Ključni tehnički elementi koji utiču na energetsku efikasnost

Razumijevanje povrata energije u rotacijskim izmjenjivačima topline – ključni tehnički elementi koji utiču na energetsku efikasnost

Sistemi za rekuperaciju toplote mogu se podeliti u dve kategorije na osnovu termičkih parametara sistema: Sistemi za povrat energije i konverziju otpadne toplote sa visokim toplotnim parametrima (iznad 70^oC) i sistemi za povrat energije i konverziju iz otpadne toplote sa niskim toplotnim parametrima (ispod 70^oC).

Sistemi za povrat topline i konverziju energije iznad 70^oC se koriste u tehnološkim procesima koji se odvijaju u energetskoj, prehrambenoj, hemijskoj i drugim procesnim industrijama gdje se oslobađaju velike količine otpadne topline.Ova otpadna toplota sa visokim termičkim parametrima može se koristiti za poboljšanje energetske i ekonomske efikasnosti preduzeća direktnim zagrevanjem vazduha u ventilacionim sistemima ili povećanjem tehnoloških procesa koji zahtevaju više temperature (npr. izvor toplote za toplotne pumpe koje se koriste za pasterizaciju u prehrambenoj industriji, ili za proizvodnju električne energije u sistemima organskog Rankineovog ciklusa ili Kalina ciklusa).Otpadna toplota sa tako povišenim termičkim parametrima može se koristiti i za procese hlađenja i klimatizacije (npr. pretvaranje toplotne energije u rashlađenu vodu korišćenjem apsorpcionih ili adsorpcionih rashladnih uređaja).

Sistemi za povrat topline i konverziju energije ispod 70^oC se najčešće koriste za potrebe grijanja u stambenim zgradama (npr. podno grijanje uz korištenje toplotnih pumpi) ili poslovnim zgradama (npr. u klima komorama (AHU) za zagrijavanje „svježeg” ili „vanjskog” zraka povratom topline iz „iskorišćenog” ” ili „izduvni” vazduh).Ovaj članak će se fokusirati na primjene komercijalnih zgrada.

Sistemi povrata topline u klima komorama baziraju se na dva sistema koji, ovisno o vrsti rješenja usvojenog u projektu jedinice, troše električnu energiju (aktivni sistemi) ili ne (pasivni sistemi).Aktivni sustavi povrata topline u jedinicama za obradu zraka uključuju, na primjer, sisteme bazirane na rotacijskim izmjenjivačima topline ili reverzibilnim toplotnim pumpama.Pasivni sustavi povrata topline uključuju unakrsne i heksagonalne izmjenjivače topline.Karakteristika povrata topline u ventilacijskim sistemima je da se toplina povrati pri malim temperaturnim razlikama između strujanja zraka više temperature i strujanja zraka niže temperature, pri čemu zraka više temperature rijetko prelazi 30°C.^oC (u poslovnim zgradama povrat topline se odvija i pri nižim temperaturama zraka).

Najčešće se povrat topline u ventilacijskim i klimatizacijskim jedinicama provodi pomoću rotacijskih ili poprečnih (šesterokutnih) izmjenjivača topline, rjeđe pomoću toplinskih pumpi.Rotacijski izmjenjivači topline se koriste u klima uređajima gdje je dozvoljena izmjena mase između ulaznog i izlaznog zraka u klimatizaciji (obično su to javne zgrade).Unakrsni i heksagonalni izmjenjivači topline se koriste u jedinicama za obradu zraka gdje se ne može dozvoliti razmjena mase između svježeg i korištenog zraka (npr. bolnice).Reverzibilne toplotne pumpe se koriste kada je za grejanje potreban dovodni vazduh visoke temperature.

Balans mase i energije u izmjenjivačima topline koji se koriste u klima komorama

Prilikom izračunavanja performansi rotacionog izmjenjivača topline za povrat topline u klima komorama, pored energetskog bilansa, potreban je i odgovarajući balans mase.Slijede jednadžbe ravnoteže energije i mase za stabilne uslove strujanja sa sljedećom pretpostavkom.Periodične promjene parametara koje proizlaze iz rotacionog kretanja izmjenjivača su usredsređene u ukupnom balansu energije i vlage – to jest, periodične lokalne promjene temperature i vlažnosti na površini rotirajućeg točka su beznačajne i stoga se izostavljaju u proračunima.

a) Bilans mase, koncentracije i energije za rotacijske izmjenjivače topline: