Ключевые технические элементы, влияющие на энергоэффективность

Понимание рекуперации энергии в роторных теплообменниках – ключевые технические элементы, влияющие на энергоэффективность

Системы рекуперации тепла можно разделить на две категории в зависимости от тепловых параметров системы: Системы рекуперации и преобразования энергии отходящего тепла с высокими тепловыми параметрами (выше 70^oв) и системы рекуперации и преобразования энергии отходящего тепла с низкими тепловыми параметрами (ниже 70^oС).

Системы рекуперации тепла и преобразования энергии свыше 70^oC используются в технологических процессах, протекающих в энергетике, пищевой, химической и других перерабатывающих отраслях промышленности, где выделяется большое количество сбросного тепла.Это отработанное тепло с высокими тепловыми параметрами может быть использовано для повышения энергетической и экономической эффективности предприятий за счет прямого нагрева воздуха в вентиляционных системах или за счет интенсификации технологических процессов, требующих более высоких температур (например, источник тепла для тепловых насосов, используемых для пастеризации в пищевой промышленности, или для производства электроэнергии в системах с органическим циклом Ренкина или циклом Калины).Отработанное тепло с такими повышенными тепловыми параметрами также можно использовать для процессов охлаждения и кондиционирования воздуха (например, для преобразования тепловой энергии в охлажденную воду с помощью абсорбционных или адсорбционных охладителей).

Системы рекуперации тепла и преобразования энергии ниже 70^oC чаще всего используются для отопления в жилых домах (например, полы с подогревом с использованием тепловых насосов) или коммерческих зданиях (например, в вентиляционных установках (AHU) для нагрева «свежего» или «наружного» воздуха путем рекуперации тепла из «использованного» или «вытяжной» воздух).В этой статье основное внимание будет уделено коммерческому строительству.

Системы рекуперации тепла в приточно-вытяжных установках основаны на двух системах, которые в зависимости от типа решения, принятого в конструкции установки, потребляют электроэнергию (активные системы) или не потребляют (пассивные системы).К активным системам рекуперации тепла в приточно-вытяжных установках относятся, например, системы на основе роторных теплообменников или реверсивных тепловых насосов.К пассивным системам рекуперации тепла относятся крестообразные и шестигранные теплообменники.Характерным для рекуперации тепла в вентиляционных системах является то, что рекуперация тепла происходит при небольших перепадах температур между более высокотемпературным воздушным потоком и более низкотемпературным воздушным потоком, при этом более высокотемпературный воздух редко превышает 30^oC (в коммерческих зданиях рекуперация тепла происходит даже при более низких температурах воздуха).

Чаще всего рекуперация тепла в установках вентиляции и кондиционирования осуществляется с помощью роторных или перекрестноточных (гексагональных) теплообменников, реже с помощью тепловых насосов.Ротационные теплообменники применяются в приточно-вытяжных установках, где допускается массообмен между входящим и выходящим воздухом в приточно-вытяжной установке (как правило, это общественные здания).Перекрестноточные и шестигранные теплообменники используются в вентиляционных установках, где недопустим массообмен между свежим и отработанным воздухом (например, в больницах).Реверсивные тепловые насосы используются, когда для отопления требуется приточный воздух высокой температуры.

Массовый и энергетический баланс в теплообменниках, используемых в приточно-вытяжных установках.

При расчете производительности роторного теплообменника для рекуперации тепла в вентиляционных установках помимо энергетического баланса требуется соответствующий массовый баланс.Ниже приведены уравнения баланса энергии и массы для стационарных условий течения со следующим допущением.Периодические изменения параметров, возникающие в результате вращательного движения теплообменника, усредняются в общем балансе энергии и влаги, т. е. периодические локальные изменения температуры и влажности на поверхности вращающегося колеса незначительны и поэтому в расчетах не учитываются.

а) Массовый, концентрационный и энергетический баланс для роторных теплообменников: