Döner Isı Eşanjörlerinde Enerji Geri Kazanımının Anlaşılması

Enerji verimliliğini etkileyen temel teknik unsurlar

Döner ısı eşanjörlerinde enerji geri kazanımını anlama - Enerji verimliliğini etkileyen temel teknik unsurlar

Isı geri kazanım sistemleri, sistemin termal parametrelerine göre iki kategoriye ayrılabilir: Yüksek termal parametrelere sahip (70'in üzerinde) atık ısıdan enerji geri kazanımı ve dönüşümü sağlayan sistemler^oC) ve düşük termal parametrelere sahip atık ısıdan enerji geri kazanımı ve dönüşümü sistemleri (70'in altında)^oC).

70'in üzerinde ısı geri kazanımı ve enerji dönüşüm sistemleri^oC, enerji, gıda, kimya ve diğer proses bazlı endüstrilerde büyük miktarda atık ısının açığa çıktığı teknolojik proseslerde kullanılır. Yüksek termal parametrelere sahip bu atık ısı, havalandırma sistemlerinde havayı doğrudan ısıtarak veya daha yüksek sıcaklıklar gerektiren teknolojik prosesleri (örneğin, gıda endüstrisinde pastörizasyon için kullanılan ısı pompalarının ısı kaynağı veya organik Rankine Çevrimi veya Kalina Çevrimi sistemlerinde elektrik üretimi) destekleyerek işletmelerin enerji ve ekonomik verimliliğini artırmak için kullanılabilir. Bu kadar yüksek termal parametrelere sahip atık ısı, soğutma ve iklimlendirme proseslerinde de (örneğin, absorbsiyonlu veya adsorpsiyonlu soğutucular kullanılarak termal enerjinin soğutulmuş suya dönüştürülmesi) kullanılabilir.

70'in altındaki ısı geri kazanımı ve enerji dönüşüm sistemleri^oC, çoğunlukla konut binalarında (örneğin ısı pompaları kullanılarak yerden ısıtma) veya ticari binalarda (örneğin, "kullanılmış" veya "egzoz" havadan ısı geri kazanarak "taze" veya "dış" havayı ısıtmak için kullanılan klima santrallerinde (AHU)) ısıtma amacıyla kullanılır. Bu makale, ticari bina uygulamalarına odaklanacaktır.

Klima santrallerindeki ısı geri kazanım sistemleri, ünitenin tasarımında kullanılan çözüm türüne bağlı olarak elektrik tüketen (aktif sistemler) veya tüketmeyen (pasif sistemler) iki sisteme dayanmaktadır. Klima santrallerindeki aktif ısı geri kazanım sistemleri, örneğin döner ısı eşanjörleri veya tersinir ısı pompalarına dayalı sistemleri içerir. Pasif ısı geri kazanım sistemleri, çapraz ve altıgen ısı eşanjörlerini içerir. Havalandırma sistemlerinde ısı geri kazanımının özelliği, yüksek sıcaklıktaki hava akımı ile düşük sıcaklıktaki hava akımı arasındaki küçük sıcaklık farklarında ısının geri kazanılmasıdır; yüksek sıcaklıktaki hava akımı nadiren 30°C'yi aşar.^oC (Ticari binalarda düşük hava sıcaklıklarında bile ısı geri kazanımı gerçekleşir).

Havalandırma ve iklimlendirme ünitelerinde ısı geri kazanımı çoğunlukla döner veya çapraz akışlı (altıgen) ısı eşanjörleri, daha az sıklıkla ise ısı pompaları kullanılarak gerçekleştirilir. Döner ısı eşanjörleri, giriş ve çıkış havası arasında kütle değişimine izin verilen klima santrallerinde (genellikle kamu binaları) kullanılır. Çapraz akışlı ve altıgen ısı eşanjörleri ise, taze ve kullanılmış hava arasında kütle değişimine izin verilmeyen klima santrallerinde (örneğin hastaneler) kullanılır. Isıtma amacıyla yüksek sıcaklıkta besleme havası gerektiğinde, tersinir ısı pompaları kullanılır.

Hava işleme ünitelerinde kullanılan ısı değiştiricilerde kütle ve enerji dengesi

Klima santrallerinde ısı geri kazanımı için döner ısı eşanjörü performansının hesaplanmasında, enerji dengesine ek olarak uygun bir kütle dengesi de gereklidir. Aşağıda, kararlı durum akış koşulları için aşağıdaki varsayımlara dayalı enerji ve kütle dengesi denklemleri yer almaktadır. Eşanjörün dönme hareketinden kaynaklanan periyodik parametre değişimleri, genel enerji ve nem dengesinde ortalama olarak alınır; yani, dönen çarkın yüzeyindeki sıcaklık ve nemdeki periyodik yerel değişimler önemsizdir ve bu nedenle hesaplamalara dahil edilmez.

a) Döner ısı değiştiriciler için kütle, konsantrasyon ve enerji dengesi: