Розуміння рекуперації енергії в роторних теплообмінниках

Ключові технічні елементи, що впливають на енергоефективність

Розуміння рекуперації енергії в роторних теплообмінниках - ключові технічні елементи, що впливають на енергоефективність

Системи рекуперації тепла можна розділити на дві категорії залежно від теплових параметрів системи: Системи для рекуперації та перетворення енергії з відхідного тепла з високими тепловими параметрами (вище 70^oC) та системи для рекуперації та перетворення енергії з відхідного тепла з низькими тепловими параметрами (нижче 70^oВ).

Системи рекуперації тепла та перетворення енергії вище 70^oC використовуються в технологічних процесах, що відбуваються в енергетичній, харчовій, хімічній та інших галузях промисловості, що базуються на технологічних процесах, де виділяється велика кількість відпрацьованого тепла. Це відпрацьоване тепло з високими тепловими параметрами може бути використане для підвищення енергетичної та економічної ефективності підприємств шляхом безпосереднього нагрівання повітря у вентиляційних системах або шляхом доповнення технологічних процесів, що потребують вищих температур (наприклад, джерело тепла для теплових насосів, що використовуються для пастеризації в харчовій промисловості, або для виробництва електроенергії в органічних системах циклу Ренкіна або циклу Каліни). Відпрацьоване тепло з такими підвищеними тепловими параметрами також може бути використане для процесів охолодження та кондиціонування повітря (наприклад, перетворення теплової енергії на охолоджену воду за допомогою абсорбційних або адсорбційних чилерів).

Системи рекуперації тепла та перетворення енергії нижче 70^oC найчастіше використовуються для опалення в житлових будівлях (наприклад, тепла підлога з використанням теплових насосів) або комерційних будівлях (наприклад, у вентиляційних установках (AHU) для нагрівання «свіжого» або «зовнішнього» повітря шляхом рекуперації тепла з «використаного» або «відпрацьованого» повітря). У цій статті основна увага буде приділена застосуванню в комерційних будівлях.

Системи рекуперації тепла в вентиляційних установках базуються на двох системах, які, залежно від типу рішення, прийнятого в конструкції установки, споживають електроенергію (активні системи) або ні (пасивні системи). Активні системи рекуперації тепла в вентиляційних установках включають, наприклад, системи на основі роторних теплообмінників або реверсивних теплових насосів. Пасивні системи рекуперації тепла включають хрестові та гексагональні теплообмінники. Характерною рисою рекуперації тепла в системах вентиляції є те, що тепло рекуперується при невеликій різниці температур між потоком повітря з вищою температурою та потоком повітря з нижчою температурою, причому повітря з вищою температурою рідко перевищує 30...^oC (у комерційних будівлях рекуперація тепла відбувається навіть за нижчих температур повітря).

Найчастіше рекуперація тепла у вентиляційних та кондиціонуючих установках здійснюється за допомогою роторних або перехресно-потокових (шестигранних) теплообмінників, рідше – за допомогою теплових насосів. Роторні теплообмінники використовуються в вентиляційних установках, де допускається масообмін між вхідним та вихідним повітрям у вентиляційній установці (це зазвичай громадські будівлі). Перехресно-потокові та шестигранні теплообмінники використовуються в вентиляційних установках, де не можна допускати масообмін між свіжим та використаним повітрям (наприклад, лікарні). Реверсивні теплові насоси використовуються, коли для опалення потрібне припливне повітря високої температури.

Баланс маси та енергії в теплообмінниках, що використовуються в установках обробки повітря

Під час розрахунку продуктивності роторного теплообмінника для рекуперації тепла в установках обробки повітря, окрім енергетичного балансу, потрібен відповідний баланс маси. Нижче наведено рівняння балансу енергії та маси для стаціонарних умов потоку з наступним припущенням. Періодичні зміни параметрів, що виникають внаслідок обертального руху теплообмінника, усереднюються в загальному балансі енергії та вологи, тобто періодичні локальні зміни температури та вологості на поверхні обертового колеса є незначними і тому опускаються в розрахунках.

a) Баланс маси, концентрації та енергії для роторних теплообмінників: