Одним із джерел вторинних енергоресурсів у будівлі є теплова енергія повітря, що видаляється в атмосферу. Витрата теплової енергії на підігрів повітря, що надходить, становить 40...80% теплоспоживання, більша її частина може бути зекономлена у разі застосування так званих теплообмінників-утилізаторів.
Існують різні типитеплообмінників-утилізаторів.
Рекуперативні пластинчасті теплообмінники виконуються у вигляді пакета пластин, встановлених таким чином, що вони утворюють два суміжні канали, по одному з яких рухається повітря, що видаляється, а по іншому - припливне. При виготовленні пластинчастих теплообмінників такої конструкції з великою продуктивністю повітрям виникають значні технологічні труднощі, тому розроблені конструкції кожухотрубних теплообмінників-утилізаторів ТКТ, що являють собою пучок труб, розташованих у шаховому порядку і укладених у кожух. Повітря, що видаляється, рухається в міжтрубному просторі, зовнішній - всередині трубок. Рух потоків перехресний.
Мал. Теплообмінники:
а - пластинчастий утилізатор;
б - утилізатор ТКТ;
в - обертовий;
г – рекуперативний;
1 – корпус; 2 – припливне повітря; 3 – ротор; 4 - сектор продувної; 5 – витяжне повітря; 6 – привід.
З метою запобігання зледеніння теплообмінники забезпечені додатковою лінією по ходу зовнішнього повітря, через яку при температурі стінок трубного пучка нижче критичної (-20°С) перепускається частина холодного зовнішнього повітря.
Установки утилізації тепла витяжного повітря з проміжним теплоносієм можуть застосовуватися в системах механічної припливно-витяжної вентиляції, а також в системах кондиціювання повітря. Установка складається з розташованого в припливному та витяжному каналах повітронагрівача, з'єднаного замкнутим циркуляційним контуром, заповненим проміжним носієм. Циркуляція теплоносія здійснюється за допомогою насосів. Повітря, що видаляється, охолоджуючись в повітронагрівачі витяжного каналу, передає тепло проміжному теплоносія, що нагріває припливне повітря. При охолодженні витяжного повітря нижче за температуру точки роси на частині теплообмінної поверхні повітронагрівачів витяжного каналу відбувається конденсація водяної пари, що призводить до можливості утворення льоду при негативних початкових температурах припливного повітря.
Установки утилізації тепла з проміжним теплоносієм можуть працювати або в режимі, що допускає утворення льоду на теплообмінній поверхні витяжного повітронагрівача протягом доби при подальшому відключенні та відтаванні, або, якщо відключення установки неприпустимо, при застосуванні одного з наступних заходів щодо захисту повітронагрівача витяжного каналу :
- попереднього нагріву припливного повітря до позитивної температури;
- створення байпасу теплоносієм або припливним повітрям;
- збільшення витрати теплоносія у циркуляційному контурі;
- підігріву проміжного теплоносія.
Вибір типу регенеративного теплообмінника проводять в залежності від розрахункових параметрів повітря, що видаляється і припливу, і вологовиділень всередині приміщення. Регенеративні теплообмінники можуть встановлюватися в будинках різного призначення в системах механічної припливно-витяжної вентиляції, повітряного опаленнята кондиціювання повітря. Установка регенеративного теплообмінника має забезпечувати протиточний рух повітряних потоків.
Систему вентиляції та кондиціювання повітря з регенеративним теплообмінником необхідно оснастити засобами контролю та автоматичного регулювання, які повинні забезпечувати режими роботи з періодичним відтаванням інею або запобіганням інеутворенню, а також підтримувати необхідні параметри припливного повітря. Для попередження інеосвіти по припливному повітрі:
- влаштовують обвідний канал;
- попередньо підігрівають припливне повітря;
- змінюють частоту обертання насадки регенератора.
У системах з позитивними початковими температурами повітря при утилізації тепла немає небезпеки замерзання конденсату на поверхні теплообмінника у витяжному каналі. У системах з негативними початковими температурами повітря припливу необхідно застосовувати схеми утилізації, що забезпечують захист від обмерзання поверхні повітронагрівачів у витяжному каналі.
У цій статті ми пропонуємо розглянути приклад використання сучасних утилізаторів тепла (рекуператорів) у вентиляційних установках, зокрема роторних.
Основні типи роторних утилізаторів (рекуператорів) у вентиляційних установках:а) конденсаційний ротор – утилізує переважно явне тепло. Перенесення вологи здійснюється, якщо витяжне повітря охолоджується на роторі до температури нижче за «точку роси».
б) ентальпійний ротор – має гігроскопічне покриття фольги, що сприяє перенесенню вологи. Таким чином утилізується повне тепло.
Розглянемо систему вентиляції, у якій працюватимуть обидва типи утилізатора (рекуператора).
Приймемо, що об'єктом розрахунку є група приміщень у певній будівлі, наприклад, у Сочі або Баку, розрахунок зробимо тільки на теплий період:
Параметри зовнішнього повітря:
температура зовнішнього повітря у теплий період, із забезпеченістю 0,98 – 32°С;
ентальпія зовнішнього повітря у теплий період року – 69 кДж/кг;
Параметри внутрішнього повітря:
температура внутрішнього повітря - 21 ° С;
відносна вологість внутрішнього повітря – 40-60%.
Необхідна витрата повітря на асиміляцію шкідливостей у цій групі приміщень становить 35000 м3/год. Промінь процесу приміщення – 6800 кДж/кг.
Схема розподілу повітря в приміщеннях - «знизу-вгору» низькошвидкісними розподільниками повітря. У зв'язку з цим (розрахунок прикладати не будемо, тому що він об'ємний і виходить за рамки теми статті, все необхідне у нас є), параметри повітря, що припливає і видаляється наступні:
1. Припливний:
температура - 20 ° С;
відносна вологість – 42%.
2. Видалений:
температура - 25 ° С;
відносна вологість – 37%
Побудуємо процес на I-d діаграмі(Рис. 1).
Спочатку позначимо точку з параметрами внутрішнього повітря (В), потім проведемо через неї промінь процесу (звернемо увагу, що для даного оформленнядіаграм, початковою точкою променя є параметри t=0°C, d=0 г/кг, а напрямок вказується розрахованим значенням (6800 кДж/кг), вказаним на кромці, далі отриманий промінь переноситься на параметри внутрішнього повітря, зберігаючи кут нахилу).
Тепер, знаючи температури припливного та витяжного повітря, ми визначаємо їхні точки, знаходячи перетин ізотерм з променем процесу відповідно. Процес будуємо від зворотного, щоб отримати задані параметри припливного повітря опускаємо відрізок – нагрівання – по лінії постійного вмісту вологи до кривої відносної вологостіφ=95% (відрізок П-П1).
Підбираємо конденсаційний ротор, що утилізує тепло повітря, що видаляється на нагрівання П-П1. Отримуємо коефіцієнт корисної дії (вважається за температурою) ротора близько 78% і розраховуємо температуру повітря, що видаляється У1. Тепер підберемо ентальпійний ротор, що працює на охолодження зовнішнього повітря (Н) отриманими параметрами У1.
Отримуємо, коефіцієнт корисної дії (вважається за ентальпією) близько 81%, параметри обробленого повітря на притоці Н1 і на витяжці У2. Знаючи параметри Н1 і П1, можна підібрати охолоджувач повітря, потужністю 332 500 Вт.
Зобразимо вентиляційну установку схематично із рекуператорами (рис. 2).
Тепер, для порівняння, підберемо іншу систему на ті ж параметри, але іншої комплектації, а саме: встановимо один конденсаційний ротор.
Тепер (рис. 3) нагрів П-П1 здійснюється електричним повітронагрівачем, а конденсаційний ротор забезпечить наступне: ефективність порядку 83%, температура обробленого припливного повітря (Н1) - 26°С. Підберемо охолоджувач повітря на необхідну потужність 478 340 Вт.
Потрібно відзначити, що для системи 1 потрібно менше потужності на охолодження і, на додаток до цього, не потрібні додаткові витрати енергоносія (в даному випадку - змінний струм) для другого підігріву повітря. Зробимо порівняльну таблицю:
| Порівнювані позиції | Система 1 (з двома утилізаторами) | Система 2 (з одним утилізатором) | Різниця |
| Споживання електродвигуна ротора | 320+320 Вт | 320 Вт | 320 Вт |
| Необхідна холодильна потужність | 332 500 Вт | 478 340 Вт | 145 840 Вт |
| Потужність на другий підігрів | 0 Вт | 151 670 Вт | 151 670 Вт |
| Потужність електродвигунів вентиляторів | 11+11 кВт | 11+11 кВт | 0 |
Резюмуючи
Ми наочно бачимо відмінності роботи конденсаційного та ентальпійного роторів, економію енерговитрат, пов'язаних із цим. Проте, слід зазначити, що принцип системи 1 може бути організований лише південних, спекотних міст, т.к. при рекуперації тепла в холодний період показники ентальпійного ротора не сильно відрізняються від конденсаційного.
Виробництво вентиляційних установок з роторними рекуператорами
Компанія "Аіркат Кліматехнік" багато років успішно здійснює розробку, проектування, виробництво та інсталяцію припливно-витяжних установок з роторними рекуператорами. Ми пропонуємо сучасні та нестандартні технічне рішення, які працюють навіть за найскладнішого алгоритму експлуатації та екстремальних умов.
Для того, щоб отримати пропозицію на систему вентиляції або кондиціювання, просто зверніться до будь-якої з
У системі кондиціювання повітря теплоту повітря, що видаляється з приміщень, можна утилізувати двома способами:
· Застосовуючи схеми з рециркуляцією повітря;
· Встановлюючи утилізатори теплоти.
Останній спосіб, як правило, застосовують у прямоточних схемах систем кондиціювання повітря. Однак використання утилізаторів теплоти виключається і в схемах з рециркуляцією повітря.
У сучасних системах вентиляції та кондиціювання повітря застосовується найрізноманітніше обладнання: нагрівачі, зволожувачі, різні видифільтрів, регульовані решітки та багато іншого. Все це необхідно для досягнення необхідних параметрів повітря, підтримки або створення комфортних умов роботи в приміщенні. На обслуговування всього цього обладнання потрібно чимало енергії. Ефективним рішенням заощадження енергії у системах вентиляції стають теплоутилізатори. Основний принцип їх роботи - нагрівання потоку повітря, що подається в приміщення, з використанням теплоти потоку, що видаляється з приміщення. При використанні теплоутилізатора потрібна менша потужність калорифера на підігрів припливного повітря, тим самим зменшується кількість енергії, необхідне його роботи.
Утилізація теплоти в будинках з кондиціюванням повітря може бути виконана за допомогою утилізації теплоти вентиляційних викидів. Утилізація скидної теплотидля нагрівання свіжого повітря (або охолодження свіжого повітря, що надходить скидним повітрям після системи кондиціювання влітку) є найпростішою формою утилізації. При цьому можна відзначити чотири типи систем утилізації, про які вже згадувалося: регенератори, що обертаються; теплообмінники з проміжним теплоносієм; прості повітряні теплообмінники; трубчасті теплообмінники. Регенератор, що обертається, в системі кондиціонування повітря може підвищувати температуру припливного повітря взимку на 15 °С, а влітку він може знижувати температуру повітря, що надходить на 4-8 °С (6.3). Як і в інших системах утилізації, за винятком теплообмінника з проміжним теплоносієм, регенератор, що обертається, може функціонувати тільки в тому випадку, якщо витяжний і всмоктуючий канали прилягають один до одного в якійсь точці системи.
Теплообмінник з проміжним теплоносієм менш ефективний, ніж регенератор, що обертається. У представленій системі вода циркулює через два теплообмінні змійовики, і так як застосовується насос, то два змійовики можуть бути розташовані на деякій відстані один від одного. І в цьому теплообміннику, і в регенераторі, що обертається, є рухомі частини (насос і електродвигун наводяться в рух і це відрізняє їх від повітряного і трубчастого теплообмінників. Одним з недоліків регенератора є те, що в каналах може відбуватися забруднення. Бруд може осаджуватися на колесі, яке потім переносить його у всмоктуючий канал, у більшості коліс в даний час передбачено продування, яке зводить перенесення забруднень до мінімуму.
Простий повітряний теплообмінник являє собою стаціонарний пристрій для теплообміну між відпрацьованим і поступаючим потоками повітря, що проходять через нього протитечією. Цей теплообмінник нагадує сталеву прямокутну коробку з відкритими кінцями, розділену на безліч вузьких каналів типу камер. По каналах, що чергуються, йде відпрацьоване і свіже повітря, і теплота передається від одного потоку повітря до іншого просто через стінки каналів. Перенесення забруднень у теплообміннику не відбувається, і оскільки значна площа поверхні укладена в компактному просторі досягається відносно висока ефективність. Теплообмінник з тепловою трубою можна розглядати як логічний розвиток конструкції вищеописаного теплообмінника, в якому два потоки повітря камери залишаються абсолютно роздільними, пов'язаними пучком ребристих теплових труб, які переносять теплоту від одного каналу до іншого. Хоча стінка труби може розглядатися як додатковий термічний опір, ефективність теплопередачі всередині самої труби, в якій відбувається цикл випаровування-конденсації настільки велика, що в цих теплообмінниках можна утилізувати до 70% скидної теплоти. Одна з основних переваг цих теплообмінників у порівнянні з теплообмінником з проміжним теплоносієм і регенератором, що обертається - їх надійність. Вихід з ладу кількох труб лише трохи знизить ефективність роботи теплообмінника, але не зупинить повністю систему утилізації.
При всій різноманітності конструктивних рішень утилізаторів тепла вторинних енергоресурсів у кожному з них є такі елементи:
· Середовище - джерело теплової енергії;
· Середовище-споживач теплової енергії;
· Теплоприймач-теплообмінник, що сприймає тепло від джерела;
· Теплопередавач-теплообмінник, що передає теплову енергіюспоживачеві;
· Робоча речовина, яка транспортує теплову енергію від джерела до споживача.
У регенеративних і повітроповітряних (воздухожидкостних) рекуперативних теплоутилізаторах робочою речовиною є теплообмінні середовища.
Приклади застосування.
1. Підігрів повітря у системах повітряного опалення.
Калорифери призначені для швидкого нагрівання повітря за допомогою водяного теплоносія та рівномірного його розподілу за допомогою вентилятора та направляючих жалюзі. Це гарне рішення для будівництва та виробничих цехів, де потрібне швидке нагрівання та підтримання комфортної температуритільки в робочий час (у цей же час, як правило, працюють і печі).
2. Нагрів води у системі гарячого водопостачання.
Застосування теплоутилізаторів дозволяє згладити піки споживання енергії, оскільки максимальне споживання води посідає початок і поклала край зміни.
3. Підігрів води у системі опалення.
Закрита система
Теплоносій циркулює по замкнутому контуру. Таким чином, немає ризику його забруднення.
Відкрита система. Теплоносій нагрівається гарячим газом, а потім віддає тепло споживачеві.
4. Підігрів дутьового повітря, що йде на горіння. Дозволяє скоротити споживання палива на 10%-15%.
Підраховано, що основним резервом економії палива при роботі пальників для котлів, печей і сушарок є утилізація теплоти газів, що відходять шляхом нагрівання повітрям палива, що спалюється. Рекуперація тепла відпрацьованих газів велике значенняв технологічних процесахоскільки тепло, повернене в піч або котел у вигляді підігрітого дутьового повітря, дозволяє скоротити споживання паливного природного газу до 30%.
5. Підігрів палива, що йде на горіння з використанням теплообмінників "рідина - рідина". (Приклад – підігрів мазуту до 100˚–120˚ С.)
6. Підігрів технологічної рідини з використанням теплообмінників "рідина - рідина". (Приклад – підігрів гальванічного розчину.)
Таким чином, теплоутилізатор – це:
Вирішення проблеми енергоефективності виробництва;
Нормалізація екологічної обстановки;
Наявність комфортних умов на вашому виробництві – тепла, гарячої водиу адміністративно-побутових приміщеннях;
Зменшення витрат за енергоресурси.
Малюнок 1.
Структура енергоспоживання та потенціалу енергозбереження у житлових будинках: 1 – трансмісійні тепловтрати; 2 – витрати теплоти на вентиляцію; 3 – витрати теплоти на гаряче водопостачання; 4– енергозбереження
Список використаної литературы.
1. Караджі В. Г., Московко Ю. Г. Деякі особливості ефективного використання вентиляційно-опалювального обладнання. Керівництво – М., 2004
2. Єрьомкін А.І, Бизєєв В.В. Економіка енергопостачання в системах опалення, венталіції та кондиціювання повітря. Видавництво Асоціації будівельних вузів М., 2008.
3. Сканаві А. В., Махов. Л. М. Опалення. Видавництво АСВ М., 2008
Мрієте, щоб у будинку був здоровий мікроклімат і в жодній кімнаті не пахло затхлістю та вогкістю? Щоб будинок був дійсно комфортним, ще на стадії проектування необхідно провести грамотний розрахунок вентиляції.
Якщо під час будівництва будинку упустити цей важливий момент, надалі доведеться вирішувати цілу низку проблем: від видалення плісняви у ванній кімнаті до нового ремонту та встановлення системи повітроводів. Погодьтеся, не надто приємно бачити на кухні на підвіконні або в кутах дитячої кімнати розсадники чорної плісняви, та й заново поринати у ремонтні роботи.
У поданій нами статті зібрані корисні матеріали щодо розрахунку систем вентилювання, довідкові таблиці. Наведено формули, наочні ілюстрації та реальний приклад для приміщень різного призначення та певної площі, продемонстрований у відеосюжеті.
При правильних розрахунках та грамотному монтажі вентилювання будинку здійснюється у відповідному режимі. Це означає, що повітря в житлових приміщеннях буде свіжим, з нормальною вологістю і без неприємних запахів.
Якщо ж спостерігається зворотна картина, наприклад, постійна задуха, у ванній кімнаті чи інші негативні явища, потрібно перевірити стан вентиляційної системи.
Галерея зображень
Висновки та корисне відео на тему
Ролик #1. Корисні відомості щодо принципів роботи системи вентилювання:
Ролик #2. Разом із відпрацьованим повітрям житло залишає і тепло. Тут наочно продемонстровано розрахунки теплових втрат, пов'язаних із роботою системи вентиляції:
Правильний розрахунок вентиляції - основа її благополучного функціонування та запорука сприятливого мікроклімату в будинку чи квартирі. Знання основних параметрів, на яких базуються такі обчислення, дозволить не лише правильно спроектувати систему вентилювання під час будівництва, а й відкоригувати стан, якщо обставини зміняться.
Витрати теплоти на підігрів санітарної нормиприпливного зовнішнього повітря при сучасних методахтеплозахисту огороджувальних конструкцій становлять у житлових будинках до 80% теплового навантаження на опалювальні прилади, а у громадсько-адміністративних будівлях – понад 90%. Тому енергозберігаючі системи опалення в сучасних конструкціях будівель можуть бути створені лише за умови
утилізації теплоти витяжного повітря на нагрівання санітарної норми зовнішнього припливного повітря.
Також успішний досвід застосування в адміністративній будівлі у Москві установки утилізації з насосною циркуляцією проміжного теплоносія – антифризу.
При розташуванні припливних і витяжних агрегатів на відстані більше 30 м одна від одної система утилізації з насосною циркуляцією антифризу є найбільш раціональною та економічною. У разі розташування їх поруч можливе ще ефективніше рішення. Так, у кліматичних районах з м'якими зимами, коли температура зовнішнього повітря не опускається нижче -7 °С, широко застосовуються пластинчасті теплоутилізатори.
На рис. 1 показана конструктивна схема пластинчастого рекуперативного (тепловіддача здійснюється через розділову стінку) теплоутилізаційного теплообмінника. Тут показано (рис. 1, а) «повітряно-повітряний» теплоутилізатор, зібраний з пластинчастих каналів, які можуть виготовлятися з тонкої листової оцинкованої сталі, алюмінію та ін.
Малюнок 1.а - пластинчасті канали, в яких зверху над розділовими стінками каналів надходить витяжне повітря L y, а горизонтально-припливне зовнішнє повітря L п.н; б - трубчасті канали, в яких зверху в трубках проходить витяжне повітря L y, а горизонтально в міжтрубному просторі проходить зовнішнє припливне повітря L п.н
Пластинчасті канали полягають у кожух, що має фланці для приєднання до припливних та витяжних повітроводів.
На рис. 1 б показаний «повітряно-повітряний» теплообмінник з трубчастих елементів, які можуть бути також виготовлені з алюмінію, оцинкованої сталі, пластмаси, скла та ін. Труби закріплюються у верхні і нижні трубні решітки, що формує канали для проходу витяжного повітря. Бічні стінки та трубні решітки утворюють каркас теплообмінника, з відкритими фасадними перерізами, які приєднуються до повітропроводу надходження зовнішнього припливного повітря L п.н.
Завдяки розвиненій поверхні каналів і пристрою в них насадок, що турбулізують повітря, в таких «повітряно-повітряних» теплообмінниках досягається висока теплотехнічна ефективність θ t п.н (до 0,75), і це є головною гідністю таких апаратів.
Недоліком цих рекуператорів є необхідність передогрівання зовнішнього припливного повітря в електрокалориферах до температури не нижче -7 ° С (щоб уникнути замерзання конденсату на стороні вологого витяжного повітря).
На рис. 2 показана конструктивна схема припливно-витяжного агрегату з пластинчастим утилізатором теплоти витяжного повітря L на нагрівання припливного зовнішнього повітря L п.н. Припливний та витяжний агрегати виконуються в єдиному корпусі. Першими на вході припливного зовнішнього L п.н і витяжного L, що видаляється, у повітря встановлені фільтри 1 і 4. Обидва очищених потоку повітря від роботи припливного 5 і витяжного 6 вентиляторів проходять через пластинчастий теплоутилізатор 2, де енергія отепленого витяжного повітря L у передається холодному припливному L п.н.
Малюнок 2. Конструктивна схема припливного та витяжного агрегатів з пластинчастим утилізатором, що має обвідний повітряний канал по зовнішньому припливному повітрі:1 - повітряний фільтр у припливному агрегаті; 2 - пластинчастий утилізаційний теплообмінник; 3 - фланець приєднання повітряного тракту надходження витяжного повітря; 4 - кишеньковий фільтр для очищення витяжного повітря L у; 5 – припливний вентилятор з електродвигуном на одній рамі; 6 – витяжний вентилятор з електродвигуном на одній рамі; 7 - піддон збору з каналів проходження витяжного повітря з конденсованої вологи; 8 - трубопровід відведення конденсату; 9 - обвідний повітряний канал для проходу повітря припливного L п.н; 10 - автоматичний привод повітряних клапанів в обвідному каналі; 11 - калорифер догрівання зовнішнього припливного повітря, що живиться гарячою водою
Як правило, витяжне повітря має підвищений вміст вологи і температуру точки роси не нижче +4 °С. При надходженні в канали теплоутилізатора 2 холодного зовнішнього повітря з температурою нижче +4 °С на розділових стінках встановиться температура, при якій на поверхні каналів з боку руху витяжного повітря, що видаляється, буде відбуватися конденсація водяної пари.
Утворений конденсат під впливом потоку повітря L у буде інтенсивно стікати в піддон 7, звідки по приєднаному до патрубка 8 трубопроводу відводиться в каналізацію (або бак-накопичувач).
Для пластинчастого утилізатора характерне наступне рівняння теплового балансу переданої теплоти до зовнішнього повітря припливу:
де Q ту – утилізована припливним повітрям теплоенергія; L у, L п.н - витрати отепленого витяжного та зовнішнього припливного повітря, м 3 /год; ρ у, ρ п.н - питомі густини отепленого витяжного та зовнішнього припливного повітря, кг/м 3 ; I y 1 і I y 2 - початкова та кінцева ентальпія отепленого витяжного повітря, кДж/кг; t н1 і t н2 з р - початкові і кінцеві температури, °С, і теплоємність, кДж/(кг · °С), зовнішнього припливного повітря.
При низьких початкових температурах зовнішнього повітря t н.х t н1 на роздільних стінках каналів конденсат, що випадає з витяжного повітря, не встигає стікати в піддон 7, а замерзає на стінках, що призводить до звуження прохідного перерізу і збільшує аеродинамічний опір проходу витяжного повітря. Це збільшення аеродинамічного опору сприймається датчиком, який передає команду на привід 10 відкриття повітряних клапанів в обвідному каналі (байпасі) 9.
Випробування пластинчастих утилізаторів у кліматі Росії показали, що при зниженні температури зовнішнього повітря до t н.х ≈ t н1 ≈ -15 °С, повітряні клапани в байпасі 9 повністю відкриті і весь зовнішній припливний повітря L п.н проходить, минаючи пластинчасті канали теплоутилізатора 2.
Нагрівання зовнішнього припливного повітря L п.н від t н.х до t п.н здійснюється в калорифері 11, що живиться гарячою водою з центрального джерела теплопостачання. У цьому режимі Q ту, що обчислюється за рівнянням (9.10), дорівнює нулю, так як через приєднаний теплоутилізатор 2 проходить тільки витяжне повітря і I y 1 I 2 , тобто. утилізація теплоти відсутня.
Другим методом запобігання замерзанню конденсату в каналах теплообмінника 2 є електричний підігрів зовнішнього припливного повітря від t н.х до t н1 = -7 °С. У розрахункових умовах холодного періоду року у кліматі Москви холодне припливне зовнішнє повітря в електрокалорифері потрібно нагрівати на ∆t т. ел = t н1 - t н.х = -7 + 26 = 19 °С. Нагрів припливного зовнішнього повітря при θ t п.н = 0,7 і t у1 = 24 ° С складе t п. н = 0,7 · (24 + 7) - 7 = 14,7 ° С або ∆t т.у = 147 + 7 = 217 °С.
Розрахунок показує, що в цьому режимі нагрівання в теплоутилізаторі та калорифері практично однаковий. Використання байпасу або електричного підігріву значно знижує теплотехнічну ефективність пластинчастих теплообмінників у системах припливно-витяжної вентиляції у кліматі Росії.
Для усунення цього недоліку вітчизняними фахівцями розроблено оригінальний метод швидкого періодичного розморожування пластинчастих теплоутилізаторів шляхом підігріву витяжного повітря, що видаляється, що забезпечує надійну та енергоефективну цілорічний роботу агрегатів.
На рис. 3 показана принципова схема установки утилізації теплоти витяжного повітря X на нагрівання зовнішнього припливного повітря L п.н з швидким усуненням обмерзання каналів 2 для поліпшення проходу повітря, що видаляється через пластинчастий теплоутилізатор 1.
Повітропроводами 3 теплоутилізатор 1 з'єднаний з трактом проходження зовнішнього припливного повітря L п.н, а повітроводами 4 з трактом проходження видаленого витяжного повітря L у.
Рисунок 3. Принципова схема застосування пластинчастого теплоутилізатора у кліматі Росії: 1 - пластинчастий теплоутилізатор; 2 - пластинчасті канали для проходу холодного припливного зовнішнього повітря L п.н і теплого витяжного повітря, що видаляється L у; 3 - приєднувальні повітроводи проходу зовнішнього припливного повітря L п.н; 4 - приєднувальні повітроводи проходу витяжного повітря, що видаляється L у; 5 - калорифер в потоці повітря, що видаляється L у на вході в канали 2 пластинчастого теплообмінника 1,6- автоматичний клапан на трубопроводі подачі гарячої води G w г; 7 – електричний зв'язок; 8 - датчик контролю опору повітряного потоку каналах 2 для проходу витяжного повітря L у; 9 - відведення конденсату
При низьких температурахприпливного зовнішнього повітря (t н1 = t н. x ≤ 7 °С) через стінки пластинчастих каналів 2 теплота від витяжного повітря передається повністю теплоті, що відповідає рівнянню теплового балансу [див. формулу (1)]. Зниження температури витяжного повітря відбувається із рясною конденсацією вологи на стінках пластинчастих каналів. Частина конденсату встигає стекти з каналів 2 і трубопроводом 9 видаляється в каналізацію (або бак-накопичувач). Однак більша частина конденсату замерзає на стінках каналів 2. Це викликає зростання перепаду тиску ∆Р у потоці повітря, що видаляється, замірюваного датчиком 8.
При зростанні ∆Р у до налаштованої величини від датчика 8 через провідний зв'язок 7 піде команда на відкриття автоматичного клапана 6 на трубопроводі подачі гарячої води G w г в трубки калорифера 5, встановленого в повітроводі 4 надходження витяжного повітря, що видаляється в пластинчастий утилізатор 1. При відкритому автоматичному клапані 6 трубки калорифера 5 надійде гаряча вода G w г, що викличе підвищення температури повітря, що видаляється t y 1 до 45-60 °С.
При проходженні каналами 2 повітря, що видаляється з високою температуроювідбудеться швидке відтавання зі стінок каналів льодів і конденсат, що утворюється по трубопроводу 9 стече в каналізацію (або в бак-накопичувач конденсату).
Після відтаювання льодів перепад тисків в каналах 2 знизиться і датчик 8 через зв'язок 7 подасть команду на закриття клапана 6 і подача гарячої води калорифер 5 припиниться.
Розглянемо процес утилізації теплоти на Id діаграмі, представлений на рис. 4.
Малюнок 4.Побудова на I-d-діаграмі режиму роботи у кліматі Москви установки утилізації з пластинчастим теплообмінником та розморожуванням його за новим методом (за схемою на рис. 3). У 1 -У 2 - розрахунковий режим вилучення теплоти з витяжного повітря, що видаляється; Н 1 - Н 2 - нагрівання теплоти, що утилізується, припливного зовнішнього повітря в розрахунковому режимі; У 1 - У під 1 - нагрівання витяжного повітря в режимі розморожування від льоду пластинчастих каналів проходження повітря, що видаляється; У 1. раз - початкові параметри повітря, що видаляється після віддачі теплоти на відтавання льодів на стінках пластинчастих каналів; H 1 -Н 2 - нагрівання зовнішнього припливного повітря в режимі розморожування пластинчастого утилізаційного теплообмінника
Проведемо оцінку впливу методу розморожування пластинчастих теплоутилізаторів (за схемою на рис. 3) на теплотехнічну ефективність режимів утилізації витяжного теплоти повітря на наступному прикладі.
ПРИКЛАД 1.Вихідні умови: У великому московському (t н.х = -26 °С) виробничо-адміністративному будинку в системі припливно-витяжної вентиляції змонтовано теплоутилізаційну установку (ТУУ) на базі рекуперативного пластинчастого теплообмінника (з показником θ t п.н = 0,7 ). Об'єм і параметри витяжного повітря, що видаляється, в процесі охолодження становлять: L у = 9000 м 3 /год, t у1 = 24 °С, I y 1 = 40 кДж/кг, t р.у1 = 7 °С, d у1 = 6, 2 г/кг (див. побудову на I-d-діаграмі на рис. 4). Витрата зовнішнього припливного повітря L п.н = 10 000 м 3 /год. Розморожування теплоутилізатора проводиться методом періодичного підвищення температури повітря, що видаляється, як це показано на схемі рис. 3.
Потрібно: Встановити теплотехнічну ефективність режимів утилізації теплоти з використанням нового методу періодичного відтаювання пластин апарату.
Рішення: 1. Обчислюємо температуру нагрітого теплоти, що утилізується, припливного зовнішнього повітря в розрахункових умовах холодного періоду року при t н.х = t н1 = -26 °С:
2. Обчислюємо кількість теплоти, що утилізується, за першу годину роботи установки утилізації, коли обмерзання пластинчастих каналів не вплинуло на теплотехнічну ефективність, але підвищило аеродинамічний опір у каналах проходження повітря, що видаляється:
3. Через годину роботи ТУУ у розрахункових зимових умовах на стінках каналів накопичився шар інею, який спричинив підвищення аеродинамічного опору ∆Р у. Визначимо можливу кількість льоду на стінках каналів проходу витяжного повітря через пластинчастий утилізатор, утвореного протягом години. З рівняння теплового балансу (1) обчислимо ентальпію охолодженого та осушеного витяжного повітря:
Для прикладу, що розглядається, за формулою (2) отримаємо:
На рис. 4 представлено побудову на I-d-діаграмі режимів нагрівання зовнішнього припливного повітря (процес H 1 - H 2) утилізованою теплотою витяжного повітря (процес У 1 -У 2). Побудовою на I-d-діаграмі отримано решту параметрів охолодженого та осушеного витяжного повітря (див. точку У 2): t у2 = -6,5 °С, d у2 = 2,2 г/кг.
4. Кількість конденсату, що випав з витяжного повітря, обчислюється за формулою:
За формулою (4) обчислюємо кількість холоду, витраченого на зниження температури льоду: Q = 45 · 4,2 · 6,5/3,6 = 341 Вт · год. На утворення льоду витрачається така кількість холоду:
Загальна кількість енергії, що йде на утворення льоду на розділовій поверхні пластинчастих теплоутилізаторів, складе:
6. З побудови на I-d-діаграмі (рис. 4) видно, що при протиточному русі пластинчастих каналів припливного L п.н і витяжного L повітряних потоків на вході в пластинчастий теплообмінник найбільш холодного зовнішнього повітря по інший бік роздільних стінок пластинчастих каналів проходить охолоджене до негативних температур витяжне повітря. Саме в цій частині пластинчастого теплообмінника і спостерігаються інтенсивні утворення льоду та інею, які перекриватимуть канали для проходу витяжного повітря. Це спричинить підвищення аеродинамічного опору.
Датчик контролю при цьому подасть команду на відкриття автоматичного клапана надходження гарячої води в трубки теплообмінника, змонтованого у витяжному повітроводі до пластинчастого теплообмінника, що забезпечить нагрівання витяжного повітря до температури t у.под.1 = +50 °С.
Надходження гарячого повітря пластинчасті канали забезпечило за 10 хв відтайку замерзлого конденсату, який у рідкому вигляді видаляється в каналізацію (в бак-накопичувач). За 10 хв нагріву витяжного повітря витрачено таку кількість теплоти:
або за формулою (5) отримаємо:
7. Підведена в калорифері 5 (рис. 3) теплота частково витрачається на розтавання льодів, що за розрахунками в п. 5 вимагатиме Q т.рас = 4,53 кВт · год теплоти. На передачу теплоти до зовнішнього припливного повітря з витраченої теплоти в калорифері 5 на нагрівання витяжного повітря залишиться теплоти:
8. Температура підігрітого витяжного повітря після витрати частини теплоти на розморожування обчислюється за такою формулою:
Для прикладу, що розглядається, за формулою (6) отримаємо:
9. Підігріте в калорифері 5 (див. рис. 3) витяжне повітря сприятиме не тільки розморожуванню льодів конденсату, а й збільшенню передачі теплоти до повітря припливу через розділові стінки пластинчастих каналів. Обчислимо температуру нагрітого зовнішнього припливного повітря:
10. Кількість теплоти, переданої на нагрівання зовнішнього припливного повітря протягом 10 хв розморожування, обчислюється за формулою:
Для режиму, що розглядається, за формулою (8) отримаємо:
Розрахунок показує, що в режимі розморожування, що розглядається, немає втрат теплоти, так як частина теплоти підігріву з повітря, що видаляється Q т.у =12,57 кВт · год переходить на додатковий догрівання припливного зовнішнього повітря L п.н до температури t н2.раз = 20 ,8 °С замість t н2 = +9 °С при використанні тільки теплоти витяжного повітря з температурою t у1 = +24 °С (див. п. 1).
