Рекуперация тепла что это такое и для чего требуется?

Рекуперация тепла – процесс, который осуществляется устройством, охватывающим два источника воздуха передаваемого при разных температурах. Фактически устройство передаёт энергию от одной стороны к другой. Также этот процесс можно охарактеризовать как основанный на предварительном нагреве поступающего внутрь воздуха за счёт рециркуляции отработанного тепла.

Системы рекуперации – характеристика в целом

В общем и целом рекуперация тепла разделяется на два вида — рекуперация явного тепла и рекуперация энтальпийного тепла. Энтальпийные теплообменники, благодаря способности регенерировать как явное, так и скрытое тепло, обладают лучшим экологическим эффектом. Обеспечивают большую долю влажной нагрузки в системе вентиляции и соответствуют требованиям к влажности воздуха в помещении для проектов современных зданий.

Типичная система теплообменника жилого здания обычно содержит:

• модуль теплообменника,
• вход свежего воздуха,
• отдельный выход загрязнённого воздуха,
• рекуператор.

ВЫТЯЖНОЙ

Современные системы рекуперации тепла позволяют утилизировать около 60–95% энергии отходов, что видится эффективно многообещающим. Рассмотрим четыре категории систем рекуперации тепла, предназначенных для жилых зданий, а именно:

1. Вращающийся диск.
2. Стационарный пластинчатый модуль.
3. Тепловая труба.
4. Циркуляционная система.

Перечисленное списком оборудование имеет свои особенности технически и технологически, что естественным образом сказывается на эффективности действия и на достижении желаемого результата.

Рекуперация тепла – конструктивное исполнение модулей

Среди разработанных устройств подобного рода достаточно широко используются на практике две конструкции, стоящие в списке первыми. Это схема на основе вращающегося диска и схема на основе стационарного пластинчатого модуля. Ещё два устройства – тепловая труба и система водоотвода, применяются тоже, но уже несколько реже первых двух конструкций.

Конструкция дисковый рекуператор

Рекуперации тепла посредством вращающегося диска, по сути, представляет вращающееся металлическое пористое колесо. Вращение такого колеса выполняется приводом от электродвигателя. В процессе обмена тепла и влаги два потока поочерёдно проходят сквозь пористую структуру колеса. Скорость вращения ротора, как правило, небольшая, 3 — 15 оборотов за минуту.

Достигаемая эффективность рекуперации тепла вращающегося металлического диска на стороне воздуха, как правило, намного выше, чем показывает любая другая конструкция рекуперации.

Обусловлено это природой теплообменных дисков, которые позволяют теплу отводиться от системы рекуперации тепла на стороне воздуха с учётом природы тепла. Дисковый рекуператор передаёт тепло от потока выхлопных газов к потоку питания, не проходя непосредственно через среду обмена.

Обычно рекуперация тепла вращающимся диском обеспечивает эффективность теплообмена на 80% и выше. Конструкция вращающегося диска оказалась одним из наиболее эффективных вариантов обработки влаги, переносимой проходящим воздухом.

РЕКУПЕРАЦИЯ

Однако рекуперация тепла вращающимся диском восстанавливает не более 40% доступной энтальпии.

• атмосферные условия,
• скорость смешивания воздуха,
• скорость вращения барабана,
• материалы барабана.

Эти и прочие факторы могут быть основными влияющими факторами на процесс в целом. Многие исследовательские группы усердно работают над достижением высокой эффективности рекуперации тепла посредством вращающегося диска. Оптимальные значения длины и пористости структуры колеса, при этом, могут быть получены с помощью численной модели «Dallaire».

Исследования показывают преимущества роторного теплообменника. В частности, высокую эффективность теплообменника и относительно короткие сроки окупаемости. Однако развитие рекуперации тепла вращающимся диском ограничено проблемами короткого замыкания и перекрестного загрязнения воздуха. В результате короткого замыкания потоки циркулируют в непредусмотренном направлении, что значительно снижает эффективность системы.

Рекуператор стационарный пластинчатый модуль

Стационарные пластинчатые теплообменники построены на основе тонких металлических пластин, уложенных рядами. Так создаются каналы воздушного потока. Первый пластинчатый теплообменник, как утверждается, изобретён в 1923 году. Конструкция применялась для косвенного нагрева/охлаждения жидкости. Существует три типа направления воздушного потока:

1. Противоток.
2. Поперечный поток.
3. Параллельный поток.

Если пластины устройства изготовлены из материала высокой теплопроводности и влагопроницаемости, образуется энтальпийный теплообменник. Физическая эффективность энергии близка к 66%, тогда как для скрытой энергии этот показатель составляет около 59%.

БЕСШУМНАЯ

Между тем, создана система рекуперации с фиксированной пластиной на основе пористого мембранного материала. Тепловая эффективность новой системы составляет около 75% от явной энергетической эффективности и 65% от скрытого эквивалента.

Если пластины конструкции (металлические, пластиковые и прочие) не способны впитывать влагу, теплопроводность и геометрия материала имеют первостепенное значение для рекуперации явного тепла. Обычно при использовании явной рекуперации тепла коэффициент теплообмена может составлять 50% — 80%. Факторы, которые могут повлиять на эффективность теплопередачи пластинчатой конструкцией, включают:

• тип и конструкцию пластин (расположение, ориентация и т.д.);
• материалы теплообменника;
• схема потока.

Современные коммерческие продукты отличаются высокой скоростью теплообменника. Например, совершенная система рекуперации тепла инженеров Дании с фиксированной пластиной обеспечивает коэффициент теплообмена на уровне 93%. Теплообменники с фиксированной пластиной имеют многообещающее будущее с точки зрения более высоких тепловых характеристик в жилых домах.

Рекуператор по схеме тепловая труба

Системы рекуперации, где используются тепловые трубы для передачи энергии, сочетают принципы теплопроводности и фазового перехода. Так достигается эффективная передача энергии между двумя твёрдыми поверхностями. Типичная тепловая труба состоит из двух закрытых областей, заполненных рабочей жидкостью.

Тепловая труба передаёт тепловую энергию с одной стороны на другую с небольшой разницей температур. В момент работы сконденсированная жидкость перемещается в секцию испарения благодаря структуре фитиля, оказывающей капиллярное действие.

Типичное исполнение рекуператоров по схеме тепловая труба позволяет достигать теплового КПД около 50%. Эффективность системы рекуперации тепловых труб в доме с естественной вентиляцией может достигать 50% при потере давления менее 1 Па.

КОНЦЕНТРАТОР

Эффективность, однако, снижается с увеличением расхода воздуха, что приводит к нестандартному тепловому контакту между пластинами и трубками. Что касается факторов, которые могут повлиять на эффективность теплообменных трубок, здесь следует отметить некоторые ключевые точки:

• рабочая жидкость,
• расположение труб,
• скорость воздуха,
• температура на входе испарителя.

Последние годы достаточно большое внимание уделяется применению рекуперации по технологии тепловая труба. Разработана даже технология проверки характеристик и сбора данных относительно эффективности систем тепловых труб для рекуперации в системах кондиционирования воздуха. Скорость теплопередачи для секций испарителя и конденсатора, согласно тестам, имеет тенденцию на увеличение, примерно, до 48%.

Рекуперативная циркуляционная система

Системы циркуляционной рекуперации состоят из двух отдельных теплообменников и промежуточной рабочей жидкости. Посредством насоса перекачивающего промежуточную жидкость, поглощаемое тепло передаётся от одного потока к другому.

Рекуперация таким методом позволяет избежать перекрестного загрязнения через разделение двух теплообменников. Коэффициент теплообмена при рекуперации вторичного тепла колеблется в диапазоне 45% — 65% при нормальных условиях.

КИСЛОРОДНЫЙ

Использование рекуперативной циркуляционной системы в составе жилого здании может увеличить скорость вентиляционного потока без увеличения потребления энергии. Что касается рабочих характеристик рекуперации вторичного тепла, экспериментальные результаты показали интересные моменты.

Для данной общей площади поверхности теплообменников наивысшая общая ощутимая эффективность достигается с конструкциями, которые имеют небольшой коэффициент формы теплового обмена.

Кроме того, эффективность такого типа рекуперации тепла в значительной степени зависит от внешних условий. Поэтому рекуперативная циркуляционная система часто размещается в потоках приточного и вытяжного воздуха промышленных процессов.

Видео по теме рециркуляционных системных установок

Видеороликом ниже представлен краткий обзор промышленной вентиляционной приточно-вытяжной установки, в состав которой включен рекуператор дисковый высокой эффективности действия: