.

Теплоутилизаторы в системах вентиляции


Принцип работы теплоутилизатора

Теплоутилизаторы для систем кондиционирования делятся на три основных типа:

  • перекрестноточные (рекуперативные)
  • вращающиеся (регенеративные)
  • система с промежуточным теплоносителем, состоящая из двух теплообменников

В перекрестноточных теплообменниках происходит теплопередача между разделенными потоками вытяжного и приточного воздуха. Из-за турбулентного течения воздуха между пластинами КПД утилизации тепла в таких утилизаторах высок, а гидравлическое сопротивление низкое.

Во вращающемся теплообменнике тепло вытяжного воздуха аккумулируется вращающимся колесом. Вытяжной теплый воздух нагревает колесо, которое вращается и оказывается в потоке холодного приточного воздуха. Эффективность теплообмена регулируется изменением скорости вращения двигателя рабочегно колеса.

Если между приточной и вытяжной установками большое расстояние или совершенно недопустимо смешение приточного и вытяжного воздуха, то для переноса тепла используют промежуточный теплоноситель. Теплоносителем служит обычно незамерзающая жидкость (раствор этиленгликоля в воде). Система теплоутилизации состоит из двух теплообменников, соединенных трубами с теплоносителем.

Вентиляторы - теплоутилизаторы Frivent

Компания Frivent выпускает теплоутилизаторы вращающегося типа. В спиральном корпусе с двумя всасывающими и двумя выпускными отверстиями и рабочим колесом из пористого материала одновременно производится перемещение наружного вытяжного воздуха и обмен тепла. Рабочее колесо вентилятора служит при этом для передачи тепла. КПД теплообмена не зависит от разницы температур.

Теплоутилизаторы Frivent позволяют вернуть в систему около половины тепла, уносимого вытяжным воздухом. Если нет понижения температуры вытяжного воздуха ниже точки росы (конденсации влаги), то возвращается 48 % явного и 40 % скрытого тепла, т.е. эффективность теплоутилизации (КПД по энтальпии) составляет 44 %. При понижении температуры ниже точки росы образующийся конденсат за счет центробежной силы отбрасывается. Высвобождаемое при этом тепло поступает в приточный воздух как явное тепло. При этом утилизация явной теплоты увеличивается, а скрытой - снижается. Общая эффективность теплоутилизации (КПД по энтальпии) сохраняется равной 44 %.

Побудителем тяги и переносчиком тепла является рабочее колесо вентилятора, изготовленное из пенополиуретана и химически устойчивое к щелочам, бензину, спирту, глицерину, маслу и слабым кислотам. Максимальная допустимая температура двигателя вентилятора равна +40С. При более высоких температурах надо использовать теплоутилизатор с внешним двигателем.

splitstream.ru

Приточно-вытяжная система вентиляции с утилизацией теплоты удаляемого воздуха - Вентиляция

В Северной Европе и Скандинавии получили распространение системы вентиляции многоэтажных жилых зданий с подогревом приточного воздуха за счет теплоты удаляемого с помощью теплоутилизаторов. Теплоутилизаторы в системах вентиляции получили развитие в 1970-е годы в период энергетического кризиса.

К настоящему времени массовое применение нашли теплоутилизаторы: – рекуперативного типа на базе пластинчатых воздухо-воздушных теплообменников (рис. 41); – регенеративные с вращающейся теплообменной насадкой (рис. 42); – с промежуточным теплоносителем с теплообменниками «жидкость-воздух» (рис. 43).

По своему исполнению в многоэтажных жилых зданиях теплоутилизаторы могут быть центральными на все здания или группу квартир и индивидуальными, поквартирными.

Рис. 42. Теплоутилизатор с вращающейся теплообменной насадкой

Рис. 41. Теплоутилизатор рекуперативного типаутилизатор теплоты вентиляционного воздуха)

При сходных массогабаритных показателях наибольшей энергетической эффективностью обладают регенеративные теплоутилизаторы (80—95%), далее следуют рекуперативные (до 65%) и на последнем месте находятся теплоутилизаторы с промежуточным теплоносителем (45-55%).

По своим конструктивным особенностям теплоутилизаторы с промежуточным теплоносителем мало пригодны для индивидуальной поквартирной вентиляции, и поэтому на практике их используют для центральных систем.

Рис. 43. Утилизатор теплоты вентиляционного воздуха с промежуточным теплоносителем: 1 – приточная вентустановка; 2 – вытяжная вентустановка; 3 – теплообменник; 4 – циркуляционный насос; 5 – фильтр; 6 – корпус утилизатора

Регенеративные теплоутилизаторы обладают существенным недостатком — вероятностью смешивания определенной части удаляемого воздуха с приточным в корпусе аппарата, что, в свою очередь, может привести к переносу неприятных запахов и болезнетворных бактерий. Объем перетекающего воздуха в современных аппаратах сокращен до долей процента, но, тем не менее, большинство специалистов рекомендуют ограничить их область применения пределами одной квартиры, коттеджа или одного помещения в общественных зданиях.

Рекуперативные теплоутилизаторы, как правило, включают в свой состав два вентилятора (приточный и вытяжной), пластинчатый теплообменник, фильтры (рис. 41). В современных конструкциях в теплоутилизатор встраиваются два водяных или электрических подогревателя. Один служит для защиты от замораживания вытяжного тракта теплообменника, второй — для догрева температуры приточного воздуха до заданного значения.

Эти системы, по сравнению с традиционными, обладают рядом достоинств, к числу которых следует отнести существенную экономию тепловой энергии, расходуемой на подогрев вентиляционного воздуха, — от 50 до 90% в зависимости от типа применяемого утилизатора; а также высокий уровень воздушно-тепловой комфортности, обусловленный аэродинамической устойчивостью вентиляционной системы и сбалансированностью расходов приточного и удаляемого воздуха.

При установке рекуперативных теплоутилизаторов поквартирно появляются: – возможность гибко регулировать воздушно-тепловой режим в зависимости от режима эксплуатации квартиры, в том числе с использованием рециркуляционного воздуха; – возможность защиты от городского, внешнего шума (при использовании герметичных светопрозрачных ограждений); – возможность очистки приточного воздуха с помощью высокоэффективных фильтров.

Реализация указанных достоинств связана с решением ряда проблем: – необходимо предусмотреть соответствующие объемно-планировочные решения квартиры и выделить место для размещения теплоутилизаторов и дог полнительных воздуховодов; – следует предусмотреть защиту от замораживания теплоутилизаторов при низких температурах наружного воздуха (-10 °С и ниже); – утилизаторы должны быть в малошумном исполнении и при необходимости оборудованы дополнительными шумоглушителями; – необходимо обеспечить квалифицированное техническое обслуживание теплоутилизаторов (замена или чистка фильтров, промывка теплообменника).

Различные модификации утилизаторов теплоты удаляемого воздуха производят в общей сложности более 20 фирм. Кроме того, производство энергосберегающего оборудования начинается и на отечественных предприятиях.

Уровень звуковой мощности приведен без сети воздуховодов, без глушителей для открыто расположенного утилизатора.

Широкое применение в жилых многоэтажных зданиях систем механической вентиляции с утилизацией теплоты вытяжного воздуха сдерживается рядом факторов: – практически отсутствует материальное стимулирование энергосбережения у потребителей — владельцев квартир; – инвесторы-застройщики не заинтересованы в дополнительных затратах на инженерное оборудование в домах эконом- и бизнес-класса, полагая, что качество вентиляции — второстепенный показатель в формировании рыночной стоимости жилья; – «отпугивает» необходимость технического обслуживания механической вентиляции; – население недостаточно информировано о критериях воздушно-теплового комфорта жилища, его влиянии на здоровье и работоспособность.

Вместе с тем наметилась положительная тенденция преодоления отмеченных проблем, и у инвесторов, и у покупателей квартир появляется практический интерес в современных технических решениях систем вентиляции.

Сравним эффективность традиционной вентиляции и новых технических решений применительно к жилым многоэтажным зданиям массовой застройки.

Предлагается три варианта организации вентиляции в жилых 17-этажных зданиях серии П-44 для условий Москвы: A. Вентиляция по типовому проекту (естественная канальная вытяжка из помещений кухни, ванны и туалета и приток за счет инфильтрации и от крывания фрамуг окон). Б. Механическая вытяжная, центральная система вентиляции с установкой в квартирах приточных и вытяжных клапанов постоянного расхода воздуха.

B. Механическая приточно-вытяжная система вентиляции с утилизацией теплоты удаляемого воздуха в рекуперативных теплообменниках.

Сравнение проводилось по трем критериям: – качество воздуха; – расход тепловой энергии в системах вентиляции; – акустический режим.

Для условий Москвы по данным метеонаблюдений были приняты следующие климатические условия.

В расчетах приняты следующие значения сопротивления теплопередаче: – стен — 3,2 м2 • °С/Вт; – окон – 0,62 м2 • °С/Вт; – покрытий — 4,04 м2 • °С/Вт.

Система отопления с традиционными конвекторами на параметры теплоносителя 95/70 °С.

В каждом подъезде на этаже расположено две 2-комнатных, одна 1-комнатная и одна 3-комнатная квартиры. В каждой квартире предусмотрена кухня с электроплитой, ванная комната и туалет.

Вытяжка производится в соответствии с нормативами: – из кухни — 60 м3/ч; – из ванной комнаты — 25 м3/ч; – из туалета — 25 м3/ч.

Для анализа принято, что в варианте А за счет проветривания путем открывания фрамуг окон среднесуточный объем притока соответствует объему вытяжки из квартиры.

Рис. 44. Рекуператор с установкой догревателей воздуха в квартирах экспериментального дома: 1 – вентилятор удаляемого воздуха; 2 – вентилятор приточного воздуха; 3 – пластинчатый теплообменник; 4 – электрический нагреватель; 5 – подогреватель теплообменника; 6 – фильтр для наружного воздуха (класс EU5); 7 – фильтр для удаляемого воздуха (класс EU5); 8 – датчик против замерзания теплообменника; 9, 10 – автоматический сброс термозащиты; 11, 12 – ручной сброс термозащиты; 13 – датчик температуры приточного воздуха

В варианте Б постоянный воздухообмен обеспечивается за счет работы центрального вытяжного вентилятора, сетью воздуховодов связанного с каждой из квартир. Постоянство воздухообмена обеспечивается применением приточных клапанов постоянного расхода, установленных в створках окон, и саморегулирующихся вытяжных клапанов на кухне, в ванной комнате и туалете.

В варианте В используется механическая приточно-вытяжная система вентиляции с утилизацией теплоты удаляемого воздуха для подогрева приточного в пластинчатом теплообменнике. При сравнении также принято условие постоянства воздухообмена.

По критерию качества воздуха вариант А существенно уступает вариантам Б и В. Проветривание осуществляется периодически в течение произвольно выбранного жителями времени, т. е. субъективно и потому далеко не всегда эффективно. В зимний период проветривание связано с необходимостью покидать жителями проветриваемое помещение. Попытки отрегулировать открытие фрамуг для постоянной вентиляции чаще всего приводят к нестабильности работы вентиляции, возникновению сквозняков, температурному дискомфорту. При периодическом проветривании качество воздуха после закрытия форточек ухудшается, и большую часть времени жители проводят в загрязненной воздушной среде (рис. 45).

Рис. 45. Изменение воздухообмена и концентрации вредных веществ при периодическом проветривании помещений: 1 — воздухообмен; 2 — концентрация вредных веществ;

3 — нормативный уровень концентрации вредных веществ

Особый режим вентиляции предусматривается для помещения кухни. При приготовлении пищи в работу включается надплитньгй зонт, оборудованный высокопроизводительным многоскоростным вентилятором. Воздухопроиз-водительность современных надплит-ных зонтов достигает 600—1000 м3/ч, что во много раз превышает показатель расчетного воздухообмена в квартире. Для удаления воздуха от надплитных зонтов, как правило, предусматриваются отдельные воздуховоды, не связанные с системой общеобменной вытяжной вентиляции из кухни. Компенсационный расход приточного воздуха обеспечивается приточным клапаном в стене, открываемым в период работы зонта. Общий вывод по сравниваемым вариантам можно сделать следующий: наибольшей эффективностью по воздушно-тепловому комфорту и экономии тепловой энергии обладает вариант В с утилизацией теплоты вытяжного воздуха; для нормализации акустического режима требуются дополнительные меры по шумозащите вентиляторной установки.

Постоянно работающая вентиляция квартир с использованием приточных клапанов (вариант Б), встроенных в створки окон или наружные стены, при низких температурах наружного воздуха может привести к тепловому дискомфорту, связанному с неравномерным распределением температуры и скорости движения воздуха в помещениях. Несмотря на то что рекомендуется располагать приточные клапаны над или за отопительными приборами, специалисты в Западной Европе ограничивают эффективную область применения таких систем вентиляции районами с температурой наружного воздуха не ниже -10 °С. Наибольший интерес представляет вариант вентиляции В, т. е. механическая приточно-вытяжная вентиляция с утилизацией теплоты удаляемого воздуха в рекуперативных теплообменниках. Именно по этой системе произведено проектирование и строительство экспериментальной системы.

Экспериментальное здание состоит из четырех секций; общее количество квартир — 264. Под зданием размещен гараж-стоянка на 94 автомобиля. На 1-м этаже находятся вспомогательные нежилые помещения, два верхних этажа отведены под спортивно-оздоровительный центр. Жилые квартиры располагаются со 2-го по 16-й этаж. В квартирах свободной планировки от 60 до 200 м2 общей площади предусмотрены, помимо жилых помещений, кухня, ванная комната с санузлом, постирочная, гостевой туалет, кладовые помещения, застекленные лоджии. Здание построено по индивидуальному проекту (архитектор П. П. Пахомов). Конструктивные решения здания представляют собой монолит с эффективным утеплителем с кирпичной облицовкой. Концепция энергосберегающих решений здания разработана под руководством президента Ассоциации инженеров по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизики, профессора Ю. А. Табунщикова, архитектурной мастерской «Архитекторы-XXI век», ОАО «ЦНИИПРОМЗДАНИЙ», ООО «НПО “ТЕРМЭК”».

Проектом предусмотрено комплексное решение, в котором функционально связаны энергосберегающие архитектурно-планировочные решения, эффективные ограждающие конструкции и инженерные системы нового поколения.

Конструкции здания имеют высокий уровень теплозащиты. Так, сопротивление теплопередаче стен составляет 3,33 м2 • °С/Вт, металлопластиковых окон с двухкамерными стеклопакетами — 0,61 м2*°С/Вт, верхних покрытий — 4,78 м2 • °С/Вт, лоджии застеклены солнцезащитными тонированными стеклами.

Внутренние параметры воздуха для холодного периода приняты следующими: – жилые комнаты — 20 °С; – кухня — 18 °С; – ванная — 25 °С; – туалет — 18 °С.

В здании запроектирована горизонтальная поквартирная система отопления с периметральной разводкой трубопроводов по квартире. Металлопластиковые трубы с теплоизоляцией в защитной гофре замоноличены в подготовку «черного» пола. На все здание общей площадью около 44 тыс. м2 в системе отопления жилой части всего четыре пары стояков (подающий и обратный) по числу секций. На каждом этаже в лифтовом холле к стоякам присоединены распределительные коллекторы к квартирам. Коллекторы оборудованы арматурой, балансировочными вентилями и квартирными счетчиками теплоты.

В здании запроектирована и реализована поквартирная регулируемая приточно-вытяжная система вентиляции с утилизацией теплоты удаляемого воздуха .

Компактный приточно-вытяжной агрегат с пластинчатым рекуператором размещен в подшивном потолке гостевого туалета рядом с кухней.

Забор приточного воздуха осуществляется через теплоизолированный воздуховод и отверстие в наружной стене, выходящей на лоджию кухни. Удаляемый воздух забирается из помещения кухни. Вытяжка из туалетов и ванной комнаты не теплоутилизируется, т. к. на момент согласования проекта нормативы запрещали объединять в пределах квартиры в одну вентиляционную сеть вытяжки кухни, ванной комнаты и туалета. В настоящее время согласно «Техническим рекомендациям по организации воздухообмена в квартирах многоэтажного жилого дома» это ограничение снято.

В условиях свободной планировки квартир объединение общим горизонтальным вытяжным воздуховодом трех-четырех зон требует специальных архитектурно-планировочных решений, устройства в квартире горизонтальной сети воздуховодов, что трудно осуществимо по конструктивным соображениям.

В отопительный период 2003—2004 годов в 3-комнатной квартире на 12-м этаже были проведены предварительные испытания квартирной системы вентиляции с утилизацией теплоты удаляемого воздуха. Общая площадь квартиры составляет 125 м2. Испытания проводились в квартире без отделки, без межкомнатных перегородок и дверей. Выборочные результаты испытаний приведены в табл. 22. Температура наружного воздуха 4 составляла от +4,1 до -4,5 °С при преимущественно облачной погоде. Температура воздуха в помещении tB поддерживалась квартирной системой отопления со стальными радиаторами, оборудованными термостатическими вентилями, в диапазоне от 22,8 до 23,7 °С. В ходе испытаний с помощью увлажнителей воздуха изменялась относительная влажность воздуха ф от 25 до 45%.

В квартире был установлен рекуперативный теплоутилизатор, максимальной производительностью по приточному воздуху Lnp = 430 м3/ч. Объем удаляемого воздуха Ь„игутл составлял примерно 60—70% от приточного, что обусловлено настройкой аппарата на утилизацию только части удаляемого воздуха. Аппарат оборудован воздушными фильтрами приточного и вытяжного тракта и двумя электрическими нагревателями. Первый нагреватель номинальной мощностью 0,6 кВт предназначен для защиты вытяжного тракта от замораживания конденсата, который специальной дренажной трубкой через гидрозатвор отводится в канализацию. Второй нагреватель мощностью 1,5 кВт предназначен для догрева приточного воздуха tw до заданного комфортного значения.

Рис. 46. План квартиры с системой вентиляции: 1 – приточно-вытяжная установка с утилизатором; 2 – воздухозабор с лоджии; 3 – вытяжка из кухни; 4 – вытяжка из гостевого туалета; 5 – вытяжка из гардеробной; 6 — вытяжка из ванной; 7 — потолочный перфорированный воздухораспределитель

Для простоты монтажа он также выполнен электрическим.

В процессе испытания проводились измерения температуры и влажности наружного, внутреннего и удаляемого воздуха, расхода приточного и удаляемого воздуха, расхода теплоты квартирной системой отопления Qm по показаниям теплосчетчика, расхода электроэнергии.

Теплоутилизатор оборудован системой автоматики с контроллером и пультом управления. Система автоматики предусматривает включение первого нагревателя при достижении температуры стенки теплообменника ниже +1 °С, второй нагреватель может включаться и отключаться, обеспечивая постоянство заданной температуры приточного воздуха, которая находилась в процессе испытаний в диапазоне от 15 до 18,3 °С. Система управления вентиляторами позволяет выбрать три фиксированных режима расхода воздуха, соответствующих кратности воздухообмена от 0,48 до 1,15 1/ч.

Контроль и задание температуры и расхода воздуха осуществляется с дистанционного проводного пульта управления.

Испытания показали устойчивую работу квартирной системы вентиляции и энергетическую эффективность утилизации теплоты удаляемого воздуха.

Следует отметить ряд особенностей в проведении исследований, которые нельзя не принимать во внимание при оценке показателей воздушно-теплового режима квартиры.

1. В новостройках свежий бетон и раствор выделяют значительное количество влаги в помещения. Период, в течение которого влага в строительных конструкциях приходит в равновесное состояние, достигает 1,5—2 лет. Так, в результате испытаний примерно через полгода после заполнения монолита и укладки стяжки влагосодержание внутреннего воздуха при наличии вентиляции составляло 4—4,5 г/кг сухого воздуха, в то время как влагосодержание наружного воздуха не превышало 1—1,5 г/кг сухого воздуха.

По нашим оценкам, в монолитном здании для приведения конструкций в равновесное влажностное состояние необходимо ассимилировать до 200 кг влаги на каждый кв. метр площади пола. Количество теплоты, необходимое для испарения этой влаги, в начальный период равно 10—15 Вт/м2, а в период испытаний — 5—7 Вт/м2, что составляет значительную часть в тепловом балансе квартиры в холодный период года. Не учитывать этот фактор при осуществлении отопления и вентиляции опрометчиво, особенно в монолитном домостроении.

2. В процессе испытаний отсутствовали так называемые внутренние бытовые тепловыделения, размер которых в нормативах предлагается принимать 10 Вт/м2. Представляется, что этот показатель должен быть дифференцированным в зависимости от площади квартиры на одного жителя.

В больших квартирах (более 100 м2) с площадью на одного человека 30—50 м2 вероятное значение этого показателя должно снижаться до 5—8 Вт/м2. В противном случае проектная тепловая мощность систем отопления и вентиляции зданий может оказаться заниженной на 10—30%.

Однако более целесообразно во время строительства, в частности зданий с монолитными конструкциями, выделяющими в помещения много влаги, перед сдачей зданий и особенно перед их заселением производить просушку с помощью находящихся в распоряжении строителей мощных электронагревателей. К сожалению, такая просушка до проведения испытаний не производилась.

Как отмечалось, рассматриваемое экспериментальное здание проектировалось и строилось как энергосберегающее. По результатам проведенных испытаний с поправками на прогнозируемые бытовые тепловыделения и теплоту испарения влаги в строительных конструкциях были рассчитаны удельные теплоэнергетические характеристики 3-комнатной квартиры в расчете на 1 м2 площади при поддержании в квартире температуры 20 °С.

Результаты расчетов показали, что после отделки квартир и заселения здания удельный расчетный годовой расход теплоты на отопление и вентиляцию снижается почти вдвое со 132 до 70 кВт • ч/(м2 • год), а с применением утилизации теплоты до 44 кВт • ч/(м2 • год).

Дальнейшая эксплуатация здания позволит проверить принятые в предварительных расчетах допущения.

Исследования экспериментальной системы должны охватить все факторы, характеризующие ее работу, в том числе и психологическое отношение жильцов, использующих новые для них устройства.

Электроподогрев воздуха в экспериментальной системе по сравнению с использованием для этой цели теплоты от теплофикации, к которой присоединено здание, экономически неоправдан. Такое решение было принято для удобства эксперимента, в частности, для замеров, касающихся расходов теплоты. Однако, по мнению авторов, со временем человечество начнет переходить на полное электротеплоснабжение жилых городских зданий. Поэтому экспериментальное исследование системы, в которой квартирная вентиляция работает с использованием электровоздухонагревателей, представляет интерес для будущего.

Читать далее:

Климатизация и вентиляция квартир в летний периодСовмещение приточно-вытяжной системы вентиляции квартир с воздушным отоплениемТеплопотери квартир и целесообразность применения в России приточно-вытяжной системы вентиляцииЭксплуатация жилого здания, построенного в начале 2000-х годовЭксплуатация вентиляции зданийКонструктивное оформление приточно-вытяжной системыОсобенности расчета приточно-вытяжной системыЖилые комнатыСанитарные узлы и кухниОпыт проектирования, устройства и эксплуатации вентиляции высотных жилых зданий

stroy-server.ru

Рекуператор в системах вентиляции

На сегодняшний день «стал ребром» вопрос об энергоэффективности. Поэтому везде, и системы вентиляции не исключение, используют энергосберегающие установки и машины. Бережное отношение к энергии вынуждает потребителей все чаще обращаться к системам утилизации теплоты.

В зависимости от конкретных условий, установка со встроенным рекуператором позволяет сэкономить до 90% потребностей в энергии по сравнению с установкой без него. Это теоретические данные. На практике же наши исследования показали, что наиболее эффективный роторный рекуператор экономит 75% максимум, но это, согласитесь, тоже довольно внушительная цифра.О самой вентиляции с рекуперацией и принципе действия раньше упоминалось в статье по ссылке. Мы же не будем повторятся и рассмотрим именно сам рекуператор.

Что такое рекуператор?

Благодаря теплоутилизатору, тепло, забираемое из удаляемого воздуха, передается приточному. При этом конструкция рекуператора определяет условия его применения, эффективность и качество приточного воздуха на выходе из устройства. 

В соответствии со стандартами, утилизаторы тепла делятся на 4 категории:

  • рекуперативные теплоутилизаторы. Теплообмен между воздушными потоками происходит через разделяющую перегородку.
  • регенеративные теплоутилизаторы. Тепло воздуха передается промежуточному аккумулятору, а затем этот накопитель отдает тепло приточному потоку.
  • регенеративные с промежуточным теплоносителем. Теплоноситель контактирует с воздухом через разделяющую поверхность, а перенос тепла осуществляется газообразным или жидкостным теплоносителем.
  • тепловые насосы. О данной категории теплоутилизаторов читайте в статье по ссылке.

Все категории теплоутилизаторов обладают такими преимуществами как:

  1. Высокая экономичность, благодаря снижению расходов на эксплуатацию
  2. Уменьшение нагрузки на окружающую среду благодаря снижению энергопотребления
  3. Снижение расходов предприятия за счет уменьшения расходов на отопление и кондиционирование.

Виды рекуператоров

Ознакомимся ближе с различными видами рекуператоров и их действием.

Пластинчатый рекуперативный теплоутилизатор

Пластинчатый рекуператор изготавливают в двух конструктивных решениях: перекрестный и противоточный. Наиболее популярный и доступный вариант — это перекрестный пластинчатый рекуператор. КПД такого теплообменника может достигать 65%. Для достижения хорошей теплопроводимости перекрестный рекуператор изготавливается из пластин листового алюминия. Торцы пластин рекуператора скреплены между собой так, что образуются узкие прямоугольные каналы для потоков приточного и вытяжного воздуха. Учитывая, что максимальный переток воздуха через неплотности рекуператора оставляет 0,1%, данное устройство можно считать практически герметичным и пригодным к применению в случаях, где смешение подающесяго и удаляемого воздуха не допускается. Также могут быть изготовлены пластинчатые теплоутилизаторы, в которых обеспечена 100% герметичность от смешения потоков воздушных потоков. Максимальная температура перемещаемой среды не более 90°С. Для рекуператоров с силиконовым уплотнителем максимальная температура не должна превышать 200ºС. Повысить КПД пластинчатого рекуператора можно установив два перекрестных рекуператора последовательно. Это приведет к значительному увеличению длины установки, для начала нужно знать размеры венткамеры. Если же места нет, можете вместо двух перекрестных поставить один перекрестно-противоточный рекуператор, КПД которого соответствует их двойному использованию. Высокий КПД и низкое аэродинамическое сопротивление перекрестно-противоточного рекуператора сделали его конструкцию не прочной, и по этой причине применение этих рекуператоров ограничена системами с небольшим перепадом давления. Сбор и отвод конденсата производится при помощи конденсационных ванн. 

Роторный рекуператор

Роторный теплорекуператор относится к группе регенеративных теплоутилизаторов и представляет собой медленно оборачивающийся ротор-теплонакопитель, что установлен перпендикулярно потокам входного и удаленного воздуха. Когда в установке включен обогрев, то удаляемый воздушный поток передает теплоту в тот сектор ротора через который проходит. Вращаясь, он попадает в поток приточного воздуха, отдавая ему тепло сектор охлаждается. Правильный подбор роторного рекуператора позволяет достичь  КПД 80%, это сочитается с невысоким аэродинамическим сопротивлением и небольшой длиной самого устройства. Помимо переноса тепла роторный теплоутилизаторможет передавать и влагу.Такое решение идеально подходит для офисной вентиляции, ведь предохраняет воздушные массы от чрезмерной сухости. Частичный перенос удаляемого воздуха в приточный канал (примерно 5%) не позволяет использовать такой рекуператор в системах где это строго запрещено. Чтобы уменьшить переток воздуха в качестве уплотнителя между рамой и ротором используется пластмасса или войлок. Достижение полной герметичности невозможно. Продуктивность теплообменного процесса регулируют изменяя скорость вращения ротора благодаря частотному преобразователю.

Гликолевый теплоутилизатор

Гликолевый рекуператор относится к регенеративным системам с промежуточным теплоносителем. Как промежуточный тепло-хладоноситель используют этиленгликолевый раствор. Устройство гликолевого теплоутилизатора: два теплообменника, что соединены друг с другом и образуют замкнутый контур. По нему и движется теплоноситель. Первый змеевик размещают в подающем канале, а другой в вытяжном. В холода вытяжной змеевик работает на охлаждение, а приточный на обогрев. Летом их задание меняется. Конденсационные ванны с гидравлическим затвором служат для собирания и удаления конденсата. Контроль мощности рекуператора делают при помощи трехходового регулировочного вентиля. При работе с взрывоопасными средами и во всех случаях, когда удаляемым и поступающим потокам нельзя соприкоснуться, без гликолевого рекуператора как без рук. Отдаленность в просторе змеевиков гликолевого теплоутилизатора — неоспоримое преимущество при обновлении и усовершенствовании существующих систем вентиляции.

Тепловая труба входит в регенеративные системы с промежуточным теплоносителем. Если вы слышите фразу «тепловая труба» знайте: это название сегмента с большим числом отдельных трубок, у которых внутри жидкость кипящая  почти при 0ºС. Обмен теплом совершается посредством испарения жидкости в нагретом конце трубки, при этом она поглощает теплоту, затем следует конденсация на холодном конце трубки, и отдача тепла, а жидкость опять возвращается к нагретому концу тепловой трубы, в итоге цикл испарение-конденсация идет заново. КПД этих рекуператоров намного ниже нежели предыдущих. Монтировать тепловую трубу в установку следует строго в определенном порядке:1) если подающий и удаляемый потоки находятся один над другим, тепловые трубки монтируют вертикально 2) когда потоки идут в одну линию,тепловые трубки нужно монтировать горизонтально под углом к удаляемому воздушному потоку. И там и там отдача тепла может быть лишь в одну сторону, из-за этого их можно применять только для обогрева. Регулирование производится  байпасным клапаном. Из всего этого следует, что тепловая труба имеет довольно узкую область применения. Поэтому хорошенько подумайте перед установкой именно этого теплоутилизатора.

Расчет рекуператора

Чтобы правильно подобрать и рассчитать рекуператор, нужно иметь достаточно данных о параметрах потоков, между которыми предстоит теплообмен. Во первых нужно знать какую среду вы удаляете ( есть ли агрессивные вещества, пыль или другие загрязнения и другое). Это поможет определить необходимый тип рекуператора. И конечно же нужно знать теплофизические свойства нагреваемого и охлаждаемого потоков, дабы легко произвести расчеты. И самое главное устанавливают нужную тепературу на входе в рекуператор и на выходе, допустимые аэродинамические потери давления.

Расчет рекуператора происходит в 2 этапа:

Надеемся наша статья была вам полезной и вы воспользуетесь изложенной информацией.

Читайте также:

airducts.ru

Расчет воздушных теплоутилизаторов, установленных в приточно-вытяжных устройствах систем вентиляции воздуха

УДК 66.047 (088.8)

Б.С. Сажин, О.С. Кочетов, М.В. Чунаев, В.Б. Сажин, М.А. Апарушкина, А.В. Костылева, Е.В. Духанина

Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

РАСЧЕТ ВОЗДУШНЫХ ТЕПЛОУТИЛИЗАТОРОВ, УСТАНОВЛЕННЫХ В ПРИТОЧНО-ВЫТЯЖНЫХ УСТРОЙСТВАХ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ ВОЗДУХА

In work the design procedure of parameters heat recyclors, the systems of ventilation of air established in forced-air and exhaust devices is submitted. Work of forced-air and exhaust installations of systems of ventilation with rotating and lamellar heat recyclors is considered. Parameters forsed andremoved air on an output(exit) from heat exchangor are determined at the charge of forsed and of removed air of 5000 kg / ch, reference temperature удаляемого air th2 = 20°C . The developed technique allows to define(determine) the maximal value

of difference of temperatures on the channel forsed air in a mode of operation heat recyclors with loss of a condensate on all surface and to estimate an opportunity of freezing of the condensate which is dropping out on a surface heat recyclor.

В работе представлена методика расчета параметров теплоутилизаторов, установленных в приточно-вытяжных устройствах систем вентиляции воздуха. Рассмотрена работа приточно-вытяжных установок систем вентиляции с вращающимся и пластинчатым теплоутилизаторами. Определены параметры приточного и удаляемого воздуха на выходе из теплообменника при расходе приточного и удаляемого воздуха 5000 кг/ч, начальной температуре удаляемого воздуха tHl = 20°C . Разработанная методика позволяет определить максимальное значение перепада температур по каналу приточного воздуха в режиме работы теплообменника с выпадением конденсата на всей поверхности и оценить возможность замерзания конденсата, выпадающего на поверхности теплообменника.

Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов является одним из основных принципов функционирования современного промышленного производства. Максимальный эффект следует ожидать при внедрении мероприятий по экономии энергоресурсов на конечной стадии преобразования, то есть у технологического потребителя. При этом большое практическое значение приобретают вопросы полезного использования энергетического потенциала отходящих от теплотехнологических установок потоков продуктов и отходов. Это направление связано с повышением коэффициента использования топлива и энергии основного технологического агрегата, в том числе за счет возврата отходящих энергетических потоков для интенсификации основного технологического процесса. При этом осуществляется принцип регенерации энергии, результатом которого является снижение удельных расходов топлива в самом технологическом процессе. Здесь наибольший интерес представляют приточно-вытяжные установки систем вентиляции с вращающимся и пластинчатым теплоутилизаторами (рис.1 и 2).

Обслуживание камер вращающегося теплоутилизатора осуществляется с кровли. Барабан закреплен на металлической раме и приводится во вращение с частотой l0 об/мин с помощью клиноременной передачи 12 от привода, состоящего из электродвигателя 14 и червячной передачи 13. Нижняя часть камеры разделена перегородкой на приточный и вытяжной отсеки, в каждом из которых расположен фильтр 4, выполненный в виде вынимающейся кассеты, которая представляет собой металлическую раму прямоугольной формы, в которой зигзагообразно уложен фильтрующий материал. В верхней части камеры приварены переходные короба 5, на фланцах которых установлены приточный 6 и вытяжной 8 вентиляторы. Забор воздуха приточным вентилятором осуществляется сбоку с помощью входной коробки 7, выброс воздуха вытяжным вен-

тилятором осуществляется вертикально вверх. Расстояние между выхлопным отверстием и верхней кромкой заборной коробки принято равным 2 м; при необходимости оно может быть увеличено за счет длины выхлопной трубы. Воздух по приточному или вытяжному каналам проходит сквозь барабан по каналам 17 или 19, образованному соответственно гофрами 16 или 18, забирая или отдавая тепло посредством материала 15 и алюминиевой фольги. К отверстию приточного канала камеры присоединяется воздуховод 2, расположенный в помещении. На горизонтальном участке его предусмотрена установка воздухораспределителя 3, в качестве которого применены, например вихревые регулируемые воздухораспределители типа ВВР. Область применения крышной приточно-вытяжной установки ограничена температурой воздуха, подаваемого в помещение, так как установка калорифера на приточном воздухе невозможна из-за недостаточного давления, развиваемого приточным вентилятором. Однако расчеты показывают, что при температуре удаляемого воздуха 20 °С и температуре наружного воздуха - 20 °С, установка обеспечивает нагрев подаваемого воздуха до 8 °С, т. е, дополнительного подогрева не требуется. При этом экономия теплоты для установки

з

производительностью 5 тыс. м /ч (по каждому из потоков воздуха) составит 47 кВт, а 20 тыс. м3/ч - 187 кВт.

Рис.1. Приточно-вытяжная установка с теплоутилизатором: 1- железобетонный стакан, 2- воздуховод, 3- воздухораспределитель, 4 - фильтры очистки воздуха, 5 - переходные короба, 6 - приточный вентилятор, 7- входная коробка, 8 - вытяжной вентилятор, 9 - вращающийся регенеративный теплоутилизатор, 10-камера, 11- металлическая рама, 12 - клиноременная передача, 13-червячная передача, 14- электродвигатель, 15- теплопроводный материал, 16,17,18,19 - гофры, 20 - выдвижной каркас, 21- перегородка, 22- опоры сердечника барабана, 23 шкив привода клиноременной передачи.

Методику расчета параметров приточного и удаляемого воздуха на выходе из теплообменника рассмотрим на примере стационарного воздушного пластинчатого теплоути-лизатора, представленного на рис.2

Теплообменная поверхность рекуператора собрана из пластин, меду которыми расположено оребрение (1р = 2,6 мм;5р = 0,15 мм ), образующее каналы в виде равносторонних треугольников ( 2в = 60° ). Просвет между пластинами 13 = 3мм, 8т = 0,15мм. Расход приточного и удаляемого воздуха 5000 кг/ч. Начальная температура удаляемого воздуха Iн1 = 20°С ; влагосодержание ён1 = 7,2г / кг ; 1рЛ = 8,2°С ; грс = 25,96кДж / кг;

/м1 = 38,5кДж / кг. В рекуператоре подогревают приточный воздух с начальной температурой 2 = -5°С ; энтальпия насыщенного воздуха при 2 = -5°С составляет: СГ = 1,26кДж / кг . Площадь фронтального сечения в каждом канале рекуператора 1фР = 0,7 • 0,7 = 0,49м2, глубина I = 0,3м. Схема движения теплообменивающихся сред противоточная.

Сначала находим площадь живого сечения для прохода воздуха:

1 = Л1 = Л = /фр • / ,

где /уд по табл. 3.2 [1] равна 0,897м2 /м2

/ = 0,49 • 0,897 = 0,440м2. Затем определяем площадь теплообменной поверхности в потоке удаляемого (Б1) и приточного (Б2) воздуха

^ = ^ = ¥2 = ¥у • У = ¥у • /фр • I,

где ¥у по табл. 3.2 [1] равна 1905м2/м3

^ = 1905 • 0,49 • 0,3 = 280,035м2. Определяем эквивалентный диаметр теплообменника Бэкв: по табл. 3.2 [1] Еэкв = 1,769мм и массовую скорость движения воздуха в живом сечении теплообменника

(сор) = = 5000 = 3,160кг /(с • м2). (1)

4 'в 3600/ 3600 • 0,440 v !

Плотность удаляемого воздуха р1 = 1,164кг / м3, а плотность приточного воздуха р2 = 1,260кг / м3.

Скорость потоков удаляемого и приточного воздуха

С =(Р = ^ = 2,715м/с ; (2)

1 р 1,164

с = = = 2,508м/с . (3)

2 р2 1,260

Определяем значения критерия Яе и критерия №

= ^ = 2,715-I.769-10-3 = 3,8,881, (4)

1 V 15,06 •Ю-6

Ке2 = 2,508-1,769 '6°-3 = 344,981. (5)

2 у2 12,86 •Ю-6

Ыи1 = 1,99 • Яе0 09• Рг10 33 = 1,99 • 318,8810 09 • 0,7030 33 = 2,976; (6)

Ыщ = 1,99 • Яе009 • Рг°'33

= 1,99 • 344,9810,09 • 0,710 33 = 3,007.

0,33

(7)

У

1-1

Рис. 2. Расчетная схема воздушного пластинчатого теплоутилизатора.

Определяем приведенные коэффициенты конвективного теплообмена и коэффициент теплопередачи

(8) (9)

к =

а =а = 43,576 • 0,8 = 34,861Вт /(м2 • К); а2, = а2 •Пор = 40,799• 0,8 = 32,639Вт/(м2 • К).

1 1 = 16,857Вт /(м2 • К).

1 1

— + —г

а,

1

-+-

1

(10)

34,861 32,639

Находим безразмерные параметры, характеризующие режим теплообменников без выпадения конденсата и при выпадении конденсата на поверхности

Ро, =

к • Р 3,6 • 16,857 • 280,035

Сх • св

Щ =

к • Р

Ро' = к1

• св

• СВ

5000-1 5000•!

= 3,399;

= 1;

5000Л 3,6 • 22,521 • 280,035

• сн

щ = •Снас

02 • СВ

5000 • 2,084 5000 • 2,084 5000•!

= 2,179;

= 2,084.

(11) (12)

(13)

(14)

Определяем значения относительного перепада температур (энтальпий) по формулам 3.25, 3.42, 3.43, 3.40 [1]

0рс1 =

г - гнас

рс1 н2

г - гнас

н1 н2

25,96 -1,26 38,5 -1,26

= 0,663;

дмин _

°ра =■

(1 -о^ ) •

cyberleninka.ru


Смотрите также