CC BY
23СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА CONSTRUCTION AND ARCHITECTURE
УДК 62-1
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ УТИЛИЗАТОРОВ ТЕПЛОТЫ
Х.Х. Долов
Аннотация. Актуальность статьи обоснована стремлением передового строительства минимизировать энергопотребление.
Ключевые слова: энергоэффективность, энергосберегающие технологии, теплообменники, системы жизнеобеспечения.
ENERGY SAVING WITH THE USE OF HEAT EXCHANGERS
H.H. Dolov
Abstract. This article is relevant because the industry of innovative construction is looking for ways how to minimize energy consumption.
Keywords: energy efficiency, energy-saving technologies, heat exchangers, life support systems.
Теплоутилизатор - теплообменный аппарат утилизации бросового тепла или холода технологического процесса или выбрасываемого воздуха в целях его дальнейшего использования нагрева или охлаждения воздуха.
Кондиционер - теплоутилизатор - агрегат, конструктивно состоящий из блоков центрального кондиционера с включением блока теплоутилизации.
Теплоутилизации - Теплоутилизатор, снабженный функциональными элементами центрального кондиционера.
Климат-контроль - это система, состоящая из кондиционера, системы отопления, системы фильтрации, особых датчиков, находящихся в различных пространствах, а еще электрического блока климат-контроля.
Система климат-контроля гарантирует автоматическое регулирование характеристик воздуха в помещении. При верной работе передовых приборов для регенерации (рекуперации) тепла / мороза их срок буквально не ограничен, а производительность сберегается, в том числе, и в грозных погодных критериях.
Регенеративными теплообменниками - утилизаторами теплоты - называются теплообменники у которых передача теплоты от нагретого теплоносителя к холодному осуществляется с помощью теплоаккумулирующей насадки попеременно омываемой ими. Отличительной особенностью регенеративных теплообменных аппаратов от других типов
является зависимость протекания процессов тепло- и массообмена не только от координат поверхности теплообмена, но и от времени. Регенеративные теплообменники подразделяются на теплообменники со стационарной переключающейся и с вращающейся насадкой (рисунок 1).
В стационарных переключаемых регенераторах насадка неподвижна и при периодическом изменении направления движения потока попеременно омывается то холодным то нагретым теплоносителем.
Переключаемые регенераторы значительно уступают вращающимся по компактности. Однако у них имеются и преимущества: простота изготовления и возможность использования в качестве материала теплоаккумулирующей насадки гравия галечника и т.д. Такие регенераторы находят применение в системах вентиляции, воздушного отопления и охлаждения малоэтажных зданий (например, жилых площадью до 90-100 кв м).
Во вращающихся регенеративных теплообменниках систем ОВК теплоаккумулирующая насадка последовательно проходит через два воздушных потока. Часть насадки омываемая удаляемым из помещений теплым воздухом, нагревается а при прохождении через приточный холодный воздух охлаждается нагревая его. Такой теплообменник-утилизатор имеет особую конструкцию. Он состоит из корпуса ротора с аккумулирующей насадкой электродвигателя с приводом насадки, сектора продувки и устройства управления частотой вращения насадки.
Особенностью регенеративных теплообменников является зависимость эффективности переноса от числа оборотов насадки. На графике (рисунок 2) эта зависимость выражается наличием двух характерных участков. При частоте вращения ротора п = 1-3 об/мин на эффективность утилизатора существенное влияние оказывает теплоемкость насадки ротора.
Если число оборотов насадки п > 4, то это не сказывается на эффективности регенератора, что объясняется практически постоянными температурами в каждом ее сечении при прохождении удаляемого и приточного воздуха. В этот период интенсивность тепло и -массообмена остается постоянной. Исходя из этого число оборотов насадки рекомендуется принимать не менее 4 об/мин. Для большинства теплоутилизаторов число оборотов вращения конструктивно принято 10 об/мин.
Тепловая эффективность регенеративных теплоутилизаторов с вращающейся насадкой находится в диапазоне 60-90 %. Так, для одного из лучших энтальпийных утилизаторов «Эконовент EV» г|, = 81 % при скорости воздуха 2 м/с и аэродинамическом сопротивлении
а - стационарного (1 - клапан; 2 - вентилятор; 3 - воздуховоды);
б - с вращающейся насадкой (1 - поток удаляемого воздуха; 2 - каналы для прохода воздуха; 3 - насадка; 4 - поток приточного воздуха; 5 - сектор продувки; 6 - привод насадки; 7 - разделительная перегородка)
Рисунок 1. Схемы регенеративных теплообменников - утилизаторов теплоты
1 - vp =1,8 кг/(м2 • с);
2 - vp = 2,5 кг/(м2 • с);
3 - vp = 4,0 кг/(м2 • с);
4 - vр = 5,2 кг/(м2 • с)
Рисунок 2. Графики зависимости эффективности переноса теплоты ВРТ
от числа оборотов насадки:
ПО Па. Для несорбционного регенератора ТП.10-Э2РГ.01 коэффициент тепловой эффективности равен 0,75 при аэродинамическом сопротивлении 170 Па.
Параметрический ряд выпускаемых теплоутилизаторов включает следующие типоразмеры: 10, 16, 25, 40, 63, 80, 125 тыс. м3/ч воздуха по каждому из потоков.
Вращающиеся регенераторы-теплоутилизаторы в системах вентиляции и кондиционирования воздуха могут применяться в виде вспомогательного оборудования или использоваться в качестве основного оборудования для обработки воздуха. В качестве примера приведена принципиальная схема прямоточной системы кондиционирования воздуха с ВРТ (рисунок 3).
По сравнению с рекуперативными теплообменниками-утилизаторами вращающиеся регенераторы характеризуются:
- компактностью;
- простотой организации противоточного движения потоков воздуха, при котором тепловая эффективность аппарата достигает Л/ = °,8;
- применением насадок с малыми эквивалентными диаметрами каналов d3 = 1-3 мм для прохода воздуха;
1 - кондиционируемое помещение;
2 - регенеративный теплообменник;
3 - воздушный клапан;
4 -фильтр;
5 - оросительная камера;
6 - калорифер;
7 - вентилятор
Рисунок 3. Принципиальная схема системы кондиционирования воздуха с ВРТ
- небольшим аэродинамическим сопротивлением в режиме с конденсацией водяного пара;
- отсутствием необходимости удалять образующийся конденсат;
- возможностью одновременно нагревать и увлажнять приточный воздух.
К недостаткам ВРТ следует отнести:
- перетекание удаляемого воздуха в поток приточного;
- наличие вращающейся насадки и ее привода;
- необходимость чистки тепломассообменной поверхности насадки.
Вращающиеся регенераторы, как и многие другие системы утилизации теплоты, могут применяться в летний период для предварительного охлаждения воздуха, используемого в системах кондиционирования зданий. Они эффективно работают также в тех случаях, когда разность температур между потоками горячего и холодного воздуха слишком мала, чтобы эффективно использовать теплообменники-утилизаторы других типов.
Теплообменники - утилизаторы теплоты смесительного типа менее востребованы (по сравнению с теплообменниками-утилизаторами других типов) в системах ОВК для решения задач экономии тепловой энергии. Связано это в основном с непосредственным использованием капельных теплоносителей в контактных процессах переноса теплоты и массы в традиционных аппаратах пленочного типа, форсуночных камерах, орошаемых теплообменниках и т.д.
Принципиальная схема утилизации теплоты загрязненных и минерализованных вод и передача теплоты теплофикационной воде с помощью циркулирующего в промежуточном контуре вазелинового масла представлена на рисунке 4.
Загрязненный теплоноситель или геотермальная вода поступает через водоприемный лоток в контактный теплообменник 4, где отдает теплоту промежуточному теплоносителю.
Нагретый гидрофобный теплоноситель поступает в контактный теплообменник 6, где отдает теплоту воде, циркулирующей в системе отопления 8. Циркуляция теплоносителей осуществляется с помощью насосов 11 и 13. Соли и загрязнения, присутствующие в первичном теплоносителе, удаляются из установки с исходной водой.
Перенос теплоты осуществляется в контактной насадке, заполненной витой стальной стружкой с плотностью укладки р = 140 кг/м3. Насадка укладывается на горизонтальную
1 - источник загрязненной или геотермальной воды;
2 - водоприемный лоток;
3 - маслозатвор;
4,6 - соответственно I -й и 2-й теплообменники; 5 - насадка;
7 - линия раздела фаз;
8 - система отопления;
9 - вентиль;
10 - бак теплофикационной воды;
11 - сетевой насос;
12 - бак гидрофобного теплоносителя;
13 - насос гидрофобного теплоносителя;
14 - гидрозатвор;
15 - бак геотермальной воды удаляется из установки
Рисунок 4. Принципиальная схема теплоснабжения на основе теплообменника с промежуточным гидрофобным теплоносителем
решетку, расположенную на 2 см выше линии раздела фаз вода - вазелиновое масло. В теплообменнике при противоточном движении первичного и гидрофобного промежуточного теплоносителей в нижней части собирается вода, а в верхней - вазелиновое масло.
Большие площади поверхностей контакта между теплоносителями позволяют осуществлять в малых объемах охлаждение или нагрев вторичного теплоносителя до температур, близких к начальной температуре первичного теплоносителя.
Интенсивность переноса теплоты в контактном теплообменнике определяется по формуле
КУ = т [14,214 - 125,6 (У/Т)2 + 100,48 (У/У)], где:
К - объемный коэффициент теплопередачи, кВт/(м3 ^°С);
та - поправочный множитель, зависящий от диаметра капель воды;
УГУ - соотношение объемных расходов воды и промежуточного теплоносителя.
Значение поправочного множителя может быть определено по формуле
т. = 8,685 - 2,4Ы + 0,247а2 - 0,0084а3 ,
а ' ' к ' к ' к'
где йк - усредненный диаметр капель, мм.
(1)
(2)
Зависимость объемного коэффициента теплопередачи от соотношения объемных расходов воды и диаметра капель первичного теплоносителя после прохождения струеобразу-ющих отверстий водоприемного лотка показана на рисунок 5. Использование формулы (1) и указанного графика ограничивается соотношением объемных расходов теплоносителей: УЖ < 0,7.
п 5
Теплообменники - утилизаторы теплоты смесительного типа с промежуточным гидрофобным теплоносителем нашли применение на автопредприятиях, нефтяных базах, заводах железобетонных конструкций. Например, система отопления тепличного хозяйства с геотермальной скважиной, имеющей часовой дебит 80 м3/ч, при охлаждении воды от температуры 65°С до 35°С, позволяет экономить 2750 кВт теплоты. Соотношение объемов первичного и вторичного теплоносителей в установке У1У = 0,4.
Рисунок 5. Графики зависимости объемного коэффициента теплопередачи от соотношения объемных расходов VJVn и диаметра капель
Вывод. Внедрение рекуператоров в сочетании с другими способами, повышающими энергоэффективность, позволит сберечь от 50 до 80% тепла воздуха, выходящего из здания, совместно с вытяжным воздухом. Эффективность сохраняющих энергию технологий быстро растет с внедрением самодействующей системы регулировки подачи тепла и холода в вентилируемое здание, связанное с системой климат-контроля. Чтобы избрать необходимый образ теплообменника, нужно буквально аристократия особенности работы прибора и вероятность его внедрения в ту или же другую систему вентиляции.
Библиографический список
1. Рекомендации по проектированию систем вентиляции и кондиционирования воздуха с вращающимися регенераторами. Ташкент, 1982.
2. Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха / под ред. Л.Д. Богуславского, В.И. Ливчака. М., 1990.
3. Карте Е.Е. Энергосбережение в системах кондиционирования воздуха. М., 1986.
Х.Х. Долов
Московский информационно-технологический университет - Московский архитектурно-строительный институт
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент кафедры строительства и городского хозяйства МИТУ-МАСИ Ю.А. Геллер
E-mail: dolov753@gmail.com
