Ključni tehnički elementi koji utječu na energetsku učinkovitost

Razumijevanje povrata energije u rotacijskim izmjenjivačima topline - ključni tehnički elementi koji utječu na energetsku učinkovitost

Sustavi za povrat topline mogu se podijeliti u dvije kategorije na temelju toplinskih parametara sustava: Sustavi za povrat energije i pretvorbu iz otpadne topline s visokim toplinskim parametrima (iznad 70^oC) i sustavi za povrat i pretvorbu energije iz otpadne topline s niskim toplinskim parametrima (ispod 70^oC).

Sustavi povrata topline i pretvorbe energije iznad 70^oC se koriste u tehnološkim procesima koji se odvijaju u energetskoj, prehrambenoj, kemijskoj i drugim industrijama baziranim na procesima gdje se oslobađaju velike količine otpadne topline.Ova otpadna toplina s visokim toplinskim parametrima može se koristiti za poboljšanje energetske i ekonomske učinkovitosti poduzeća izravnim zagrijavanjem zraka u ventilacijskim sustavima ili povećanjem tehnoloških procesa koji zahtijevaju više temperature (npr. izvor topline za toplinske pumpe koje se koriste za pasterizaciju u prehrambenoj industriji, ili za proizvodnju električne energije u sustavima organskog Rankineovog ciklusa ili Kalina ciklusa).Otpadna toplina s tako povišenim toplinskim parametrima također se može koristiti za procese hlađenja i klimatizacije (npr. pretvaranje toplinske energije u ohlađenu vodu pomoću apsorpcijskih ili adsorpcijskih rashladnih uređaja).

Sustavi povrata topline i pretvorbe energije ispod 70^oC se najčešće koriste za grijanje u stambenim zgradama (npr. podno grijanje uz korištenje dizalica topline) ili poslovnim zgradama (npr. u klima komorama (AHU) za zagrijavanje „svježeg“ ili „vanjskog“ zraka povratom topline iz „iskorištenog“ ” ili “ispušni” zrak).Ovaj će se članak usredotočiti na primjene u komercijalnim zgradama.

Sustavi povrata topline u klima komorama temelje se na dva sustava koji, ovisno o tipu rješenja usvojenom u konstrukciji uređaja, troše ili ne troše električnu energiju (aktivni sustavi) (pasivni sustavi).Aktivni sustavi povrata topline u klima komorama uključuju, na primjer, sustave temeljene na rotacijskim izmjenjivačima topline ili reverzibilnim dizalicama topline.Pasivni sustavi povrata topline uključuju križne i šesterokutne izmjenjivače topline.Karakteristično za povrat topline u ventilacijskim sustavima je da se toplina vraća pri malim temperaturnim razlikama između struje zraka više temperature i struje zraka niže temperature, pri čemu zrak više temperature rijetko prelazi 30^oC (u poslovnim zgradama povrat topline se odvija i pri nižim temperaturama zraka).

Najčešće se rekuperacija topline u ventilacijskim i klimatizacijskim uređajima provodi rotacijskim ili križnostrujnim (heksagonalnim) izmjenjivačima topline, rjeđe toplinskim pumpama.Rotacijski izmjenjivači topline koriste se u AHU-ima gdje je dozvoljena izmjena mase između ulaznog i izlaznog zraka u AHU-u (obično su to javne zgrade).Križni i heksagonalni izmjenjivači topline koriste se u klima komorama gdje nije dopuštena izmjena mase između svježeg i iskorištenog zraka (npr. bolnice).Reverzibilne dizalice topline koriste se kada je za grijanje potrebna visoka temperatura dovodnog zraka.

Bilanca mase i energije u izmjenjivačima topline u klima komorama

Pri proračunu učinka rotacijskog izmjenjivača topline za povrat topline u klima komorama, osim energetske bilance, potrebna je i odgovarajuća bilanca mase.Slijede jednadžbe ravnoteže energije i mase za stacionarne uvjete protoka sa sljedećom pretpostavkom.Periodične promjene parametara koje proizlaze iz rotacijskog kretanja izmjenjivača su prosječne u ukupnoj ravnoteži energije i vlage — to jest, periodične lokalne promjene temperature i vlažnosti na površini rotirajućeg kotača su beznačajne i stoga izostavljene u izračunima.

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