Elementi tecnici chiave che influenzano l'efficienza energetica

Comprensione del recupero energetico negli scambiatori di calore rotativi: elementi tecnici chiave che incidono sull'efficienza energetica

I sistemi di recupero del calore possono essere suddivisi in due categorie in base ai parametri termici dell'impianto: Sistemi di recupero e conversione dell'energia da calore residuo con parametri termici elevati (superiori a 70^oC) e sistemi di recupero e conversione energetica da calore di scarto con bassi parametri termici (inferiori a 70^oC).

Recupero di calore e sistemi di conversione dell'energia superiori a 70^oC sono utilizzati nei processi tecnologici che hanno luogo nell'industria energetica, alimentare, chimica e di altri processi in cui vengono rilasciate grandi quantità di calore di scarto.Questo calore di scarto con parametri termici elevati può essere utilizzato per migliorare l'efficienza energetica ed economica delle imprese riscaldando direttamente l'aria nei sistemi di ventilazione o aumentando i processi tecnologici che richiedono temperature più elevate (ad esempio la fonte di calore per le pompe di calore utilizzate per la pastorizzazione nell'industria alimentare, o per la produzione di energia elettrica nei sistemi organici Rankine Cycle o Kalina Cycle).Il calore di scarto con parametri termici così elevati può essere utilizzato anche per processi di refrigerazione e condizionamento (ad es. conversione dell'energia termica in acqua refrigerata mediante refrigeratori ad assorbimento o ad adsorbimento).

Recupero di calore e sistemi di conversione dell'energia inferiori a 70^oC sono più spesso utilizzati per il riscaldamento di edifici residenziali (es. riscaldamento a pavimento con l'utilizzo di pompe di calore) o edifici commerciali (es. unità di trattamento dell'aria (UTA) per riscaldare l'aria “fresca” o “esterna” recuperando calore dall'aria “esperta” ” o aria di “scarico”).Questo articolo si concentrerà sulle applicazioni di edifici commerciali.

I sistemi di recupero calore nelle unità trattamento aria si basano su due sistemi che, a seconda del tipo di soluzione adottata nella progettazione dell'unità, consumano energia elettrica (sistemi attivi) o meno (sistemi passivi).I sistemi attivi di recupero del calore nelle unità di trattamento dell'aria includono, ad esempio, sistemi basati su scambiatori di calore rotativi o pompe di calore reversibili.I sistemi di recupero di calore passivo includono scambiatori di calore incrociati ed esagonali.La caratteristica del recupero di calore nei sistemi di ventilazione è che il calore viene recuperato a piccole differenze di temperatura tra il flusso d'aria a temperatura più alta e il flusso d'aria a temperatura più bassa, con l'aria a temperatura più alta raramente superiore a 30^oC (negli edifici commerciali il recupero di calore avviene anche a temperature dell'aria inferiori).

Molto spesso, il recupero del calore nelle unità di ventilazione e condizionamento dell'aria viene effettuato utilizzando scambiatori di calore rotativi oa flusso incrociato (esagonali), meno spesso utilizzando pompe di calore.Gli scambiatori di calore rotativi sono utilizzati nelle UTA in cui è consentito lo scambio di massa tra l'aria in entrata e in uscita nell'UTA (di solito si tratta di edifici pubblici).Gli scambiatori di calore a flussi incrociati ed esagonali sono utilizzati nelle unità di trattamento dell'aria dove non è consentito lo scambio di massa tra aria fresca e aria viziata (es. ospedali).Le pompe di calore reversibili vengono utilizzate quando è richiesta aria di mandata ad alta temperatura per il riscaldamento.

Bilancio di massa ed energia negli scambiatori di calore utilizzati nelle unità di trattamento dell'aria

Nel calcolo delle prestazioni dello scambiatore di calore rotativo per il recupero del calore nelle unità di trattamento dell'aria, oltre al bilancio energetico, è necessario un bilancio di massa appropriato.Le seguenti sono equazioni di bilancio di energia e massa per condizioni di flusso stazionario con la seguente ipotesi.Le modifiche periodiche dei parametri risultanti dal movimento rotatorio dello scambiatore vengono calcolate in media nel bilancio complessivo di energia e umidità, ovvero le variazioni locali periodiche di temperatura e umidità sulla superficie della ruota rotante sono insignificanti e quindi omesse nei calcoli.

a) Bilancio di massa, concentrazione e energia per gli scambiatori di calore rotativi: