Βασικά τεχνικά στοιχεία που επηρεάζουν την ενεργειακή απόδοση

Κατανόηση της ανάκτησης ενέργειας σε περιστροφικούς εναλλάκτες θερμότητας - Βασικά τεχνικά στοιχεία που επηρεάζουν την ενεργειακή απόδοση

Τα συστήματα ανάκτησης θερμότητας μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες με βάση τις θερμικές παραμέτρους του συστήματος: Συστήματα ανάκτησης ενέργειας και μετατροπής από απορριπτόμενη θερμότητα με υψηλές θερμικές παραμέτρους (πάνω από 70^oΓ) και συστήματα ανάκτησης και μετατροπής ενέργειας από την απορριπτόμενη θερμότητα με χαμηλές θερμικές παραμέτρους (κάτω από 70^oΝΤΟ).

Συστήματα ανάκτησης θερμότητας και μετατροπής ενέργειας άνω των 70^oΤα C χρησιμοποιούνται σε τεχνολογικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στην ενέργεια, τα τρόφιμα, τις χημικές και άλλες βιομηχανίες που βασίζονται σε διεργασίες όπου απελευθερώνονται μεγάλες ποσότητες απορριπτόμενης θερμότητας.Αυτή η σπατάλη θερμότητας με υψηλές θερμικές παραμέτρους μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη βελτίωση της ενεργειακής και οικονομικής απόδοσης των επιχειρήσεων με απευθείας θέρμανση του αέρα στα συστήματα εξαερισμού ή με την ενίσχυση τεχνολογικών διεργασιών που απαιτούν υψηλότερες θερμοκρασίες (π.χ. πηγή θερμότητας για αντλίες θερμότητας που χρησιμοποιούνται για παστερίωση στη βιομηχανία τροφίμων, ή για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στα οργανικά συστήματα Rankine Cycle ή Kalina Cycle).Η απόβλητη θερμότητα με τέτοιες υψηλές θερμικές παραμέτρους μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για διαδικασίες ψύξης και κλιματισμού (π.χ. μετατροπή θερμικής ενέργειας σε κρύο νερό χρησιμοποιώντας ψύκτες απορρόφησης ή προσρόφησης).

Συστήματα ανάκτησης θερμότητας και μετατροπής ενέργειας κάτω από 70^oΤα C χρησιμοποιούνται συχνότερα για σκοπούς θέρμανσης σε κτίρια κατοικιών (π.χ. ενδοδαπέδια θέρμανση με τη χρήση αντλιών θερμότητας) ή εμπορικά κτίρια (π.χ. σε μονάδες διαχείρισης αέρα (AHU) για θέρμανση «φρέσκου» ή «εξωτερικού» αέρα με ανάκτηση θερμότητας από «μεταχειρισμένο » ή «αέρας εξαγωγής»).Αυτό το άρθρο θα επικεντρωθεί σε εφαρμογές εμπορικών κτιρίων.

Τα συστήματα ανάκτησης θερμότητας στις μονάδες διαχείρισης αέρα βασίζονται σε δύο συστήματα που, ανάλογα με το είδος της λύσης που υιοθετείται στο σχεδιασμό της μονάδας, καταναλώνουν ηλεκτρική ενέργεια (ενεργά συστήματα) ή όχι (παθητικά συστήματα).Τα ενεργά συστήματα ανάκτησης θερμότητας στις μονάδες διαχείρισης αέρα περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, συστήματα που βασίζονται σε περιστροφικούς εναλλάκτες θερμότητας ή σε αναστρέψιμες αντλίες θερμότητας.Τα παθητικά συστήματα ανάκτησης θερμότητας περιλαμβάνουν εγκάρσιους και εξαγωνικούς εναλλάκτες θερμότητας.Χαρακτηριστικό για την ανάκτηση θερμότητας στα συστήματα εξαερισμού είναι ότι η θερμότητα ανακτάται σε μικρές διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ του ρεύματος αέρα υψηλότερης θερμοκρασίας και του ρεύματος αέρα χαμηλότερης θερμοκρασίας, με τον αέρα υψηλότερης θερμοκρασίας σπάνια να υπερβαίνει τους 30^oC (σε επαγγελματικά κτίρια, η ανάκτηση θερμότητας πραγματοποιείται ακόμη και σε χαμηλότερες θερμοκρασίες αέρα).

Τις περισσότερες φορές, η ανάκτηση θερμότητας σε μονάδες εξαερισμού και κλιματισμού πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας περιστροφικούς ή διασταυρούμενης ροής (εξαγωνικούς) εναλλάκτες θερμότητας, λιγότερο συχνά χρησιμοποιώντας αντλίες θερμότητας.Οι περιστροφικοί εναλλάκτες θερμότητας χρησιμοποιούνται σε AHU όπου επιτρέπεται η ανταλλαγή μάζας μεταξύ του αέρα εισόδου και εξόδου στο AHU (αυτά είναι συνήθως δημόσια κτίρια).Οι εναλλάκτες θερμότητας εγκάρσιας ροής και εξαγωνικοί χρησιμοποιούνται σε μονάδες διαχείρισης αέρα όπου δεν επιτρέπεται η ανταλλαγή μάζας μεταξύ φρέσκου και χρησιμοποιημένου αέρα (π.χ. νοσοκομεία).Οι αναστρέψιμες αντλίες θερμότητας χρησιμοποιούνται όταν απαιτείται αέρας παροχής υψηλής θερμοκρασίας για σκοπούς θέρμανσης.

Ισοζύγιο μάζας και ενέργειας σε εναλλάκτες θερμότητας που χρησιμοποιούνται σε μονάδες διαχείρισης αέρα

Κατά τον υπολογισμό της απόδοσης του περιστροφικού εναλλάκτη θερμότητας για ανάκτηση θερμότητας σε μονάδες διαχείρισης αέρα, εκτός από το ενεργειακό ισοζύγιο, απαιτείται και κατάλληλο ισοζύγιο μάζας.Ακολουθούν εξισώσεις ισοζυγίου ενέργειας και μάζας για συνθήκες ροής σταθερής κατάστασης με την ακόλουθη υπόθεση.Οι περιοδικές μεταβολές παραμέτρων που προκύπτουν από την περιστροφική κίνηση του εναλλάκτη υπολογίζονται κατά μέσο όρο στο συνολικό ισοζύγιο ενέργειας και υγρασίας — δηλαδή, οι περιοδικές τοπικές αλλαγές στη θερμοκρασία και την υγρασία στην επιφάνεια του περιστρεφόμενου τροχού είναι ασήμαντες και επομένως παραλείπονται στους υπολογισμούς.

α) Ισοζύγιο μάζας, συγκέντρωσης και ενέργειας για περιστροφικούς εναλλάκτες θερμότητας: