Ključni tehnični elementi, ki vplivajo na energetsko učinkovitost

Razumevanje rekuperacije energije v rotacijskih izmenjevalnikih toplote – ključni tehnični elementi, ki vplivajo na energetsko učinkovitost

Sisteme za rekuperacijo toplote lahko glede na toplotne parametre sistema razdelimo v dve kategoriji: sisteme za rekuperacijo energije in pretvorbo odpadne toplote z visokimi toplotnimi parametri (nad 70^oC) in sistemi za pridobivanje in pretvorbo energije iz odpadne toplote z nizkimi toplotnimi parametri (pod 70^oC).

Sistemi za rekuperacijo toplote in pretvorbo energije nad 70^oC se uporabljajo v tehnoloških procesih, ki potekajo v energetski, prehrambeni, kemični in drugih procesnih industrijah, kjer se sproščajo velike količine odpadne toplote.To odpadno toploto z visokimi toplotnimi parametri je mogoče uporabiti za izboljšanje energetske in ekonomske učinkovitosti podjetij z neposrednim segrevanjem zraka v prezračevalnih sistemih ali z nadgradnjo tehnoloških procesov, ki zahtevajo višje temperature (npr. vir toplote za toplotne črpalke za pasterizacijo v živilski industriji, itd.). ali za proizvodnjo električne energije v sistemih organskega Rankinovega cikla ali Kalina cikla).Odpadna toplota s tako povišanimi toplotnimi parametri se lahko uporablja tudi za postopke hlajenja in klimatizacije (npr. pretvarjanje toplotne energije v ohlajeno vodo z uporabo absorpcijskih ali adsorpcijskih hladilnih naprav).

Sistemi za rekuperacijo toplote in pretvorbo energije pod 70^oC se najpogosteje uporabljajo za ogrevanje v stanovanjskih stavbah (npr. talno ogrevanje z uporabo toplotnih črpalk) ali poslovnih stavbah (npr. v klimatskih napravah (AHU) za ogrevanje »svežega« ali »zunanjega« zraka z rekuperacijo toplote iz »rabljenega« « ali »izpušni« zrak).Ta članek se bo osredotočil na uporabo v komercialnih zgradbah.

Sistemi za rekuperacijo toplote v klimatskih napravah temeljijo na dveh sistemih, ki glede na vrsto rešitve, ki je bila sprejeta v konstrukciji enote, porabljata električno energijo (aktivni sistemi) ali ne (pasivni sistemi).Med sisteme aktivne rekuperacije toplote v klimatskih napravah spadajo na primer sistemi na osnovi rotacijskih izmenjevalnikov toplote ali reverzibilnih toplotnih črpalk.Pasivni sistemi za rekuperacijo toplote vključujejo križne in šesterokotne izmenjevalnike toplote.Za rekuperacijo toplote v prezračevalnih sistemih je značilno, da se toplota rekuperira pri majhnih temperaturnih razlikah med zračnim tokom z višjo temperaturo in zračnim tokom z nižjo temperaturo, pri čemer zrak z višjo temperaturo redko presega 30 °C.^oC (v poslovnih objektih pride do vračanja toplote tudi pri nižjih temperaturah zraka).

Najpogosteje se rekuperacija toplote v prezračevalnih in klimatskih napravah izvaja z rotacijskimi ali prečnimi (heksagonalnimi) toplotnimi izmenjevalniki, redkeje s toplotnimi črpalkami.Rotacijski izmenjevalniki toplote se uporabljajo v AHU, kjer je dovoljena izmenjava mase med vstopnim in izstopnim zrakom v AHU (to so običajno javne zgradbe).Prečni in heksagonalni izmenjevalniki toplote se uporabljajo v klimatskih napravah, kjer ni možna izmenjava mase med svežim in uporabljenim zrakom (npr. bolnišnice).Reverzibilne toplotne črpalke se uporabljajo, kadar je za ogrevanje potrebna visoka temperatura dovodnega zraka.

Masna in energijska bilanca v toplotnih izmenjevalnikih, ki se uporabljajo v klimatskih napravah

Pri izračunu zmogljivosti rotacijskega toplotnega izmenjevalnika za rekuperacijo toplote v klimatskih napravah je poleg energetske bilance potrebna ustrezna masna bilanca.Sledijo enačbe energijske in masne bilance za pogoje ustaljenega toka z naslednjo predpostavko.Periodične spremembe parametrov, ki so posledica rotacijskega gibanja izmenjevalca, so povprečne v celotni bilanci energije in vlage — to pomeni, da so periodične lokalne spremembe temperature in vlažnosti na površini vrtljivega kolesa nepomembne in zato izpuščene v izračunih.

a) Masna, koncentracijska in energijska bilanca za rotacijske izmenjevalnike toplote: