Понимание рекуперации энергии в роторных теплообменниках

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 из отходящего тепла с высокими тепловыделяющими параметрами (выше 70^oС) и системы рекуперации и преобразования энергии из отходящего тепла с низкими тепловыми параметрами (ниже 70^oС).

Системы рекуперации тепла и преобразования энергии выше 70^oC используются в технологических процессах в энергетической, пищевой, химической и других отраслях промышленности, где выделяется большое количество отходящего тепла. Это отходящее тепло с высокими теплофизическими параметрами может быть использовано для повышения энергетической и экономической эффективности предприятий путём непосредственного нагрева воздуха в системах вентиляции или для интенсификации технологических процессов, требующих более высоких температур (например, в качестве источника тепла для тепловых насосов, используемых для пастеризации в пищевой промышленности, или для производства электроэнергии в системах, работающих по органическому циклу Ренкина или циклу Калины). Отходящее тепло с такими высокими теплофизическими параметрами может также использоваться в процессах охлаждения и кондиционирования воздуха (например, для преобразования тепловой энергии в охлаждённую воду с помощью абсорбционных или адсорбционных холодильных машин).

Системы рекуперации тепла и преобразования энергии ниже 70^oC чаще всего используются для отопления жилых зданий (например, тёплых полов с использованием тепловых насосов) или коммерческих зданий (например, в приточно-вытяжных установках для подогрева свежего или наружного воздуха путём рекуперации тепла из отработанного или отработанного воздуха). В данной статье основное внимание будет уделено применению в коммерческих зданиях.

Системы рекуперации тепла в приточно-вытяжных установках основаны на двух системах, которые, в зависимости от типа решения, принятого в установке, потребляют электроэнергию (активные системы) или нет (пассивные системы). Активные системы рекуперации тепла в приточно-вытяжных установках включают, например, системы на основе роторных теплообменников или реверсивных тепловых насосов. Пассивные системы рекуперации тепла включают в себя крестообразные и шестигранные теплообменники. Особенностью рекуперации тепла в системах вентиляции является то, что тепло рекуперируется при небольшой разнице температур между потоками воздуха с более высокой и более низкой температурой, при этом поток воздуха с более высокой температурой редко превышает 30°C.^oС (в коммерческих зданиях рекуперация тепла происходит даже при более низких температурах воздуха).

Чаще всего рекуперация тепла в системах вентиляции и кондиционирования воздуха осуществляется с помощью роторных или перекрёстноточных (гексагональных) теплообменников, реже – тепловых насосов. Роторные теплообменники используются в приточно-вытяжных установках, где допускается массообмен между приточным и вытяжным воздухом (обычно это общественные здания). Перекрёстноточные и гексагональные теплообменники используются в приточных установках, где массообмен между свежим и отработанным воздухом невозможен (например, в больницах). Реверсивные тепловые насосы используются, когда для отопления требуется высокая температура приточного воздуха.

Баланс массы и энергии в теплообменниках, используемых в воздухообрабатывающих установках

При расчёте производительности роторного теплообменника для рекуперации тепла в воздухообрабатывающих установках, помимо энергетического баланса, необходимо учитывать соответствующий баланс масс. Ниже приведены уравнения баланса энергии и массы для стационарного режима течения при следующих допущениях: периодические изменения параметров, возникающие в результате вращательного движения теплообменника, усредняются в общем балансе энергии и влажности, то есть периодические локальные изменения температуры и влажности на поверхности вращающегося колеса незначительны и поэтому не учитываются в расчётах.

а) Масса, концентрация и энергетический баланс для роторных теплообменников: