Kľúčové technické prvky, ktoré ovplyvňujú energetickú účinnosť

Pochopenie rekuperácie energie v rotačných výmenníkoch tepla – kľúčové technické prvky, ktoré ovplyvňujú energetickú účinnosť

Systémy rekuperácie tepla možno na základe tepelných parametrov systému rozdeliť do dvoch kategórií: Systémy na rekuperáciu energie a premenu z odpadového tepla s vysokými tepelnými parametrami (nad 70^oC) a systémy na energetické zhodnocovanie a premenu odpadového tepla s nízkymi tepelnými parametrami (pod 70^oC).

Systémy rekuperácie tepla a premeny energie nad 70^oC sa používajú v technologických procesoch, ktoré prebiehajú v energetickom, potravinárskom, chemickom a inom procesnom priemysle, kde sa uvoľňuje veľké množstvo odpadového tepla.Toto odpadové teplo s vysokými tepelnými parametrami je možné využiť na zlepšenie energetickej a ekonomickej efektívnosti podnikov priamym ohrevom vzduchu vo vzduchotechnických systémoch alebo rozšírením technologických procesov vyžadujúcich vyššie teploty (napr. zdroj tepla pre tepelné čerpadlá používané na pasterizáciu v potravinárskom priemysle, alebo na výrobu elektriny v organických systémoch Rankinov cyklus alebo Kalinov cyklus).Odpadové teplo s takto zvýšenými tepelnými parametrami je možné využiť aj pre chladiace a klimatizačné procesy (napr. premena tepelnej energie na chladenú vodu pomocou absorpčných alebo adsorpčných chladičov).

Systémy rekuperácie tepla a premeny energie pod 70^oC sa najčastejšie používajú na účely vykurovania v obytných budovách (napr. podlahové vykurovanie s využitím tepelných čerpadiel) alebo komerčných budovách (napr. vo vzduchotechnických jednotkách (AHU) na ohrev „čerstvého“ alebo „vonkajšieho“ vzduchu rekuperáciou tepla z „použitého “ alebo „výfukový“ vzduch).Tento článok sa zameria na komerčné stavebné aplikácie.

Systémy rekuperácie tepla vo vzduchotechnických jednotkách sú založené na dvoch systémoch, ktoré v závislosti od typu riešenia použitého v konštrukcii jednotky spotrebúvajú elektrickú energiu (aktívne systémy) alebo nie (pasívne systémy).Medzi aktívne systémy rekuperácie tepla vo vzduchotechnických jednotkách patria napríklad systémy na báze rotačných výmenníkov tepla alebo reverzibilných tepelných čerpadiel.Pasívne systémy rekuperácie tepla zahŕňajú krížové a šesťhranné výmenníky tepla.Pre rekuperáciu tepla vo ventilačných systémoch je charakteristické, že teplo sa rekuperuje pri malých teplotných rozdieloch medzi prúdom vzduchu s vyššou teplotou a prúdom vzduchu s nižšou teplotou, pričom vzduch s vyššou teplotou zriedka prekračuje 30^oC (v komerčných budovách prebieha rekuperácia tepla aj pri nižších teplotách vzduchu).

Rekuperácia tepla vo vetracích a klimatizačných jednotkách sa najčastejšie realizuje pomocou rotačných alebo krížových (šesťhranných) výmenníkov tepla, menej často pomocou tepelných čerpadiel.Rotačné výmenníky tepla sa používajú v VZT jednotkách, kde je povolená výmena hmoty medzi vstupným a výstupným vzduchom z VZT ​​jednotky (zvyčajne ide o verejné budovy).Krížové a šesťhranné výmenníky tepla sa používajú vo vzduchotechnických jednotkách, kde nie je povolená hromadná výmena medzi čerstvým a použitým vzduchom (napr. nemocnice).Reverzibilné tepelné čerpadlá sa používajú vtedy, keď je na účely vykurovania potrebná vysoká teplota privádzaného vzduchu.

Hmotnostná a energetická bilancia vo výmenníkoch tepla používaných vo vzduchotechnických jednotkách

Pri výpočte výkonu rotačného výmenníka tepla na rekuperáciu tepla vo vzduchotechnických jednotkách je okrem energetickej bilancie potrebná aj primeraná hmotnostná bilancia.Nasledujú rovnice energetickej a hmotnostnej bilancie pre podmienky toku v ustálenom stave s nasledujúcim predpokladom.Periodické zmeny parametrov vyplývajúce z rotačného pohybu výmenníka sú spriemerované v celkovej energetickej a vlhkostnej bilancii — to znamená, že periodické lokálne zmeny teploty a vlhkosti na povrchu rotujúceho kolesa sú nevýznamné, a preto sú vo výpočtoch vynechané.

a) Hmotnostná, koncentračná a energetická bilancia pre rotačné výmenníky tepla: