Într-un sistem de aer condiționat, căldura aerului evacuat din incintă poate fi utilizată în două moduri:
· Aplicarea schemelor cu recirculare a aerului;
· Instalarea schimbatoare de caldura.
Această din urmă metodă, de regulă, este utilizată în circuitele cu flux direct ale sistemelor de aer condiționat. Cu toate acestea, utilizarea unităților de recuperare a căldurii nu este exclusă în schemele cu recirculare a aerului.
Sistemele moderne de ventilație și aer condiționat utilizează o mare varietate de echipamente: încălzitoare, umidificatoare, tipuri diferite filtre, grile reglabile si multe altele. Toate acestea sunt necesare pentru a atinge parametrii de aer necesari, pentru a menține sau a crea conditii confortabile pentru lucru la interior. Este nevoie de multă energie pentru întreținerea tuturor acestor echipamente. Schimbatoarele de caldura sunt o solutie eficienta pentru economisirea energiei in sistemele de ventilatie. Principiul de bază al funcționării lor este încălzirea fluxului de aer furnizat încăperii, folosind căldura fluxului scos din încăpere. Când se utilizează un schimbător de căldură, este necesară mai puțină putere pentru încălzirea aerului de alimentare, reducând astfel cantitatea de energie necesară pentru funcționarea acestuia.
Recuperarea căldurii în clădirile cu aer condiționat se poate face prin recuperarea căldurii din emisiile de ventilație. Recuperarea căldurii reziduale pentru încălzirea aerului proaspăt (sau răcirea aerului proaspăt care intră cu aer rezidual după sistemul de aer condiționat vara) este cea mai simplă formă reciclare. În acest caz, pot fi remarcate patru tipuri de sisteme de eliminare, care au fost deja menționate: regeneratoare rotative; schimbătoare de căldură cu un lichid de răcire intermediar; schimbătoare de căldură cu aer simple; schimbătoare de căldură tubulare. Un schimbător de căldură rotativ într-un sistem de aer condiționat poate crește temperatura aerului de alimentare cu 15°C iarna și poate reduce temperatura aerului de alimentare cu 4-8°C vara (6.3). Ca și în cazul altor sisteme de recuperare, cu excepția schimbătorului de căldură intermediar, schimbătorul de căldură rotativ poate funcționa numai dacă conductele de evacuare și de aspirație sunt adiacente una de cealaltă la un punct în sistem.
Un schimbător de căldură intermediar este mai puțin eficient decât un schimbător de căldură rotativ. În sistemul prezentat, apa circulă prin două serpentine de schimb de căldură și, deoarece se folosește o pompă, cele două serpentine pot fi amplasate la o oarecare distanță unul de celălalt. Atât acest schimbător de căldură, cât și regeneratorul rotativ au piese mobile (pompa și motorul electric sunt antrenate și aceasta este diferită de schimbătoarele de căldură cu aer și tuburi. Unul dintre dezavantajele regeneratorului este că se poate produce murdărie în canale. Murdăria poate fi depus pe roată, care apoi îl transferă în canalul de aspirație. Cele mai multe roți sunt acum echipate cu scavenging, ceea ce reduce transferul de contaminanți la minimum.
Un simplu schimbător de căldură cu aer este un dispozitiv staționar pentru schimbul de căldură între fluxurile de aer de evacuare și de intrare, trecând prin el în contracurent. Acest schimbător de căldură seamănă cu o cutie dreptunghiulară din oțel cu capete deschise, împărțită în multe canale înguste, cum ar fi camere. Aerul evacuat și proaspăt curg prin canale alternative, iar căldura este transferată de la un curent de aer la altul pur și simplu prin pereții canalelor. Nu există transfer de contaminanți în schimbătorul de căldură și, deoarece o suprafață semnificativă este închisă într-un spațiu compact, se obține o eficiență relativ ridicată. Un schimbător de căldură cu conducte de căldură poate fi considerat ca dezvoltare logica proiectarea schimbătorului de căldură descris mai sus, în care cele două fluxuri de aer în camere rămân absolut separate, conectate printr-un mănunchi de conducte de căldură cu aripioare care transferă căldura de la un canal la altul. Deși peretele conductei poate fi considerat o rezistență termică suplimentară, eficiența transferului de căldură în interiorul conductei în sine, în care are loc ciclul de evaporare-condensare, este atât de mare încât până la 70% din căldura reziduală poate fi recuperată în aceste schimbătoare de căldură. . Unul dintre principalele avantaje ale acestor schimbătoare de căldură în comparație cu schimbătorul de căldură intermediar și regeneratorul rotativ este fiabilitatea lor. Defectarea mai multor conducte va reduce doar puțin eficiența schimbătorului de căldură, dar nu va opri complet sistemul de eliminare.
Cu toată varietatea de soluții de proiectare pentru dispozitivele de recuperare a căldurii a resurselor de energie secundară, fiecare dintre ele are următoarele elemente:
· Mediu sursă energie termală;
· Mediul este un consumator de energie termică;
· Heat receiver - un schimbător de căldură care primește căldură de la o sursă;
Schimbătorul de căldură este un schimbător de căldură care transmite energie termală consumator;
· O substanță de lucru care transportă energia termică de la o sursă la un consumator.
În schimbătoarele de căldură regenerative și aer-aer (aer-lichid), mediile de schimb de căldură în sine sunt substanța de lucru.
Exemple de aplicații.
1. Încălzirea aerului în sistemele de încălzire cu aer.
Aerotermele sunt concepute pentru încălzirea rapidă a aerului cu ajutorul unui lichid de răcire cu apă și distribuția uniformă a acestuia cu ajutorul unui ventilator și jaluzelele de ghidare. aceasta buna decizie pentru magazinele de construcții și producție, unde este necesară încălzirea rapidă și menținerea unei temperaturi confortabile numai în timpul de lucru(în același timp, de regulă, funcționează și cuptoarele).
2. Încălzirea apei în sistemul de alimentare cu apă caldă.
Utilizarea unităților de recuperare a căldurii vă permite să neteziți vârfurile consumului de energie, deoarece consumul maxim de apă are loc la începutul și la sfârșitul schimbului.
3. Încălzirea apei în sistemul de încălzire.
sistem închis
Lichidul de răcire circulă într-o buclă închisă. Astfel, nu există riscul de contaminare.
sistem deschis. Lichidul de răcire este încălzit cu gaz fierbinte și apoi degajă căldură consumatorului.
4. Încălzirea aerului de explozie pentru ardere. Vă permite să reduceți consumul de combustibil cu 10%-15%.
S-a calculat că principala rezervă pentru economisirea combustibilului în timpul funcționării arzătoarelor pentru cazane, cuptoare și uscătoare este utilizarea căldurii gazelor de eșapament prin încălzirea combustibilului ars cu aer. Recuperarea căldurii gazelor de ardere are mare importanțăîn procese tehnologice, deoarece căldura returnată în cuptor sau cazan sub formă de aer de explozie încălzit reduce consumul de combustibil gaz natural până la 30%.
5. Încălzirea combustibilului care merge la ardere folosind schimbătoare de căldură „lichid-lichid”. (Exemplu - încălzirea păcurului la 100˚–120˚ С.)
6. Încălzirea fluidului de proces utilizând schimbătoare de căldură „lichid-lichid”. (Exemplu - încălzirea unei soluții galvanice.)
Astfel, schimbătorul de căldură este:
Rezolvarea problemei eficienței energetice a producției;
Normalizare situația de mediu;
Disponibilitatea unor condiții confortabile în producția dumneavoastră - căldură, apă caldă în spațiile administrative și de agrement;
Reducerea costurilor cu energia.
Poza 1.
Structura consumului de energie și a potențialului de economisire a energiei în clădirile rezidențiale: 1 – pierderi de căldură prin transport; 2 - consumul de căldură pentru ventilație; 3 - consumul de căldură pentru alimentarea cu apă caldă; 4- economisirea energiei
Lista literaturii folosite.
1. Karadzhi V. G., Moskovko Yu. G. Unele caracteristici utilizare eficientă echipamente de ventilație și încălzire. Ghid - M., 2004
2. Eremkin A.I., Byzeev V.V. Economia aprovizionării cu energie în sistemele de încălzire, ventilație și aer condiționat. Editura Asociației Universităților de Construcții M., 2008.
3. Skanavi A. V., Makhov. L. M. Încălzire. Editura DIA M., 2008
2006-02-08Nevoia de economisire a energiei în proiectarea, construcția și exploatarea clădirilor cu orice scop este dincolo de orice îndoială și este asociată în primul rând cu epuizarea rezervelor de combustibili fosili și, ca urmare, cu creșterea continuă a prețului acestora. Atentie specialaîn același timp, este necesar să se acorde atenție reducerii costurilor de căldură în special pentru sistemele de ventilație și aer condiționat, deoarece ponderea acestor costuri în bilanțul energetic global poate fi chiar mai mare decât pierderile de căldură prin transport, în primul rând în clădirile publice și industriale și după mărirea protecţiei termice a gardurilor exterioare.
Una dintre cele mai promițătoare, cu costuri reduse și cu rambursare rapidă a măsurilor de economisire a energiei în sistemele de ventilație mecanică și aer condiționat este utilizarea căldurii aerului evacuat pentru încălzirea parțială a fluxului de intrare în perioada rece al anului. Pentru implementarea recuperării căldurii, sunt utilizate dispozitive de diferite modele, inclusiv. schimbătoare de căldură recuperatoare cu flux încrucișat cu plăci și regeneratoare cu rotor rotativ, precum și dispozitive cu așa-numitele conducte de căldură (termosifoane).
Cu toate acestea, se poate demonstra că, în condițiile nivelului prețului pentru echipamentele de ventilație predominant în Federația Rusă și, în principal, din cauza absenței practice a producției interne a tipurilor de dispozitive enumerate, din punct de vedere tehnic și economic al vedere, este recomandabil să luați în considerare recuperarea căldurii numai pe baza dispozitivelor cu un lichid de răcire intermediar. Acest design este cunoscut pentru o serie de avantaje.
În primul rând, pentru implementarea sa se utilizează echipamente de serie, deoarece aici unitatea de alimentare este completată numai cu un schimbător de căldură, iar unitatea de evacuare este completată cu un schimbător de căldură, care sunt similare structural cu încălzitoarele și răcitoarele convenționale. Acest lucru este deosebit de semnificativ, deoarece în Federația Rusă există o serie de întreprinderi care își desfășoară propria producție a produselor în cauză, inclusiv. asemenea mari precum Veza LLC.
În plus, acest tip de echipament de recuperare a căldurii este foarte compact, iar conectarea unităților de alimentare și evacuare numai printr-un circuit de circulație cu un purtător de căldură intermediar vă permite să alegeți un loc pentru amplasarea lor aproape independent unul de celălalt. Ca lichid de răcire, se folosesc de obicei lichide cu îngheț scăzut, cum ar fi antigelul, iar volumul mic al circuitului de circulație face posibilă neglijarea costului antigelului, iar etanșeitatea circuitului și nevolatilitatea antigelului fac întrebarea: toxicitatea sa secundară.
În cele din urmă, absența contactului direct între fluxurile de aer furnizat și evacuat nu impune restricții asupra curățeniei extractului, ceea ce extinde practic nelimitat grupul de clădiri și spații în care poate fi utilizată recuperarea căldurii. Ca dezavantaj, acestea indică de obicei o eficiență a temperaturii nu prea ridicată, care nu depășește 50-55%.
Dar acesta este exact cazul când chestiunea oportunității utilizării recuperării căldurii ar trebui să fie decisă printr-un calcul tehnic și economic, despre care vom discuta mai târziu în articolul nostru. Se poate demonstra că perioada de rambursare a costurilor suplimentare de capital pentru un dispozitiv de recuperare a căldurii cu un lichid de răcire intermediar nu depășește trei până la patru ani.
Acest lucru este semnificativ mai ales într-o economie de piață instabilă, cu un nivel în schimbare semnificativ al prețurilor pentru echipamente și tarife pentru resursele energetice, care nu permite utilizarea soluțiilor de inginerie cu capital intensiv. Cu toate acestea, întrebarea cu privire la eficiența temperaturii cea mai fezabilă din punct de vedere economic a unui astfel de echipament de recuperare a căldurii k eff rămâne deschisă, adică. ponderea căldurii cheltuite pentru încălzirea aerului de alimentare în detrimentul căldurii aerului evacuat în raport cu sarcina termică totală. Valorile utilizate în mod obișnuit pentru acest parametru sunt între 0,4 și 0,5. Acum vom arăta pe ce bază sunt luate aceste valori.
Această problemă va fi luată în considerare pe exemplul unei unități de ventilație de alimentare și evacuare cu o capacitate de 10.000 m 3 / h, folosind echipamentul Veza LLC. Aceasta sarcina este una de optimizare, deoarece se rezumă la identificarea valorii lui k eff, care asigură un minim din costurile totale reduse ale SDZ pentru instalarea și funcționarea echipamentelor de ventilație.
Calculul trebuie efectuat sub rezerva utilizării fondurilor împrumutate pentru construcția unităților de ventilație și aducerea SDZ la sfârșitul intervalului de timp considerat T conform următoarei formule:
unde K - costurile totale de capital, frec; E — costuri totale anuale de exploatare, rub/an; p este rata de actualizare, %. În calcule, acesta poate fi considerat egal cu rata de refinanțare a Băncii Centrale a Federației Ruse. Din 15 ianuarie 2004, această valoare este egală cu 14% pe an. În acest caz, este posibil să se studieze problema în mod suficient în întregime mijloace relativ elementare, deoarece toate componentele costurilor sunt ușor de luate în considerare și destul de simplu calculate.
Pentru prima dată soluția acestei probleme a fost publicată de autor în lucrarea pentru nivelul prețurilor și tarifelor în vigoare la acea vreme. Cu toate acestea, după cum va fi ușor de observat, atunci când sunt recalculate pentru date ulterioare, principalele concluzii rămân valabile. În același timp, vom arăta cum ar trebui efectuat calculul tehnic și economic în sine dacă este necesar să alegeți cea mai bună opțiune soluție de inginerie, deoarece toate celelalte sarcini vor diferi doar în definirea valorii lui K.
Dar acest lucru se face cu ușurință conform cataloagelor și listelor de prețuri ale producătorilor echipamentelor corespunzătoare. În exemplul nostru, costurile de capital au fost determinate în funcție de datele companiei Veza, pe baza performanței și a setului acceptat de secțiuni ale unităților de alimentare și evacuare: panou frontal cu un amortizor vertical, filtru celular clasa G3, unitate ventilator; În plus, în unitate de tratare a aerului de asemenea, în plus, un încălzitor de aer al sistemului de recuperare a căldurii și un încălzitor de reîncălzire cu alimentare de căldură din rețeaua de încălzire și în răcitorul de aer evacuat al sistemului de recuperare a căldurii, precum și o pompă de circulație. O diagramă a unei astfel de instalații este prezentată în Fig. 1. Cheltuielile pentru instalarea si reglarea unitatilor de ventilatie au fost luate in valoare de 50% din investitiile principale de capital.
Costurile pentru echipamentul de recuperare a căldurii și încălzitorul de reîncălzire au fost calculate pe baza rezultatelor calculelor pe un computer folosind programele companiei Veza, în funcție de eficiența schimbătorului de căldură. În același timp, cu o creștere a eficienței, valoarea lui K crește, deoarece numărul de rânduri de tuburi de schimbătoare de căldură ale sistemului de utilizare crește mai repede (pentru k eff = 0,52 - până la 12 în fiecare instalație), decât numărul de rânduri ale încălzitorului de reîncălzire scade (de la 3 la 1 în aceleași condiții).
Costurile de exploatare sunt alcătuite din costurile anuale pentru căldură și, respectiv, electricitate și amortizare. La calcularea acestora, durata de funcționare a instalației în timpul zilei în calcule a fost presupusă a fi de 12 ore, temperatura aerului din spatele încălzitorului de aer de reîncălzire a fost de +18°C, iar după schimbătorul de căldură, în funcție de k eff prin temperatura exterioară medie pentru perioada de încălzire și temperatura aerului evacuat.
Acesta din urmă este egal cu +24,7°C în mod implicit (program de selecție a unităților de recuperare a căldurii de către Veza LLC). Tariful pentru energia termică a fost luat conform datelor OAO Mosenergo pentru mijlocul anului 2004 în valoare de 325 de ruble/Gcal (pentru consumatorii bugetari). Evident, cu o creștere a k eff, costul energiei termice scade, ceea ce, în general, este scopul recuperării căldurii.
Costurile de energie sunt calculate în funcție de puterea electrică necesară pentru unitatea de acţionare pompă de circulație sisteme de recuperare a căldurii și ventilatoare ale unităților de alimentare și evacuare. Această putere se determină pe baza pierderii de presiune în circuitul de circulație, a densității și debitului agentului termic intermediar, precum și a rezistenței aerodinamice a instalațiilor și rețelelor de ventilație. Toate valorile de mai sus, cu excepția densității lichidului de răcire, presupusă a fi 1200 kg/m 3 , sunt calculate conform programelor de selecție pentru echipamentele de recuperare a căldurii și ventilație ale Veza LLC. În plus, eficiența pompelor și ventilatoarelor aplicate participă și la expresiile pentru putere.
Calculele au folosit valori medii: 0,35 pentru pompe GRUNDFOS cu rotor umedși 0,7 pentru ventilatoarele de tip RDH. Tariful pentru energia electrică a fost luat în considerare conform datelor OAO Mosenergo de la mijlocul anului 2004 în valoare de 1,17 ruble/(kWh). Odată cu creșterea k eff, nivelul costurilor cu energia electrică crește, deoarece, odată cu creșterea numărului de rânduri de schimbătoare de căldură de utilizare, crește rezistența acestora la fluxul de aer, precum și pierderile de presiune în circuitul de circulație al purtătorului intermediar de căldură.
Cu toate acestea, în general, această componentă a costurilor este semnificativ mai mică decât costul energiei termice. Deduceri de amortizare cresc de asemenea cu creșterea k eff în măsura în care aceasta crește costurile de capital. Calculul acestor deduceri se efectuează pe baza prevederii costurilor pt recuperare totală, revizii si reparatii curente ale utilajelor, tinand cont de durata de viata estimata a utilajului TAM, luata in calcule egala cu 15 ani.
În general, însă, costurile totale de exploatare scad odată cu creșterea eficienței utilizării. Prin urmare, existența unui minim de SDZ este posibilă la unul sau altul nivel de k eff și o valoare fixă a lui T. Rezultatele calculelor corespunzătoare sunt prezentate în Fig. 2. Pe grafice, se poate observa cu ușurință că minimul de pe curba SDZ apare pentru aproape orice orizont de calcul, care, conform sensului problemei, este egal cu perioada de rambursare necesară.
Aceasta înseamnă că, la prețurile existente pentru echipamente și tarifele pentru resursele energetice, orice, chiar și cea mai mică investiție în recuperarea căldurii, se plătește și destul de repede. Prin urmare, utilizarea căldurii cu un purtător de căldură intermediar este aproape întotdeauna justificată. Odată cu o creștere a perioadei de rambursare așteptată, minimul de pe curba SDZ se deplasează rapid în regiunea de eficiență mai mare, ajungând la 0,47 la T = T AM = 15 ani.
Este clar că valoarea optimă a lui k eff pentru perioada de rambursare acceptată va fi cea la care se observă un minim de SDZ. Un grafic al dependenței unei astfel de valori optime a lui k eff de T este prezentat în Fig. 3. Deoarece o perioadă mai lungă de amortizare care depășește durata de viață estimată a echipamentului este cu greu justificată, ar trebui, aparent, să se oprească la nivelul k eff = 0,4-0,5, mai ales că atunci când creștere în continuare Creșterea eficienței optime încetinește brusc.
În plus, trebuie luat în considerare faptul că metoda de recuperare a căldurii luată în considerare pentru orice suprafață de schimb de căldură și debitul de lichid de răcire nu poate furniza, în principiu, o valoare a k eff mai mare de 0,52-0,55, ceea ce este confirmat de calculul conform programul companiei Veza. Dacă acceptăm tariful pentru energia termică ca și pentru consumatorii comerciali în valoare de 547 ruble / Gcal, reducerea costurilor anuale datorată recuperării căldurii va fi mai mare, așa că graficul din Fig. 3 arată limita superioară a posibilei perioade de rambursare.
Astfel, intervalul specificat de valori k eff de la 0,4 la 0,5 găsește un studiu de fezabilitate complet. Prin urmare, principalul sfaturi practice conform rezultatelor studiului, este posibil să se utilizeze recuperarea căldurii aerului evacuat cu un agent intermediar de căldură în orice clădiri în care sunt asigurate alimentare mecanică, ventilație evacuată și aer condiționat, cu alegerea unui coeficient de eficiență a temperaturii apropiat de cel maxim. posibil pentru acest tip de instalare. O altă recomandare este că este obligatoriu ca o economie de piață să ia în considerare actualizarea costurilor de capital și de exploatare în comparația tehnică și economică a soluțiilor inginerești conform formulei (1).
În plus, dacă se compară doar două opțiuni, așa cum se întâmplă cel mai adesea, este convenabil să comparăm doar costurile suplimentare și să presupunem că în primul caz K = 0, iar în al doilea, dimpotrivă, E = 0 și K este egal cu investitii suplimentareîn activități a căror oportunitate este justificată. Apoi, în loc de E în prima opțiune, trebuie să utilizați diferența de costuri anuale pentru opțiuni. După aceea, sunt construite grafice ale dependenței SDZ de T și, în punctul de intersecție, se determină perioada de rambursare estimată.
Daca se dovedeste a fi mai mare decat T AM, sau orarele nu se intersecteaza deloc, masurile nu sunt justificate economic. Rezultatele obținute sunt de natură foarte generală, întrucât dependența modificării costurilor de capital de gradul de recuperare a căldurii în situația actuală a pieței are prea puțin de-a face cu un anumit producător de echipamente de ventilație, iar impactul principal asupra costurilor de exploatare este în general doar costul căldurii şi energie electrica.
Prin urmare, recomandările propuse pot fi utilizate în luarea unor decizii sănătoase din punct de vedere economic privind economisirea energiei în orice sisteme mecanice de ventilație și aer condiționat. În plus, aceste rezultate au o formă simplă și inginerească și pot fi rafinate cu ușurință atunci când prețurile și tarifele actuale se modifică.
