Förstå energiåtervinning i roterande värmeväxlare

Viktiga tekniska element som påverkar energieffektiviteten

Förstå energiåtervinning i roterande värmeväxlare - Viktiga tekniska element som påverkar energieffektiviteten

Värmeåtervinningssystem kan delas in i två kategorier baserat på systemets termiska parametrar: System för energiåtervinning och omvandling från spillvärme med höga termiska parametrar (över 70^oC) och system för energiåtervinning och omvandling från spillvärme med låga termiska parametrar (under 70^oC).

Värmeåtervinnings- och energiomvandlingssystem över 70^oC används i tekniska processer som äger rum inom energi-, livsmedels-, kemi- och andra processbaserade industrier där stora mängder spillvärme frigörs. Denna spillvärme med höga termiska parametrar kan användas för att förbättra företagens energieffektivitet och ekonomiska effektivitet genom att direkt värma luft i ventilationssystem eller genom att förstärka tekniska processer som kräver högre temperaturer (t.ex. värmekällan för värmepumpar som används för pastörisering inom livsmedelsindustrin, eller för elproduktion i de organiska Rankine-cykel- eller Kalina-cykelsystemen). Spillvärme med sådana förhöjda termiska parametrar kan också användas för kyl- och luftkonditioneringsprocesser (t.ex. omvandling av termisk energi till kylt vatten med hjälp av absorptionskylmaskiner eller adsorptionskylmaskiner).

Värmeåtervinnings- och energiomvandlingssystem under 70^oC används oftast för uppvärmning i bostadshus (t.ex. golvvärme med hjälp av värmepumpar) eller kommersiella byggnader (t.ex. i luftbehandlingsaggregat (AHU) för att värma "frisk" eller "utomhus"-luft genom att återvinna värme från "använd" eller "frånluft"). Denna artikel kommer att fokusera på kommersiella byggnadsapplikationer.

Värmeåtervinningssystem i luftbehandlingsaggregat baseras på två system som, beroende på vilken typ av lösning som valts i aggregatets konstruktion, förbrukar el (aktiva system) eller inte (passiva system). Aktiva värmeåtervinningssystem i luftbehandlingsaggregat inkluderar till exempel system baserade på roterande värmeväxlare eller reversibla värmepumpar. Passiva värmeåtervinningssystem inkluderar kors- och hexagonala värmeväxlare. Karakteristiskt för värmeåtervinning i ventilationssystem är att värme återvinns vid små temperaturskillnader mellan luftströmmen med högre temperatur och luftströmmen med lägre temperatur, där luftströmmen med högre temperatur sällan överstiger 30^oC (i kommersiella byggnader sker värmeåtervinning även vid lägre lufttemperaturer).

Oftast utförs värmeåtervinning i ventilations- och luftkonditioneringsaggregat med hjälp av roterande eller korsflödes- (sexkantiga) värmeväxlare, mer sällan med hjälp av värmepumpar. Roterande värmeväxlare används i luftbehandlingsaggregat där massutbyte mellan in- och utluft i aggregatet är tillåtet (dessa är vanligtvis offentliga byggnader). Korsflödes- och sexkantiga värmeväxlare används i luftbehandlingsaggregat där massutbyte mellan frisk och använd luft inte kan tillåtas (t.ex. sjukhus). Reversibla värmepumpar används när högtemperaturtilluft krävs för uppvärmning.

Mass- och energibalans i värmeväxlare som används i luftbehandlingsaggregat

Vid beräkning av roterande värmeväxlares prestanda för värmeåtervinning i luftbehandlingsaggregat krävs, utöver energibalans, en lämplig massbalans. Följande är energi- och massbalansekvationer för stationära flödesförhållanden med följande antagande. Periodiska parameterförändringar till följd av växlarens rotationsrörelse medelvärdesbildas i den totala energi- och fuktbalansen – det vill säga, periodiska lokala förändringar i temperatur och fuktighet på ytan av det roterande hjulet är obetydliga och utelämnas därför i beräkningarna.

a) Massa, koncentration och energibalans för roterande värmeväxlare: