Журнал «МИР КЛИМАТА» заканчивает публикацию фрагментов нового курса учебно-консультационного центра АПИК «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА» — «Тепло- и холодоснабжение центральных кондиционеров и приточных вентиляционных систем».
Данная статья содержит часть курса, посвященную теплоутилизаторам с промежуточным теплоносителем для вентиляционных систем.
Общие сведения об утилизации теплоты
 |
| Рис. 1. Секции перекрестно-точного теплообменника: а – ванна и сепаратор на выходе из вытяжной секции; б – ванна и сепаратор на выходе из вытяжной секции; Ванна и сепаратор на выходе из приточной секции (применяется летом во время охлаждения приточного воздуха в перекрестно-точном теплообменнике); в – ванна и сепаратор на выходе из вытяжной секции. Фильтры первой ступени класса EU3 на входе в приточную и вытяжную секции. Возможен монтаж регулирующего воздушного клапана и эластичных вставок; г – ванна и сепаратор на выходе из вытяжной секции. Ванна и сепаратор на выходе из приточной секции (необходимы летом при охлаждении приточного воздуха в перекрестно-точном теплообменнике). Фильтры первой ступени класса EU3 на выходе в приточную и вытяжную секции. Возможен монтаж регулирующего воздушного клапана и эластичных вставок |
В последнее время большую актуальность приобрела проблема экономии теплоты, затрачиваемой на нагрев приточного воздуха в системах вентиляции. Поэтому появилась необходимость использовать тепловые вторичные ресурсы, такие как:
- теплота воздуха, удаляемого системами вытяжной общеобменной вентиляции и вытяжных систем местных отсосов, когда рециркуляция воздуха недопустима;
- тепло и холод, которые выделяются при работе технологических установок, которые пригодны для систем вентиляции и кондиционирования.
Для использования теплоты удаляемого из помещений воздуха применяются теплоутилизаторы, которые подразделяются на три типа:
- перекрестно-точные рекуперативные теплообменники;
- вращающиеся регенеративные теплообменники (роторные);
- система с промежуточным теплоносителем, состоящая из двух теплообменников.
Тип утилизатора определяет и тип соответствующей секции центрального кондиционера.
Остановимся подробнее на этих трех видах теплоутилизаторов.
Перекрестно-точный теплообменник
Теплообменник изготовлен из алюминиевых пластин, создающих систему каналов для протекания двух потоков воздуха. В теплообменнике происходит теплопередача между этими герметично разделенными потоками воздуха с различными температурами.
Вытяжной, удаляемый из помещения, воздух протекает в каждом втором канале между пластинами теплообменника, нагревая их.
Приточный воздух протекает через остальные каналы теплообменника и поглощает теплоту нагретых пластин. Примеры различных вариантов секций перекрестно-точного теплообменника показаны на рис. 1.
 |
| Рис. 2 Секции с вращающимся теплоутилизатором: 1 – вращающаяся насадка; 2 – щит управления; 3 – электропривод с клиноременной передачей; 4 – поддон |
Благодаря турбулентному течению воздуха в каналах теплообменника достигается высокая эффективность утилизации теплоты (до 75%) при сравнительно низком гидравлическом сопротивлении.
В связи с возможностью конденсации влаги из вытяжного удаляемого воздуха за теплообменником установлен сепаратор (каплеуловитель) со сливным поддоном и отводом конденсата через гидрозатвор в систему канализации.
Для исключения обледенения теплообменника в холодный период года по вытяжной стороне на нем устанавливается термостат, управляющий положением воздушного клапана с электроприводом на обводной байпасной линии.
Вращающийся (роторный) теплообменник
Вращающийся теплообменник — это устройство, в котором процесс теплообмена происходит в результате аккумуляции теплоты вращающейся регенеративной насадкой.
Насадка представляет собой гофрированный стальной лист, свернутый так, чтобы были созданы каналы для горизонтального протекания воздуха. Изготовленная в форме колеса, она вращается электродвигателем с редуктором и ременной передачей (см. рис. 2).
Вытяжной удаляемый воздух, имеющий более высокую температуру, чем приточный, проходит через «насадку», нагревая ее. Вращаясь, насадка оказывается в потоке холодного приточного воздуха, где происходит передача теплоты от насадки к приточному воздуху.
Регулирование эффективности теплоутилизации производится путем изменения числа оборотов вращающегося теплообменника.
В связи с возможностью конденсации влаги из потока вытяжного воздуха за теплообменником устанавливается сепаратор (каплеуловитель) со сливным поддоном и отводом конденсата через гидрозатвор в систему канализации.
 |
| Рис. 3 Общий вид теплообменников. Секции теплоутилизации с промежуточным теплоносителем: а – теплообменник расположен на расстоянии; б – теплообменник рядом |
Секция вращающегося (роторного) теплообменника включает:
- теплообменник;
- привод, состоящий из электродвигателя, редуктора и ременной передачи (привод может быть с постоянным или переменным числом оборотов);
- щит управления;
- корпус.
Допускаемая скорость движения воздуха через теплообменник составляет 4,5 м/с, максимальная температура (рабочая) не должна превышать +50ºС.
Вращающиеся теплообменники имеют самую высокую эффективность теплоутилизации — до 85%.
Однако основным их недостатком является наличие взаимного перетекания воздушных потоков, что делает их непригодными там, где требуется полное разделение потоков приточного и вытяжного воздуха.
Система с промежуточным теплоносителем
Эта система утилизации теплоты имеет свой собственный циркуляционный контур теплоносителя с собственным мембранным баком. Циркуляционный контур заливается незамерзающей жидкостью, которая передает теплоту от вытяжного воздуха к приточному. Циркуляция незамерзающей жидкости по закрытому контуру осуществляется специальным насосом.
Воздух, удаляемый из верхней зоны помещения вытяжной установкой, нагревает промежуточный теплоноситель в теплообменнике (теплоизвлекающий теплообменник).
Подогретый промежуточный теплоноситель через систему трубопроводов попадает в теплоотдающий теплообменник приточной системы, где отдает теплоту вытяжного воздуха наружному приточному воздуху.
Теплоизвлекающий теплообменник вытяжной системы, расположенный в потоке удаляемого воздуха, оснащен каплеуловителем и поддоном. В поддоне установлен переливной патрубок, выходящий наружу кожуха секции. Присоединение переливного патрубка с системой канализации осуществляется через гидрозатвор.
Как правило, утилизированной теплоты оказывается недостаточно для нагрева приточного воздуха до необходимой температуры, и наружный воздух приходится догревать дополнительно.
В качестве промежуточного теплоносителя применяют, как правило, различные антифризы, так как теплоноситель в теплоотдающем теплообменнике, отдавая теплоту, обычно остывает до отрицательных температур. Поэтому вполне оправданно применение водного раствора антифризов с температурой замерзания не выше –40°C (для Москвы).
Эффективность рекуперации теплоты подобной системы достигает до 60%.
Достоинством рассматриваемой системы является полная аэродинамическая изоляция потоков приточного (наружного) и вытяжного (удаляемого) воздуха, исключающая перетекание части загрязненного воздуха в приточный, чего нельзя полностью избежать при использовании регенеративных воздуховоздушных (роторных) теплообменников.
Пример расчета утилизации теплоты с промежуточным теплоносителем
 |
| Рис. 4 |
Исходные данные:
- место расположения объекта: г. Москва;
- расчетные параметры наружного воздуха в холодный период года:
t(Н) = tнБ, º С; JнБ, кДж/кг;
- назначение объекта — бассейн.
Параметры воздуха:
- удаляемого (вытяжного):
Gу, кг/ч; t (У), ºС; J (У), кДж/кг; φ (У), %
- приточного:
Gп, кг/ч; t (П), ºС; J (П), кДж/кг.
Решение.
1. На J-d-диаграмме наносим точку У с параметрами удаляемого воздуха (см. рис. 4) и точку f, параметры которой принимаются
t (f) = 2 ºС; φ (f) = 100 %
с учетом необмерзания теплообменника.
2. Процесс утилизации теплоты пойдет по прямой, соединяющей эти две точки, до относительной влажности φ (У1) точки У1.
Обязательное условие утилизации теплоты:
φ (У1) = 88 % при φ (У) от 30 до 40 %;
φ (У1) = 92 % при φ (У) от 50 до 70 %,
Наш случай φ (У1) = 65 %.
φ (У1) = 98 % при φ (У) более 70 %.
Таким образом, точка У1 — точка утилизации теплоты — имеет параметры:
t (У1), ºС; J (У1), кДж/кг; φ (У1), %.
| Принципиальная схема гидравлической обвязки утилизации теплоты с промежуточным теплоносителем |
 |
| Рис. 5. Условные обозначения: 1 – насос циркуляционный; 5 – клапан шаровой запорный; 2 – клапан трехходовой с электроприводом; 6 – мембранный расширительный бак; 3 – балансировочный клапан; 7 – термометр; 4 – фильтр жидкостный сетчатый; 8 – монометр. |
3. Для дальнейших расчетов на J-d-диаграмме строим из точки f линию условно сухого режима с постоянным влагосодержанием, т. е. d = const.
4. Проводим линии постоянных теплосодержаний — энтальпий J = const из точек У и У1 до пересечения с линией постоянного влагосодержания d = const, проведенной из точки f.
Полученные точки У’ и У1’ имеют параметры:
- точка У’ t (У’), ºС; J (У’), кДж/кг;
- точка У1’ t (У1’), ºС; J (У1), кДж/кг.
5.Количество утилизированной теплоты составит:
Qу = Gу [J (У’) — J (У1’)] = C ∙ Gу [t (У’) — t (У1’)], кДж/кг.
Заметим, что определить количество утилизированной теплоты можно без дополнительных точек У’ и У1’ по формуле:
Qу = Gу [J (У) — J (У1)], кДж/кг.
О том, для чего вводятся точки У’ и У1’, можно узнать из полной версии данного курса.
6. Находим температуру приточного воздуха после теплоотдающего теплообменника:
7. Определяем количество антифриза, циркулирующего в системе:
где Саф — удельная теплоемкость антифриза, кДж/кг∙ ºС;
Δ tаф — разность температуры подогретого антифриза и температуры охлажденного антифриза.
Рекомендуется принимать Δtаф = 6 °С.
8. Во избежание обмерзания теплообменников принимаем среднюю температуру антифриза Δtср.аф. = +1°С, тогда:
- температура подогретого антифриза составит:
- температура охлажденного антифриза:
Для нашего случая расчет возможно закончить.
Публикуемые материалы являются лишь небольшими фрагментами программы ДПО, обучение по которой можно пройти в Учебно-консультационном центре «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА». Узнать подробности и записаться на обучение можно на сайте центра www.hvac-school.ru или по телефону (495) 225–22–42.