De remarcat, de asemenea, că perioada de rambursare obținută în calculele de mai sus, în funcție de k eff acceptat, ajunge la 15 ani, i.e. până la TAM, este, în anumite privințe, marginal, care apare atunci când sunt luate în considerare toate costurile de capital. Dacă luăm în considerare doar investițiile suplimentare direct în recuperarea căldurii, perioada de rambursare este într-adevăr redusă la 3-4 ani, așa cum am menționat mai sus.
Prin urmare, recuperarea căldurii aerului evacuat cu un lichid de răcire intermediar este într-adevăr o măsură ieftină și cu rambursare rapidă și merită cea mai largă aplicare într-o economie de piață.
- O.D. Samarin. Despre reglementarea protecției termice a clădirilor. Revista S.O.K., Nr. 6/2004.
- O.Da. Kokorin. Sisteme moderne aer condiționat. - M .: Fizmatlit, 2003.
- V.G. Gagarin. Pe justificarea insuficientă a cerințelor sporite de protecție termică a pereților exteriori ai clădirilor. (Modificări nr. 3 din SNiP II-3–79). sat. raport a 3-a conf. RNTOS 23–25 aprilie 1998
- O.D. Samarin. Eficiența economică convenabilă a schimbătoarelor de căldură cu un agent intermediar de căldură. Montaj si lucrari speciale in constructii, Nr. 1/2003.
- SNiP 23-01-99 * „Climatologia construcțiilor” .- M: GUP TsPP, 2004.
Costul căldurii pentru încălzirea normei sanitare a aerului de alimentare cu metode moderne de protecție termică a anvelopelor clădirilor în clădiri rezidențiale este de până la 80% din sarcina termică pe dispozitivele de încălzire, iar în clădirile publice și administrative - mai mult de 90%. Prin urmare, sistemele de încălzire cu economie de energie în desene moderne clădirile pot fi create numai dacă
Utilizarea căldurii aerului evacuat pentru încălzirea standardului sanitar al aerului de alimentare.
De asemenea, experiență de succes în clădire administrativă la Moscova, instalații de reciclare cu circulație prin pompă a lichidului intermediar de răcire - antigel.
Când unitățile de alimentare și evacuare sunt situate la o distanță mai mare de 30 m una de alta, sistemul de eliminare cu circulație prin pompă a antigelului este cel mai rațional și economic. Dacă sunt situate în apropiere, cu atât mai mult solutie eficienta. Deci, în regiunile climatice cu ierni blânde, când temperatura exterioară nu scade sub -7 ° C, schimbătoarele de căldură cu plăci sunt utilizate pe scară largă.
Pe fig. 1 prezintă o diagramă structurală a unui schimbător de căldură cu recuperare de căldură cu plăci (transferul de căldură se realizează printr-un perete de separare). Aici (Fig. 1, a) este prezentat un schimbător de căldură „aer-aer” asamblat din canale de plăci, care poate fi realizat din tablă subțire de oțel galvanizat, aluminiu etc.
Poza 1.a - canale lamelare, în care aerul evacuat L y pătrunde de deasupra pereților despărțitori ai canalelor și aerul de alimentare orizontal aerul exterior L b.s.; b - canale tubulare, în care aerul evacuat L y trece de sus în tuburi, iar aerul de alimentare trece orizontal în spaţiul inelar L p.n.
Canalele lamelare sunt închise într-o carcasă cu flanșe pentru conectarea la conductele de alimentare și evacuare a aerului.
Pe fig. 1b prezintă un schimbător de căldură „aer-aer” realizat din elemente tubulare, care poate fi și din aluminiu, oțel galvanizat, plastic, sticlă etc. Țevile sunt fixate în foile tubulare superioare și inferioare, care formează canale pentru trecerea aerului evacuat. Pereții laterali și foile tubulare formează cadrul schimbătorului de căldură, cu secțiuni de fațadă deschise, care sunt conectate la conducta de alimentare cu aer L a.s.
Datorită suprafeței dezvoltate a canalelor și a dispoziției duzelor de turbulizare a aerului în acestea, în astfel de schimbătoare de căldură „aer-aer” se obține o eficiență termică ridicată θ t bp (până la 0,75), iar acesta este principalul avantaj al unor astfel de dispozitive.
Dezavantajul acestor recuperatoare este necesitatea de a preîncălzi aerul de alimentare în încălzitoarele electrice la o temperatură nu mai mică de -7 °C (pentru a evita înghețarea condensului pe partea aerului umed evacuat).
Pe fig. 2 prezintă schema structurală a unității de alimentare și evacuare cu un schimbător de căldură a aerului evacuat cu plăci L y pentru încălzirea aerului de alimentare exterior L a.s. Unitățile de alimentare și evacuare sunt realizate într-o singură carcasă. Filtrele 1 și 4 sunt instalate mai întâi la intrarea în alimentarea exterioară L p.n. și în apropierea aerului de evacuare L. Atât fluxurile de aer purificat din funcționarea ventilatoarelor de alimentare 5, cât și de evacuare 6 trec prin schimbătorul de căldură cu plăci 2, unde energia aerului evacuat încălzit L y este transferată la alimentarea rece L b.s.
Figura 2. Schema structurală a unităților de alimentare și evacuare cu un schimbător de căldură cu plăci având o conductă de aer de derivație pentru aerul de alimentare:1 - filtru de aer în unitatea de alimentare; 2 - schimbător de căldură cu utilizare în plăci; 3 - flanșă pentru conectarea căii de aer pentru admisia aerului evacuat; 4 - filtru de buzunar pentru curatarea aerului evacuat L y; 5 - ventilator de alimentare cu motor electric pe un cadru; 6 - ventilator de evacuare cu motor electric pe un cadru; 7 - palet care colectează umiditatea condensată din canalele de trecere a aerului evacuat; 8 - conducta de evacuare a condensului; 9 - canal de aer bypass pentru trecerea aerului de alimentare L p.n.; 10 - antrenare automată a supapelor de aer în canalul de bypass; 11 - încălzitor pentru reîncălzirea aerului de alimentare, alimentat cu apă caldă
De regulă, aerul evacuat are un conținut ridicat de umiditate și o temperatură a punctului de rouă de cel puțin +4 °C. Când aerul exterior rece cu o temperatură sub +4 °C pătrunde în canalele schimbătorului de căldură 2, se va stabili o temperatură pe pereții despărțitori, la care vaporii de apă se vor condensa pe o parte a suprafeței canalelor din direcția spre mișcarea aerului evacuat fiind eliminat.
Condensul rezultat, sub influența fluxului de aer L y, se va scurge intens în vasul 7, de unde este evacuat în canalizare (sau rezervor de stocare) prin conducta conectată la conducta de derivație 8.
Schimbătorul de căldură cu plăci este caracterizat de următoarea ecuație pentru echilibrul termic al căldurii transferate către aerul de alimentare exterior:
unde Q tu este energia termică utilizată de aerul de alimentare; L y, L p.n - costurile de evacuare încălzită și de alimentare cu aer exterior, m 3 / h; ρ y, ρ p.n - densitățile specifice ale aerului de evacuare încălzit și de alimentare exterior, kg/m 3; I y 1 și I y 2 - entalpia inițială și finală a aerului evacuat încălzit, kJ/kg; t n1 și t n2, s p - temperaturile inițiale și finale, ° С, și capacitatea termică, kJ / (kg · ° С), a aerului de alimentare extern.
La temperaturi inițiale scăzute ale aerului exterior t n.x ≈ t n1 pe pereții despărțitori ai canalelor, condensul care cade din aerul evacuat nu are timp să se scurgă în vasul 7, ci îngheață pe pereți, ceea ce duce la o ingustarea zonei de curgere si creste rezistenta aerodinamica la trecerea aerului evacuat. Această creștere a rezistenței aerodinamice este percepută de senzor, care trimite o comandă acționării 10 pentru deschiderea supapelor de aer din canalul de bypass (bypass) 9.
Testele schimbătoarelor de căldură cu plăci în clima Rusiei au arătat că, atunci când temperatura aerului exterior scade la t n.x ≈ t n1 ≈ -15 ° С, supapele de aer din bypass-ul 9 sunt complet deschise și tot aerul de alimentare L p.n. trece, ocolind canalele de plăci ale schimbătorului de căldură 2.
Încălzirea aerului proaspăt L p.n. de la t n.x la t p.n. În acest mod, Q tu, calculat conform ecuației (9.10), este egal cu zero, deoarece numai aerul evacuat trece prin schimbătorul de căldură conectat 2 și I y 1 ≈ I y 2, adică. nu există recuperare de căldură.
A doua metodă de prevenire a înghețului condensului în canalele schimbătorului de căldură 2 este preîncălzirea electrică a aerului de alimentare de la t n.x la t n1 = -7 °C. În condițiile de proiectare ale perioadei rece a anului în clima Moscovei, aerul de alimentare rece din încălzitorul electric trebuie încălzit cu ∆t t.el = t n1 - t n.x = -7 + 26 = 19 °С. Încălzirea aerului exterior de alimentare la θ t p.n = 0,7 și t y1 = 24 °С va fi t p.n = 0,7 (24 + 7) - 7 = 14,7 °С sau ∆t t.u \u003d 14,7 + 7 \u003d 21,7 ° С.
Calculul arată că în acest mod încălzirea în schimbătorul de căldură și în încălzitor este practic aceeași. Utilizarea unui bypass sau a preîncălzirii electrice reduce semnificativ eficiența termică a schimbătoarelor de căldură cu plăci din sistemele de tratare a aerului. ventilație de evacuareîn climatul rusesc.
Pentru a elimina acest neajuns, specialiștii casnici au dezvoltat o metodă originală de dezghețare periodică rapidă a schimbătoarelor de căldură cu plăci prin încălzirea aerului de evacuare extras, care asigură funcționarea fiabilă și eficientă din punct de vedere energetic a unităților pe tot parcursul anului.
Pe fig. 3 prezintă o diagramă schematică a instalaţiei de recuperare de căldură a aerului evacuat X pentru încălzire alimentare aer exterior L p.n.s. eliminare rapidă canale de congelare 2 pentru a îmbunătăți trecerea aerului evacuat prin schimbătorul de căldură cu plăci 1.
Conductele de aer 3, schimbătorul de căldură 1 este conectat la calea de alimentare cu aer exterior L p.n, iar conductele de aer 4 la calea de trecere a aerului evacuat eliminat L y.
Figura 3. Diagrama schematică a utilizării unui schimbător de căldură cu plăci în clima Rusiei: 1 - schimbator de caldura cu placi; 2 - canale lamelare pentru trecerea aerului de alimentare rece din exterior L p.n. și a aerului de evacuare cald L y; 3 - racordarea conductelor de aer pentru trecerea aerului proaspat L p.n.; 4 - racordarea conductelor de aer pentru trecerea aerului evacuat eliminat L y; 5 - încălzitor în fluxul de aer evacuat L y la intrarea în canalele 2 ale schimbătorului de căldură cu plăci 1.6 - supapă automată pe conducta de alimentare cu apă caldă G w g; 7 - racord electric; 8 - senzor pentru controlul rezistenței fluxului de aer în canalele 2 pentru trecerea aerului evacuat L y; 9 - scurgerea condensului
La temperaturi scăzute aer de alimentare (t n1 \u003d t n. x ≤ 7 ° С) prin pereții canalelor plăcilor 2, căldura din aerul evacuat este complet transferată la căldura corespunzătoare ecuației de echilibru termic [vezi. formula 1)]. O scădere a temperaturii aerului evacuat are loc cu condens abundent de umiditate pe pereții canalelor lamelare. O parte din condens are timp să se scurgă din canalele 2 și este îndepărtată prin conducta 9 la canalizare (sau rezervorul de stocare). Cu toate acestea, majoritatea condensului îngheață pe pereții canalelor 2. Acest lucru determină o creștere a căderii de presiune ∆Р у în debitul de aer evacuat măsurat de senzorul 8.
Când ∆Р y crește la valoarea setată, se va trimite o comandă de la senzorul 8 printr-o conexiune de fir 7 pentru deschiderea supapei automate 6 de pe conducta de alimentare cu apă caldă G w g la tuburile încălzitorului 5 instalat în aer. conducta 4 pentru admisia aerului evacuat eliminat în schimbătorul de căldură cu plăci 1. Când se deschide supapa automată 6, apa fierbinte G w g va intra în tuburile încălzitorului 5, ceea ce va provoca o creștere a temperaturii aerului evacuat t y 1 la 45-60 ° С.
La trecerea prin canalele 2 ale aerului evacuat cu temperatura ridicata va avea loc o dezghețare rapidă de pe pereții canalelor de gheață și condensul rezultat se va scurge prin conducta 9 în canalizare (sau în rezervorul de stocare a condensului).
După ce gheața este dezghețată, diferența de presiune din canalele 2 va scădea și senzorul 8 va trimite o comandă de închidere a supapei 6 prin racordul 7 și alimentarea cu apă caldă la încălzitorul 5 se va opri.
Luați în considerare procesul de recuperare a căldurii Diagrama I-d prezentată în fig. patru.
Figura 4 Construcția pe diagrama I-d a modului de funcționare în clima Moscovei a unei instalații de utilizare cu un schimbător de căldură cu plăci și dezghețarea acesteia conform unei noi metode (conform schemei din Fig. 3). U 1 -U 2 - modul de proiectare de extragere a căldurii din aerul evacuat eliminat; H 1 - H 2 - încălzire cu intrarea aerului exterior reciclat la căldură în modul de proiectare; U 1 - U sub 1 - încălzirea aerului evacuat în regim de dezghețare din givrarea canalelor lamelare pentru trecerea aerului eliminat; Y 1. timp - parametrii inițiali ai aerului eliminat după eliberarea căldurii pentru a dezgheța gheața de pe pereții canalelor lamelare; H 1 -H 2 - încălzirea aerului de alimentare în modul dezghețare al schimbătorului de căldură cu plăci
Să evaluăm influența metodei de dezghețare a schimbătoarelor de căldură cu plăci (conform schemei din Fig. 3) asupra eficienței termice a modurilor de recuperare a căldurii aerului evacuat folosind următorul exemplu.
EXEMPLUL 1. Condiții inițiale: Într-o clădire industrială și administrativă mare din Moscova (t h.x = -26 °С), a fost instalată în alimentare o unitate de recuperare a căldurii (HTU) bazată pe un schimbător de căldură cu plăci recuperatoare (cu un indicator θ t p.n = 0,7). și sistem de ventilație prin evacuare). Volumul și parametrii aerului evacuat îndepărtați în timpul procesului de răcire sunt: L y \u003d 9000 m 3 / h, t y1 \u003d 24 ° C, I y 1 \u003d 40 kJ / kg, t r. y1 \u003d 7 ° C, d y1 \u003d 6, 2 g/kg (vezi construcția diagramei I-d din Fig. 4). Debitul aerului exterior de alimentare L p.n = 10.000 m 3 / h. Schimbătorul de căldură este dezghețat prin creșterea periodică a temperaturii aerului evacuat, așa cum se arată în diagrama din Fig. 3.
Necesar: Pentru a stabili eficiența termică a modurilor de recuperare a căldurii folosind o nouă metodă de dezghețare periodică a plăcilor aparatului.
Rezolvare: 1. Calculați temperatura aerului de alimentare încălzit de căldura utilizabilă în condițiile de proiectare ale perioadei rece a anului la t n.x = t n1 = -26 °С:
2. Calculăm cantitatea de căldură utilizată pentru prima oră de funcționare a unității de recuperare, când înghețarea canalelor plăcilor nu a afectat eficiența termică, dar a crescut rezistența aerodinamică în canalele de trecere a aerului evacuat:
3. După o oră de funcționare a TUU în condițiile de iarnă calculate, pe pereții canalelor s-a acumulat un strat de îngheț, ceea ce a determinat o creștere a rezistenței aerodinamice ∆Р у. Să determinăm cantitatea posibilă de gheață pe pereții canalelor pentru trecerea aerului evacuat prin schimbătorul de căldură cu plăci format în decurs de o oră. Din ecuația de echilibru termic (1) calculăm entalpia aerului evacuat răcit și uscat:
Pentru exemplul luat în considerare, conform formulei (2), obținem:
Pe fig. 4 prezintă construcţia pe diagrama I-d a modurilor de încălzire a aerului de alimentare (procesul H 1 - H 2) prin căldura recuperată din aerul evacuat (procesul Y 1 - Y 2). Prin trasarea pe diagrama I-d, s-au obținut parametrii rămași ai aerului de evacuare răcit și uscat (a se vedea punctul U 2): t y2 \u003d -6,5 ° C, d y2 \u003d 2,2 g / kg.
4. Cantitatea de condens care a căzut din aerul evacuat se calculează prin formula:
Folosind formula (4), calculăm cantitatea de frig cheltuită pentru a scădea temperatura gheții: Q = 45 4,2 6,5 / 3,6 = 341 W h. Următoarea cantitate de frig este cheltuită pentru formarea gheții:
Cantitatea totală de energie cheltuită pentru formarea gheții pe suprafața de separare a schimbătoarelor de căldură cu plăci va fi:
6. Se poate observa din construcția de pe diagrama I-d (Fig. 4) că în timpul mișcării în contracurent de-a lungul canalelor plăcilor de alimentare L p.n. și evacuare L la fluxurile de aer la intrarea în schimbătorul de căldură cu plăci, cel mai rece din exterior aerul trece prin aerul evacuat răcit la temperaturi negative. În această parte a schimbătorului de căldură cu plăci se observă formațiuni intensive de îngheț și îngheț, care vor bloca canalele pentru trecerea aerului evacuat. Acest lucru va determina o creștere a rezistenței aerodinamice.
În același timp, senzorul de control va da o comandă de deschidere a supapei automate pentru alimentarea cu apă caldă a tuburilor schimbătorului de căldură, montat în conducta de evacuare a aerului până la schimbătorul de căldură cu plăci, care va asigura încălzirea evacuarii. aer la o temperatură de t1 = +50 °C.
Fluxul de aer cald în canalele lamelare a asigurat dezghețarea condensului înghețat în 10 minute, care este îndepărtat sub formă lichidă în canalizare (în rezervorul de stocare). Pentru 10 minute de încălzire a aerului evacuat, a fost consumată următoarea cantitate de căldură:
sau prin formula (5) obținem:
7. Căldura furnizată în încălzitorul 5 (Fig. 3) este cheltuită parțial pentru topirea gheții, care, conform calculelor din paragraful 5, va necesita Q t.ras = 4,53 kWh de căldură. Pentru transferul de căldură la aerul de alimentare din căldura consumată în încălzitorul 5 pentru încălzirea aerului evacuat, va rămâne următoarea căldură:
8. Temperatura aerului extras încălzit după consumarea unei părți din căldură pentru dezghețare se calculează prin formula:
Pentru exemplul luat în considerare, conform formulei (6), obținem:
9. Aerul evacuat încălzit în încălzitorul 5 (vezi Fig. 3) va contribui nu numai la dezghețarea glazurilor de condens, ci și la creșterea transferului de căldură către aerul de alimentare prin pereții despărțitori ai canalelor lamelare. Calculați temperatura aerului de alimentare încălzit:
10. Cantitatea de căldură transferată pentru a încălzi aerul de alimentare în timpul a 10 minute de dezghețare se calculează prin formula:
Pentru modul considerat, conform formulei (8), obținem:
Calculul arată că în modul de dezghețare luat în considerare nu există pierderi de căldură, deoarece o parte din căldura de încălzire din aerul evacuat Q t.u = 12,57 kW h este transferată la încălzirea suplimentară a aerului de alimentare L p.n. la o temperatură t n2.raz = 20 ,8 °С, în loc de t н2 = +9 °С când se utilizează numai căldura aerului evacuat cu o temperatură t у1 = +24 °С (vezi punctul 1).
Contextul dezvoltării
Căldura aerului care este îndepărtată în atmosferă este o sursă de economisire a energiei. Nu este un secret pentru nimeni că 40...80% din consumul de căldură este cheltuit pentru încălzirea aerului care intră în clădire. Prin urmare, ideea de a încălzi aer proaspăt în detrimentul aerului evacuat nu este nouă. Chiar și în Uniunea Sovietică s-a lucrat în mod continuu pentru a crea instalații care să facă posibilă utilizarea energiei termice a aerului evacuat. Dar, din păcate, rezultatele acestor studii au fost folosite doar în proiecte speciale (industriale, de apărare, științifice).
În străinătate, prima criză energetică a devenit motivul cererii, ceea ce a determinat începerea utilizării unor astfel de instalații. În același timp, dispozitivele pentru utilizarea energiei termice a aerului îndepărtat au fost proiectate inițial pentru a fi utilizate în clădiri rezidențiale cu mai multe apartamente și cabane. Ca urmare a acestui fapt, astăzi încălzire cu aer Este utilizat pe scară largă în Canada și statele vecine ale SUA. Deci, în Canada, sistemele de încălzire a apei nu sunt folosite deloc.
În Rusia, unitățile de recuperare a căldurii au început să fie utilizate în masă odată cu începerea activării construcție mică când dezvoltatorii privați au început să manifeste interes pentru echipamente eficiente din punct de vedere energetic, care economisesc energie.
Utilizarea energiei electrice pentru încălzire
Utilizarea tehnologiei de încălzire prin ventilație implică utilizarea energiei electrice pentru încălzire. Până de curând, utilizarea energiei electrice pentru încălzire era interzisă prin lege. Acest lucru se datorează politicii de economisire a energiei dusă în Uniunea Sovietică. De la despărțire Uniunea Sovietică multe s-au schimbat.
În prezent, când se folosesc materiale noi și se stăpânesc noile tehnologii, opinia experților cu privire la admisibilitatea utilizării energiei electrice pentru încălzire începe să se schimbe. La aceasta contribuie introducerea unor noi norme în anul 2000, care impun îmbunătățirea protecției termice a clădirilor de locuit. Conform noilor standarde, pierderile de căldură normalizate prin pereții exteriori sunt reduse de 2,5–3,0 ori față de standardele din 1995. 
În viitor, normele de protecție termică și eficiență energetică vor deveni doar mai dure. În aceste condiții, însuși conceptul de infiltrare a aerului va dispărea, incinta va fi etanșă. În astfel de condiții, utilizarea dispozitivelor de recuperare a căldurii va deschide cele mai largi perspective.
Tipuri existente de recuperatoare
Nomenclatura reală a unităților de recuperare a căldurii este foarte diversă. Dar toată varietatea poate fi redusă la următoarele tipuri: a) coajă și tub și schimbătoare de căldură cu plăci, inclusiv curentul încrucișat; b) rotativ (regenerativ); c) pompe de căldură cu fluid de lucru intermediar. Capacitățile celor mai moderne dispozitive fac posibilă utilizarea și utilizarea a doar 60% din căldura aerului evacuat pentru încălzirea aerului furnizat în incintă. Pentru obiectele cu un volum mic de clădire, pentru ca instalarea unui schimbător de căldură să fie rentabil, această cifră trebuie să fie de 90%. 
O direcție promițătoare pentru dezvoltarea unităților de recuperare a căldurii
Pentru a crește eficiența unităților de recuperare a căldurii permite utilizarea metodei descrise mai jos. După cum știți, capacitatea de căldură a apei este cea mai mare în comparație cu alte lichide. Capacitatea termică a aerului este de 4,5 ori mai mică decât capacitatea termică a apei. Tehnologia de ultra-dispersie a aerului eliminat în apă se bazează pe utilizarea apei. Pentru a crește viteza de transfer de căldură din aerul îndepărtat, acest aer este trecut prin apă într-un mod special, creând bule de mărimea micronilor.
Rata transferului de căldură crește pe măsură ce bulele de mărime micron distrug rezistența termică a stratului de apă de la suprafață. Aplicarea tehnologiei de ultra-dispersie a aerului eliminat în apă va face posibilă utilizarea a 90-95% din căldura aerului îndepărtat. Este important ca schimbătorul de căldură construit conform acestei tehnologii să aibă un număr minim de piese, dimensiuni minime, este ușor de operat. 
Modalități de utilizare a schimbătoarelor de căldură
- Prima modalitate este utilizarea unui schimbător de căldură de tip recuperator. În același timp, are loc încălzirea parțială a aerului furnizat încăperii.
- A doua cale este recuperarea căldurii cu ajutorul pompelor de căldură.
- A treia modalitate este de a folosi căldura aerului de ieșire pentru a încălzi apa de intrare. Sistemul include încălzitoare mari de apă și acumulatori de apă caldă.
Starea actuală a lucrurilor în Rusia cu privire la problema luată în considerare
Legea federală nr. 261-FZ „Cu privire la economisirea energiei și creșterea eficienței energetice...” prescrie reducerea intensității energetice a sistemelor de inginerie a clădirilor. Scopul este reducerea intensității energetice a PIB-ului cu 40% până în 2020 față de nivelurile din 2007. Această tendință de a crește eficiența energetică, de a îmbunătăți protecția termică este omniprezentă.
Decretul Guvernului Moscovei nr. 900 din 5 octombrie 2010 „Cu privire la îmbunătățirea eficienței energetice a clădirilor rezidențiale, sociale și de afaceri publice din orașul Moscova...” a stabilit nivelul consumului de energie, care nu poate fi asigurat fără recuperarea căldurii .
Federația Rusă, după ce a aderat la OMC, s-a angajat să aducă prețurile la energie pentru consumatorii interni la nivelul prețurilor mondiale. Peste tot în lume, problemele de eficiență energetică și, ca urmare, problemele de recuperare a căldurii sunt foarte acute. Guvernele naționale pun în aplicare și aplică programe de îmbunătățire a eficienței energetice. Prin urmare, odată cu creșterea prețurilor interne la energie, interesul pentru instalațiile de recuperare a căldurii va crește inevitabil.
În „aragazul rusesc” aerul de alimentare a fost încălzit, cu ajutorul acestuia a fost încălzit camera de zi. În Europa, sistemul de încălzire, unde erau prevăzute canale, ca într-o sobă rusească, a fost numit „rus”. Acest lucru a recunoscut eficiența mare a sobei rusești în comparație cu încălzirea europeană. În prezent, putem vorbi despre necesitatea revenirii la rădăcini în materie de încălzire.
Ventilație de alimentare și evacuare cu recuperare
Astăzi, conservarea energiei este o prioritate în dezvoltarea economiei mondiale. Epuizarea rezervelor naturale de energie, cresterea costului energiei termice si electrice ne conduce inevitabil la necesitatea dezvoltarii unui intreg sistem de masuri ce vizeaza imbunatatirea randamentului instalatiilor consumatoare de energie. În acest context, reducerea pierderilor și reutilizarea energiei termice consumate devine un instrument eficient în rezolvarea problemei.
În contextul unei căutări active de rezerve pentru economisirea combustibilului și a resurselor energetice, problema îmbunătățirii în continuare a sistemelor de aer condiționat ca mari consumatori de energie termică și electrică atrage din ce în ce mai multă atenție. Un rol important în rezolvarea acestei probleme îl au măsurile de îmbunătățire a eficienței aparatelor de transfer de căldură și masă, care stau la baza subsistemului politropic de tratare a aerului, ale cărui costuri de operare ajung la 50% din toate costurile pentru funcționarea SCR.
Utilizarea energiei termice din emisiile de ventilație este una dintre metodele cheie de economisire a resurselor energetice în sistemele de aer condiționat și ventilație ale clădirilor și structurilor. pentru diverse scopuri. Pe fig. 1 prezintă principalele scheme de recuperare a căldurii aerului evacuat implementate pe piața echipamentelor moderne de ventilație.
O analiză a stării producției și a utilizării echipamentelor de recuperare a căldurii în străinătate indică o tendință de utilizare predominantă a recirculării și a patru tipuri de utilizatori de căldură a aerului evacuat: regenerativ rotativ, recuperator de plăci, pe bază de conducte de căldură și cu un transportator intermediar de căldură. Utilizarea acestor dispozitive depinde de condițiile de funcționare ale sistemelor de ventilație și aer condiționat, considerente economice, poziția relativă a centrelor de alimentare și evacuare, capacitățile operaționale.
În tabel. 1 afișat analiza comparativa diverse scheme de recuperare a căldurii aerului evacuat. Printre principalele cerințe din partea investitorului pentru instalațiile de recuperare a căldurii trebuie menționate: prețul, costurile de exploatare și eficiența. Cele mai ieftine soluții se caracterizează prin simplitatea designului și absența pieselor mobile, ceea ce face posibilă distingerea între schemele prezentate o instalație cu un schimbător de căldură cu flux încrucișat (Fig. 2) ca fiind cea mai potrivită pentru condițiile climatice ale partea europeană a Rusiei și Poloniei.
Cercetare anii recentiîn domeniul creării de noi și îmbunătățirii unităților de recuperare a căldurii existente ale sistemelor de aer condiționat indică o tendință clară în dezvoltarea de noi soluții de proiectare pentru schimbătoarele de căldură cu plăci (Fig. 3), momentul decisiv în alegerea căruia este posibilitatea de a asigura probleme- funcționarea liberă a unității în condiții de condensare a umezelii la temperaturi exterioare negative.
Temperatura aerului exterior, pornind de la care se observă formarea înghețului în conductele de evacuare a aerului, depinde de următorii factori: temperatura și umiditatea aerului evacuat, raportul dintre debitele de aer de alimentare și evacuare și caracteristicile de proiectare. Să remarcăm particularitatea funcționării unităților de recuperare a căldurii la temperaturi exterioare negative: cu cât eficiența schimbului de căldură este mai mare, cu atât mai mult pericol apariția înghețului pe suprafața canalelor de evacuare a aerului.
În acest sens, eficiența scăzută a schimbului de căldură într-un schimbător de căldură cu flux încrucișat poate fi un avantaj în ceea ce privește reducerea riscului de înghețare pe suprafețele canalelor de aer evacuat. Securitate moduri sigure De regulă, este asociat cu punerea în aplicare a următoarelor măsuri tradiționale pentru a preveni înghețarea duzei: oprirea periodică a alimentării cu aer exterior, bypass-ul sau preîncălzirea acesteia, a cărei implementare reduce cu siguranță eficiența recuperării căldurii aerului evacuat.
Una dintre modalitățile de a rezolva această problemă este crearea unor schimbătoare de căldură în care înghețarea plăcilor fie este absentă, fie are loc la temperaturi mai scăzute ale aerului. O caracteristică a funcționării schimbătoarelor de căldură aer-aer este posibilitatea implementării proceselor de transfer de căldură și masă în modurile de transfer de căldură „uscate”, răcirea și uscarea simultană a aerului îndepărtat cu condensare sub formă de rouă și îngheț pe întreaga suprafață de schimb de căldură sau o parte a acesteia (Fig. 4).
Utilizarea rațională a căldurii de condensare, a cărei valoare ajunge la 30% în anumite moduri de funcționare ale schimbătoarelor de căldură, face posibilă creșterea semnificativă a intervalului de modificări ale parametrilor aerului exterior, în care înghețarea schimbului de căldură. suprafețele plăcilor nu apare. Cu toate acestea, soluția la problema determinării moduri optime funcționarea schimbătoarelor de căldură luate în considerare, corespunzătoare anumitor condiții de funcționare și climatice, precum și domeniului de aplicare a acestora, necesită studii detaliate ale transferului de căldură și masă în canalele de ambalare, ținând cont de procesele de condensare și formare a înghețului.
Analiza numerică a fost aleasă ca principală metodă de cercetare. De asemenea, are cea mai mică laboriozitate și vă permite să determinați caracteristicile și să identificați modelele procesului pe baza procesării informațiilor despre influența parametrilor inițiali. De aceea studii experimentale procesele de transfer de căldură și masă în dispozitivele luate în considerare au fost efectuate într-un volum mult mai mic și, în principal, pentru a verifica și corecta dependențele obținute ca urmare a modelării matematice.
În descrierea fizico-matematică a transferului de căldură și masă în recuperatorul studiat, sa preferat modelul de transfer unidimensional (model ε-NTU). În acest caz, fluxul de aer din canalele de ambalare este considerat un flux de lichid cu viteză constantă, temperatură și potențial de transfer de masă pe secțiunea sa transversală, egal cu valorile medii ale masei. Pentru a crește eficiența recuperării căldurii în schimbătoarele de căldură moderne, se utilizează aripioare ale suprafeței de ambalare.
Tipul și locația nervurilor afectează în mod semnificativ natura proceselor de transfer de căldură și masă. Modificarea temperaturii de-a lungul înălțimii coastei duce la realizarea diverse opțiuni procesele de transfer de căldură și masă (Fig. 5) în canalele de aer evacuat, ceea ce complică semnificativ modelarea matematică și algoritmul de rezolvare a sistemului de ecuații diferențiale.
Ecuațiile modelului matematic al proceselor de transfer de căldură și masă într-un schimbător de căldură cu flux încrucișat sunt implementate într-un sistem de coordonate ortogonal cu axele OX și OY direcționate paralel cu fluxurile de aer rece și, respectiv, cald și axele Z1 și Z2. , perpendicular pe suprafața plăcilor de ambalare din canalele de alimentare și respectiv evacuare a aerului (Fig. 6 ).
În conformitate cu ipotezele acestui model ε-NTU, transferul de căldură și masă în schimbătorul de căldură studiat este descris prin ecuații diferențiale ale bilanțurilor de căldură și materiale, compilate pentru a interacționa fluxurile de aer și duzele, ținând cont de căldură. faza de tranzitieși rezistența termică a stratului de îngheț rezultat. Pentru a obține o soluție neechivocă, sistemul de ecuații diferențiale este completat cu condiții la limită care stabilesc valorile parametrilor mediilor schimbate la intrările în canalele corespunzătoare ale recuperatorului.
Problema neliniară formulată nu poate fi rezolvată analitic, astfel că s-a realizat integrarea sistemului de ecuații diferențiale metode numerice. O cantitate suficient de mare de experimente numerice efectuate pe modelul ε-NTU a făcut posibilă obținerea unei serii de date care a fost utilizată pentru a analiza caracteristicile procesului și a identifica modelele sale generale.
În conformitate cu sarcinile de studiere a funcționării schimbătorului de căldură, alegerea modurilor studiate și a intervalelor de variație a parametrilor fluxurilor de schimb a fost efectuată în așa fel încât procesele reale de transfer de căldură și masă în ambalarea la valori negative ale temperaturii aerului exterior, precum și condițiile de curgere a celor mai periculoase moduri de funcționare ale echipamentelor de recuperare a căldurii din punct de vedere al funcționării, au fost modelate cel mai complet. .
Prezentat în fig. 7-9 rezultatele calculării modurilor de funcționare ale aparatului de testare, caracteristice condițiilor climatice cu o temperatură scăzută calculată a aerului exterior în perioada de iarna anotimpurile, ne permit să judecăm posibilitatea așteptată calitativ de formare a trei zone de transfer activ de căldură și masă în canalele aerului evacuat (Fig. 6), care diferă prin natura proceselor care au loc în ele.
O analiză a proceselor de transfer de căldură și masă care au loc în aceste zone face posibilă evaluarea modalităților posibile de captare eficientă a căldurii aerului de ventilație îndepărtat și de a reduce riscul formării de îngheț în canalele ambalajului schimbătorului de căldură pe baza utilizare rațională căldura de tranziție de fază. Pe baza analizei efectuate s-au stabilit temperaturile la limită ale aerului exterior (Tabelul 2), sub care se observă formarea înghețului în conductele de evacuare a aerului.
concluzii
Este prezentată o analiză a diferitelor scheme de utilizare a căldurii din emisiile de ventilație. Se notează avantajele și dezavantajele schemelor avute în vedere (existente) de utilizare a căldurii aerului evacuat în instalațiile de ventilație și aer condiționat. Pe baza analizei efectuate, se propune o schemă cu un schimbător de căldură cu flux încrucișat cu plăci:
- pe baza unui model matematic, au fost elaborate un algoritm și un program de calcul pe calculator pentru principalii parametri ai proceselor de transfer de căldură și masă în schimbătorul de căldură studiat;
- a fost stabilită posibilitatea formării diferitelor zone de condensare a umidității în canalele duzei schimbătorului de căldură, în cadrul cărora natura proceselor de transfer de căldură și de masă se schimbă semnificativ;
- analiza regularităților obținute face posibilă stabilirea modurilor raționale de funcționare a dispozitivelor studiate și a zonelor de utilizare rațională a acestora pentru diferite condiții climatice ale teritoriului rus.
SIMBOLULE ȘI INDICI
Legendă: h reb — înălțimea coastei, m; l coasta - lungimea coastei, m; t este temperatura, °C; d este conținutul de umiditate al aerului, kg/kg; ϕ—umiditatea relativă a aerului, %; nervura δ este grosimea nervurii, m; δ in este grosimea stratului de îngheț, m.
Indici: 1 - aer exterior; 2 - aer eliminat; e - la intrarea în canalele duzei; rb - coastă; în - îngheț, o - la ieșirea canalelor duzei; dew - punct de rouă; sat este starea de saturație; w este peretele canalului.
