећа директним загревањем ваздуха у вентилационим системима или допуњавањем технолошких процеса који захтевају више температуре (нпр. извор топлоте за топлотне пумпе које се користе за пастеризацију у прехрамбеној индустрији или за производњу електричне енергије у системима органског Ранкиновог циклуса или Калининог циклуса). Отпадна топлота са тако повишеним термичким параметрима може се користити и за процесе хлађења и климатизације (нпр. претварање топлотне енергије у хладну воду коришћењем апсорпционих или адсорпционих чилера).

Системи за рекуперацију топлоте и конверзију енергије испод 70^oЦ се најчешће користе за грејање у стамбеним зградама (нпр. подно грејање уз употребу топлотних пумпи) или комерцијалним зградама (нпр. у клима уређајима (AHU) за загревање „свежег“ или „спољног“ ваздуха рекуперацијом топлоте из „коришћеног“ или „издувног“ ваздуха). Овај чланак ће се фокусирати на примену у комерцијалним зградама.

Системи за рекуперацију топлоте у клима уређајима засновани су на два система који, у зависности од врсте решења усвојеног у дизајну јединице, троше електричну енергију (активни системи) или не (пасивни системи). Активни системи за рекуперацију топлоте у клима уређајима укључују, на пример, системе засноване на ротационим измењивачима топлоте или реверзибилним топлотним пумпама. Пасивни системи за рекуперацију топлоте укључују унакрсне и хексагоналне измењиваче топлоте. Карактеристично за рекуперацију топлоте у вентилационим системима је да се топлота рекуперује при малим температурним разликама између струје ваздуха више температуре и струје ваздуха ниже температуре, при чему ваздух више температуре ретко прелази 30...^oC (у комерцијалним зградама, рекуперација топлоте се одвија чак и на нижим температурама ваздуха).

Најчешће се рекуперација топлоте у вентилационим и климатизационим јединицама врши помоћу ротационих или унакрсних (хексагоналних) измењивача топлоте, ређе помоћу топлотних пумпи. Ротациони измењивачи топлоте се користе у климатским јединицама где је дозвољена размена масе између улазног и излазног ваздуха у климатској јединици (то су обично јавне зграде). Унакрсни и хексагонални измењивачи топлоте се користе у климатским јединицама где се не може дозволити размена масе између свежег и коришћеног ваздуха (нпр. болнице). Реверзибилне топлотне пумпе се користе када је за грејање потребан доводни ваздух високе температуре.

Биланс масе и енергије у измењивачима топлоте који се користе у клима уређајима

Приликом израчунавања перформанси ротационог измењивача топлоте за рекуперацију топлоте у јединицама за управљање ваздухом, поред енергетског биланса, потребан је и одговарајући биланс масе. Следе једначине енергетског и масеног биланса за стационарне услове протока са следећом претпоставком. Периодичне промене параметара које настају услед ротационог кретања измењивача се усредњавају у укупном билансу енергије и влаге — то јест, периодичне локалне промене температуре и влажности на површини ротирајућег точка су безначајне и стога се изостављају у прорачунима.

а) Биланс масе, концентрације и енергије за ротационе измењиваче топлоте: