Principais elementos técnicos que afetam a eficiência energética

Compreendendo a recuperação de energia em trocadores de calor rotativos - Principais elementos técnicos que afetam a eficiência energética

Os sistemas de recuperação de calor podem ser divididos em duas categorias com base nos parâmetros térmicos do sistema: Sistemas de recuperação de energia e conversão de calor residual com parâmetros térmicos elevados (acima de 70^oC) e sistemas de recuperação e conversão de energia de calor residual com parâmetros térmicos baixos (abaixo de 70^oC).

Sistemas de recuperação de calor e conversão de energia acima de 70^oC são usados ​​em processos tecnológicos que ocorrem nas indústrias de energia, alimentos, produtos químicos e outras indústrias baseadas em processos, onde grandes quantidades de calor residual são liberadas.Este calor residual com altos parâmetros térmicos pode ser usado para melhorar a eficiência energética e econômica das empresas, aquecendo diretamente o ar em sistemas de ventilação ou aumentando processos tecnológicos que requerem temperaturas mais altas (por exemplo, a fonte de calor para bombas de calor usadas para pasteurização na indústria de alimentos, ou para a produção de eletricidade nos sistemas orgânicos do Ciclo Rankine ou do Ciclo Kalina).O calor residual com tais parâmetros térmicos elevados também pode ser usado para processos de refrigeração e ar condicionado (por exemplo, conversão de energia térmica em água gelada usando resfriadores de absorção ou adsorção).

Sistemas de recuperação de calor e conversão de energia abaixo de 70^oC são mais frequentemente usados ​​para fins de aquecimento em edifícios residenciais (por exemplo, piso radiante com o uso de bombas de calor) ou edifícios comerciais (por exemplo, em unidades de tratamento de ar (AHU) para aquecimento de ar “fresco” ou “externo” recuperando calor de “usado ” ou “exaustão” do ar).Este artigo se concentrará em aplicações de edifícios comerciais.

Os sistemas de recuperação de calor em unidades de tratamento de ar são baseados em dois sistemas que, dependendo do tipo de solução adotada no projeto da unidade, consomem eletricidade (sistemas ativos) ou não (sistemas passivos).Os sistemas de recuperação ativa de calor em unidades de tratamento de ar incluem, por exemplo, sistemas baseados em trocadores de calor rotativos ou bombas de calor reversíveis.Os sistemas passivos de recuperação de calor incluem trocadores de calor cruzados e hexagonais.A característica da recuperação de calor em sistemas de ventilação é que o calor é recuperado em pequenas diferenças de temperatura entre o fluxo de ar de temperatura mais alta e o fluxo de ar de temperatura mais baixa, com o ar de temperatura mais alta raramente excedendo 30^oC (em edifícios comerciais, a recuperação de calor ocorre mesmo em temperaturas do ar mais baixas).

Na maioria das vezes, a recuperação de calor em unidades de ventilação e ar condicionado é realizada usando trocadores de calor rotativos ou de fluxo cruzado (hexagonais), menos frequentemente usando bombas de calor.Os trocadores de calor rotativos são usados ​​em AHUs onde a troca de massa entre entrada e saída de ar na AHU é permitida (geralmente são edifícios públicos).Trocadores de calor hexagonais e de fluxo cruzado são usados ​​em unidades de tratamento de ar onde a troca de massa entre ar fresco e usado não pode ser permitida (por exemplo, hospitais).As bombas de calor reversíveis são usadas quando o ar de alimentação de alta temperatura é necessário para fins de aquecimento.

Balanço de massa e energia em trocadores de calor utilizados em unidades de tratamento de ar

Ao calcular o desempenho do trocador de calor rotativo para recuperação de calor em unidades de tratamento de ar, além do balanço de energia, é necessário um balanço de massa apropriado.A seguir estão as equações de balanço de massa e energia para condições de fluxo de estado estacionário com a seguinte suposição.Mudanças periódicas de parâmetros resultantes do movimento rotacional do trocador são calculadas como média no balanço geral de energia e umidade - ou seja, mudanças locais periódicas de temperatura e umidade na superfície da roda giratória são insignificantes e, portanto, omitidas nos cálculos.

a) Massa, concentração e balanço de energia para trocadores de calor rotativos: