Klíčové technické prvky, které ovlivňují energetickou účinnost

Pochopení rekuperace energie v rotačních výměnících tepla – klíčové technické prvky, které ovlivňují energetickou účinnost

Systémy rekuperace tepla lze na základě tepelných parametrů systému rozdělit do dvou kategorií: Systémy pro rekuperaci energie a přeměnu z odpadního tepla s vysokými tepelnými parametry (nad 70^oC) a systémy pro energetické využití a přeměnu odpadního tepla s nízkými tepelnými parametry (pod 70^oC).

Systémy rekuperace tepla a přeměny energie nad 70^oC se používají v technologických procesech, které probíhají v energetickém, potravinářském, chemickém a jiném procesně založeném průmyslu, kde se uvolňuje velké množství odpadního tepla.Toto odpadní teplo s vysokými tepelnými parametry lze využít pro zlepšení energetické a ekonomické efektivity podniků přímým ohřevem vzduchu ve vzduchotechnických systémech nebo rozšířením technologických procesů vyžadujících vyšší teploty (např. zdroj tepla pro tepelná čerpadla používaná pro pasterizaci v potravinářském průmyslu, nebo pro výrobu elektřiny v systémech organického Rankinova cyklu nebo Kalinova cyklu).Odpadní teplo s takto zvýšenými tepelnými parametry lze využít i pro chladicí a klimatizační procesy (např. přeměna tepelné energie na chlazenou vodu pomocí absorpčních nebo adsorpčních chladičů).

Systémy zpětného získávání tepla a přeměny energie pod 70^oC se nejčastěji používají pro účely vytápění v obytných budovách (např. podlahové vytápění s využitím tepelných čerpadel) nebo komerčních budovách (např. ve vzduchotechnických jednotkách (AHU) pro ohřev „čerstvého“ nebo „venkovního“ vzduchu rekuperací tepla z „použitého “ nebo „odpadní vzduch“).Tento článek se zaměří na komerční stavební aplikace.

Systémy rekuperace tepla ve vzduchotechnických jednotkách jsou založeny na dvou systémech, které v závislosti na typu řešení použitého v konstrukci jednotky spotřebovávají elektřinu (aktivní systémy) nebo nespotřebovávají (pasivní systémy).Mezi aktivní systémy rekuperace tepla ve vzduchotechnických jednotkách patří například systémy založené na rotačních výměnících tepla nebo reverzibilních tepelných čerpadlech.Pasivní systémy rekuperace tepla zahrnují křížové a šestihranné výměníky tepla.Pro rekuperaci tepla ve ventilačních systémech je charakteristické, že teplo je rekuperováno při malých teplotních rozdílech mezi proudem vzduchu s vyšší teplotou a proudem vzduchu s nižší teplotou, přičemž vzduch s vyšší teplotou zřídka přesahuje 30^oC (v komerčních budovách probíhá zpětné získávání tepla i při nižších teplotách vzduchu).

Nejčastěji se zpětné získávání tepla ve větracích a klimatizačních jednotkách provádí pomocí rotačních nebo křížových (šestihranných) výměníků tepla, méně často pomocí tepelných čerpadel.Rotační výměníky se používají v VZT jednotkách, kde je umožněna hromadná výměna mezi vstupním a výstupním vzduchem z VZT ​​jednotky (obvykle se jedná o veřejné budovy).Křížové a šestihranné výměníky tepla se používají ve vzduchotechnických jednotkách, kde nelze připustit hromadnou výměnu mezi čerstvým a použitým vzduchem (např. nemocnice).Reverzibilní tepelná čerpadla se používají tam, kde je pro účely vytápění vyžadována vysoká teplota přiváděného vzduchu.

Hmotnostní a energetická bilance ve výměnících tepla používaných ve vzduchotechnických jednotkách

Při výpočtu výkonu rotačního výměníku tepla pro rekuperaci tepla ve vzduchotechnických jednotkách je kromě energetické bilance vyžadována i vhodná hmotnostní bilance.Následují rovnice energetické a hmotnostní bilance pro podmínky proudění v ustáleném stavu s následujícím předpokladem.Periodické změny parametrů vyplývající z rotačního pohybu výměníku jsou zprůměrovány v celkové energetické a vlhkostní bilanci — to znamená, že periodické lokální změny teploty a vlhkosti na povrchu rotačního kola jsou nevýznamné, a proto jsou ve výpočtech vynechány.

a) Hmotnostní, koncentrační a energetická bilance pro rotační výměníky tepla: