Kammiotyyppisen rekuperaattorin toimintakaavio. Mikä on ilmarekuperaattori? Toimintaperiaate ja tyypit. Katolla sijaitseva vedenkeitin

Kaikki tietävät, että huoneen ilmanvaihtoon on olemassa valtava valikoima järjestelmiä. Yksinkertaisimpia niistä ovat avoimet (luonnolliset) järjestelmät, joissa käytetään esimerkiksi ikkunaa tai tuuletusaukkoa.

Mutta tämä ilmanvaihtomenetelmä ei ole ehdottomasti taloudellinen. Lisäksi tehokkaan ilmanvaihdon varmistamiseksi sinulla on oltava jatkuvasti avoin ikkuna tai vedon olemassaolo. Siksi tämäntyyppinen ilmanvaihto on erittäin tehoton. Sitä käytetään yhä enemmän asuintilojen ilmanvaihtoon. pakkotuuletus lämmöntalteenotolla.

Yksinkertaisesti sanottuna elpyminen on identtinen sanan "suojelu" kanssa. Lämmön talteenotto on lämpöenergian varastointiprosessi. Tämä johtuu siitä, että huoneesta poistuva ilmavirta viilentää tai lämmittää sisään tulevaa ilmaa. Kaavamaisesti palautusprosessi voidaan esittää seuraavasti:

Ilmanvaihto lämmön talteenotolla tapahtuu periaatteen mukaan, jonka tulisi erottaa virtaukset rekuperaattorin suunnitteluominaisuuksien mukaan sekoittumisen välttämiseksi. Esimerkiksi pyörivät lämmönvaihtimet eivät kuitenkaan mahdollista tuloilman täydellistä eristämistä poistoilmasta.

Rekuperaattorin hyötysuhde voi vaihdella 30 - 90 %. Erikoisasennuksissa tämä luku voi olla 96 % energiansäästöstä.

Mikä on ilmarekuperaattori

Ilma-ilma-rekuperaattori on rakenteeltaan lähtöilmamassasta lämmön talteenottolaitteisto, joka mahdollistaa lämmön tai kylmän tehokkaimman käytön.

Miksi valita palautuva ilmanvaihto?

Lämmön talteenottoon perustuvan ilmanvaihdon hyötysuhde on erittäin korkea. Tämä indikaattori lasketaan sen lämmön suhteen, johon rekuperaattori todella tuottaa enimmäismäärä mahdollisimman paljon lämpöä säilytettäväksi.

Millaisia ​​ilmarekuperaattorit ovat?

Nykyään lämmöntalteenotolla varustetun ilmanvaihdon voi suorittaa viiden tyyppisellä rekuperaattorilla:

1. Lamellar, jolla on metallirakenne ja on korkeatasoinen kosteuden läpäisevyys;
2. Pyörivä;
3. kammion tyyppi;
4. Rekuperaattori välilämmönsiirtäjällä;
5. Lämpöputket.

Lämmöntalteenotolla varustetun talon ilmanvaihto ensimmäisen tyyppisellä rekuperaattorilla mahdollistaa kaikilta puolilta tulevat ilmavirrat kulkemaan useiden metallilevyjen ympärillä, joilla on parannettu lämmönjohtavuus. Rekuperaattorin tehokkuus tämän tyyppistä vaihtelee välillä 50-75 %.

Levyrekuperaattorien suunnittelun ominaisuudet

• Ilmamassat eivät ole kosketuksissa;
• Kaikki osat ovat kiinteitä;
• Ei ole liikkuvia rakenneosia;
• Kondensaatiota ei muodostu;
• Ei voida käyttää huoneen ilmankuivaajana.

Pyörivien rekuperaattorien ominaisuudet

Pyörivätyyppisissä rekuperaattoreissa on suunnitteluominaisuuksia, joiden kautta lämmönsiirto tapahtuu roottorin syöttö- ja lähtökanavien välillä.

Pyörivät rekuperaattorit on peitetty kalvolla.

• Tehokkuus jopa 85 %;
• Säästää energiaa;
• Soveltuu huoneen kosteudenpoistoon;
• Sekoitetaan jopa 3 % ilmaa eri virroista, minkä vuoksi hajuja voi siirtyä;
• Monimutkainen mekaaninen suunnittelu.

Kammiorekuperaattoreihin perustuvaa tulo- ja poistoilmanvaihtoa lämmöntalteenotolla käytetään erittäin harvoin, koska sillä on monia haittoja:

• Tehokkuus jopa 80 %;
• Vastaan ​​tulevien virtausten sekoittuminen, mikä lisää hajujen siirtymistä;
• Rakenteen liikkuvat osat.

Välijäähdytysnesteeseen perustuvien rekuperaattorien suunnittelussa on vesi-glykoli-liuos. Joskus tavallinen vesi voi toimia tällaisena jäähdytysnesteenä.

Välilämmönsiirtäjällä varustettujen rekuperaattorien ominaisuudet

• Erittäin alhainen hyötysuhde jopa 55 %;
• Ilmavirtojen sekoittuminen eliminoituu kokonaan;
• Soveltamisala: suuri tuotanto.

Lämpöputkiin perustuva lämmöntalteenotto ilmanvaihto koostuu usein laajasta freonia sisältävästä putkijärjestelmästä. Neste haihtuu kuumennettaessa. Rekuperaattorin vastakkaisessa osassa freoni jäähtyy, minkä seurauksena usein muodostuu kondensaatiota.

Lämpöputkilla varustettujen rekuperaattorien ominaisuudet

• Ei liikkuvia osia;
• Hajujen aiheuttaman ilman saastumisen mahdollisuus on täysin eliminoitu;
• Keskimääräinen hyötysuhde on 50-70%.

Nykyään valmistetaan kompakteja yksiköitä ilmamassan talteenottoon. Yksi liikkuvien rekuperaattorien tärkeimmistä eduista on ilmanvaihtokanavien puuttuminen.

Lämmön talteenoton päätarkoitukset

1. Lämmöntalteenottoon perustuvaa ilmanvaihtoa käytetään sisätilojen vaaditun kosteuden ja lämpötilan ylläpitämiseen.
2. Terveelle iholle. Yllättäen lämmöntalteenotolla varustetut järjestelmät vaikuttavat positiivisesti ihmisen ihoon, joka on jatkuvasti kosteutettu ja kuivumisriski minimoitu.
3. Välttääksesi huonekalujen kuivumisen ja lattian narisemisen.
4. Staattisen sähkön esiintymisen todennäköisyyden lisäämiseksi. Kaikki eivät tiedä näitä kriteerejä, mutta staattisen jännitteen kasvaessa homeet ja sienet kehittyvät paljon hitaammin.

Oikein valittu tulo- ja poistoilmanvaihto kotiisi lämmön talteenotolla säästää merkittävästi lämmityskuluja. talvikausi ja ilmastointi kesällä. Lisäksi tämäntyyppisellä ilmanvaihdolla on myönteinen vaikutus ihmiskehoon, mikä tekee sinusta vähemmän sairaita ja sienen riski talossa minimoituu.

Kaikki suljettu tila tarvitsee päivittäistä ilmanvaihtoa, mutta joskus tämä ei riitä mukavan ja miellyttävän mikroilmaston luomiseen. Kylmänä vuodenaikana, kun ikkunat ovat auki tuuletusta varten, lämpö poistuu nopeasti, mikä johtaa tarpeettomiin lämmityskustannuksiin. SISÄÄN kesäaika Monet ihmiset käyttävät ilmastointia joka vuosi, mutta jäähdytetyn ilman mukana tunkeutuu myös kuumaa ilmaa kadulta.

Lämpötilan tasapainottamiseksi ja ilman tekemiseksi raikkaammaksi keksittiin laite nimeltä ilmarekuperaattori. SISÄÄN talviaika sen avulla et menetä huonelämpöä, ja kesähelteellä se estää kuuman ilman pääsyn huoneeseen.

Mikä on rekuperaattori?

Käännetty latinasta sana toipuja tarkoittaa - palautuskuitti tai palautus Ilman osalta tarkoitamme lämpöenergian palautusta, joka kulkeutuu ilman mukana ilmanvaihtojärjestelmän kautta. Laite, kuten ilmarekuperaattori, selviää ilmanvaihdosta ja kahden ilmavirran tasapainottamisesta.

Laitteen toimintaperiaate on hyvin yksinkertainen; lämpötilaeron vuoksi tapahtuu lämmönvaihtoa, jonka ansiosta ilman lämpötila tasaantuu. Rekuperaattorissa on kaksikammioinen lämmönvaihdin, jotka ohjaavat poisto- ja tuloilmavirtaukset itsensä läpi. Lämpötilaerosta muodostuva kondenssivesi poistuu automaattisesti rekuperaattorista.

Talteenottojärjestelmä ei vain mahdollista ilman tuuletusta huoneessa, vaan se säästää merkittävästi lämmityskustannuksia, koska se vähentää tehokkaasti lämpöhäviöitä. Rekuperaattori pystyy säästää yli 2/3 lämpö poistuu huoneesta, mikä tarkoittaa, että laite käyttää uudelleen lämpöenergia yhdessä teknisessä syklissä.

Laitteen luokitus

Rekuperaattorit eroavat toisistaan ​​jäähdytysnesteen virtauskuvioiden ja suunnittelun sekä käyttötarkoituksensa suhteen. Onko olemassa useita erityyppisiä rekuperaattoreita?

1. Lamellar
2. Pyörivä
3. Vesi
4. Katolle asennettavat laitteet.

Levyjen rekuperaattorit

Niitä pidetään yleisimpinä, koska niiden hinta on alhainen, mutta ne ovat melko tehokkaita. Laitteen sisällä oleva lämmönvaihdin koostuu yhdestä tai useammasta kupari- tai alumiinilevyt, muovia, erittäin vahvaa selluloosaa, ne ovat paikallaan. Laitteeseen tuleva ilma kulkee sarjan kasettien läpi eikä sekoitu; käytön aikana tapahtuu samanaikaisesti jäähdytys- ja lämmitysprosessi.

Laite on erittäin kompakti ja luotettava, se ei käytännössä epäonnistu. Levytyyppiset rekuperaattorit toimivat kuluttamatta sähköä, mikä on tärkeä etu. Laitteen haitoista mainittakoon, että levymalli ei voi toimia pakkasella, kosteuden vaihto on mahdotonta jäätymisen vuoksi pakolaite. Sen poistokanavat keräävät kondenssivettä, joka jäätyy pakkasessa.

Pyörivät rekuperaattorit

Tällainen laite saa voimansa sähköllä; sen siivet saavat voimansa yhdestä tai kahdesta roottorista. täytyy pyöriä käytön aikana, jonka jälkeen ilma liikkuu. Yleensä heillä on sylinterin muotoinen levyt tiukasti asennettuina ja rumpu sisällä.Ne pakotetaan pyörimään ilmavirtojen vaikutuksesta, tulee ensin ulos huoneen ilmaa, ja sitten suuntaa vaihtaen ilma tulee takaisin kadulta.

On huomattava, että pyörivät laitteet ovat suurempia, mutta Niiden tehokkuus on paljon korkeampi kuin lamellit. Ne sopivat erinomaisesti suuret tilat- salit, ostoskeskukset, sairaalat, ravintolat, joten niitä ei kannata ostaa kotiin. Haitoista on syytä huomata tällaisten laitteiden kallis huolto, koska ne kuluttavat paljon sähköä, niitä ei ole helppo asentaa niiden tilavuuden vuoksi ja ne ovat kalliita. Asennusta varten tarvitaan tuuletuskammio suuret koot pyörivä rekuperaattori.

Katolla sijaitseva vedenkeitin

Kierrätyslaitteet siirtävät lämpöenergiaa syöttölämmönvaihtimeen käyttämällä useita jäähdytysaineita - vettä, pakkasnestettä jne. Tämä laite on suorituskyvyltään hyvin samanlainen kuin levyrekuperaattorit, mutta eroaa siitä, että se on hyvin samanlainen vesijärjestelmä lämmitys. Haittana on alhainen tehokkuus ja usein huolto.

Katolle asennettava rekuperaattori säästää tilaa huoneessa. Sen tehokkuus on enintään 68 %, se ei vaadi käyttökustannuksia, kaikki nämä ominaisuudet voidaan katsoa tämän tyypin eduiksi. Huono puoli on, että tällainen rekuperaattori on vaikea asentaa, se vaatii erityisen asennusjärjestelmän. Useimmiten tätä tyyppiä käytetään teollisuuslaitoksissa.

Luonnollinen ilmanvaihto tulee suunnitella ja asentaa mihin tahansa asuinrakennukseen, mutta siihen vaikuttavat aina sääolosuhteet, vuodenajasta riippuen ilmanvaihdon voimakkuus riippuu tästä. Jos ilmanvaihtojärjestelmä toimii tehokkaasti kylmällä talvella, niin kesällä se ei käytännössä toimi.

Asuinrakennuksen tiiviys voidaan vähentää parantamalla luonnollinen ilmanvaihto, mutta se antaa havaittavia tuloksia vain kylmänä vuodenaikana. On myös negatiivinen puoli Esimerkiksi lämpö lähtee asuinrakennuksesta ja sisään tuleva kylmä ilma vaatii lisälämmitystä.

Jotta tämä ilmanvaihtoprosessi ei tule liian kalliiksi kodin omistajille, on tarpeen käyttää huoneesta poistetun ilman lämpöä. Tarve tehdä pakkokierto ilmaa. Tätä varten asetetaan tulo- ja poistoilmakanavien verkko, jonka jälkeen tuulettimet asennetaan. Ne syöttävät ilmaa yksittäisiin huoneisiin, eikä tämä prosessi liity sääolosuhteisiin. Erityisesti tätä tarkoitusta varten lämmönvaihdin asennetaan tuoreiden ja saastuneiden ilmamassojen risteykseen.

Mitä ilmarekuperaattori tarjoaa?

Talteenottojärjestelmän avulla voit minimoida tulo- ja poistoilman sekoittumisprosentin. Laitteessa olevat erottimet suorittavat tämän prosessin. Virtausenergian siirtymisen johdosta rajalle tapahtuu lämmönvaihtoa; suihkut kulkevat yhdensuuntaisesti tai ristikkäin. Palautusjärjestelmällä on monia positiivisia ominaisuuksia.

1. Ilmavirran tuloaukon erityinen säleikkö pitää pölyn, hyönteiset, siitepölyn ja jopa bakteerit kadulta.
2. Puhdistettu ilma tulee huoneeseen.
3. Saastunut ilma, joka voi sisältää haitallisia komponentteja, poistuu huoneesta.
4. Kierrätyksen lisäksi syöttösuuttimet puhdistetaan ja eristetään.
5. Edistää terveellisempää ja terveellisempää unta.

Järjestelmän positiiviset ominaisuudet mahdollistavat sen käytön sisätiloissa erilaisia ​​tyyppejä luoda mukavampaa lämpötilaolosuhteet. Hyvin usein niitä käytetään teollisuustilat joissa tarvitaan suurien tilojen ilmanvaihtoa. Tällaisissa paikoissa on tuettava vakio lämpötila ilmaa, tämä tehtävä hoitaa pyörivät rekuperaattorit, jotka voivat toimia +650 asteen lämpötiloissa.

Johtopäätös

Tarvittava tasapaino tuoretta ja puhdas ilma normaalilla kosteudella syöttö ja poistoilmanvaihto. Asentamalla rekuperaattorin voit ratkaista monia myös energiaresurssien säästämiseen liittyviä ongelmia.

Kun valitset kotiisi ilmarekuperaattoria, sinun on otettava huomioon asuintilan pinta-ala, sen kosteusaste ja laitteen käyttötarkoitus. Sinun tulee ehdottomasti kiinnittää huomiota laitteen kustannuksiin ja asennusmahdollisuuksiin, sen tehokkuuteen, josta koko talon ilmanvaihdon laatu riippuu.

Nimeä aihe uudelleen. Ei näytä koulutusohjelmalta ollenkaan. Häntä kiinnostaa vain PR.
Korjaan nyt hieman.

Pyörivän rekuperaattorin edut:
1. Korkea lämmönsiirtotehokkuus
Kyllä olen samaa mieltä. Korkein hyötysuhde kotitalouksien ilmanvaihtojärjestelmissä.
2. Kuivaa huoneen ilman, koska se ei ole hygroskooppista.
Kukaan ei käytä roottoria erityisesti kuivaukseen. Miksi tämä on plussaa?

Miinukset:
1. Suuret koot.
En ole samaa mieltä.
2. Roottori on monimutkainen liikkuva mekanismi, joka on alttiina kulumiselle, ja käyttökustannukset kasvavat vastaavasti.
Pieni askelmoottori, joka pyörittää roottoria, maksaa 3 kopekkaa ja epäonnistuu harvoin. Kutsutko sitä "monimutkaiseksi liikkumismekanismiksi", joka lisää käyttökustannuksia?
3. Ilmavirrat ovat kosketuksissa, minkä vuoksi seos on jopa 20 %, joidenkin raporttien mukaan jopa 30 %.
Kuka sanoi 30? Mistä sait sen? Ole hyvä ja toimita meille linkki. Voin silti uskoa 10 prosenttiin virtauksesta, mutta 30 on hölynpölyä. Jotkut levyrekuperaattorit eivät ole kaukana hermeettisesti suljettuja tässä suhteessa, ja pieni virtaus on siellä normaalia.
4. Kondenssiveden poisto vaaditaan
Hyvä koulutusohjelmoija, lue ainakin yksi ohjekirja asuntojen ja mökkien kiertoasennuksesta. Siellä on mustavalkoisesti kirjoitettu: normaalissa ilmankosteudessa kondenssiveden poistoa ei tarvita.
5. PVU:n kiinnittäminen yhteen asentoon.
Miksi tämä on miinus?
6. Kuivaa huoneen ilman, koska se ei ole hygroskooppista.
Jos tunnet ilmanvaihtojärjestelmien markkinat, olet jo kiinnittänyt huomiota hygroskooppisesta materiaalista valmistettujen roottoreiden kehittämiseen. Kysymys siitä, kuinka paljon tätä tarvitaan ja kuinka paljon kaikkea tätä hygroskooppisuutta tarvitaan, myös levytyyppisissä rekuperaattoreissa, on melko kiistanalainen kysymys, eikä useinkaan kannata hygroskooppisuutta.

Kiitos vastauksesta.
Kukaan ei esittänyt olevansa koulutusohjelma. Keskustelun ja mahdollisen avun aihe niin käyttäjälle kuin myös minulle käyttäjänä.

"Koska olen hieman kiinnostunut henkilö, vertaan sitä siihen, minkä kanssa työskentelen." – Kirjoitin heti alussa. Vertailen sitä siihen, minkä kanssa työskentelen.

Pyörivä tyyppi on suurempi kuin levytyyppi. Koska vertaan sitä siihen, minkä kanssa työskentelen.

Se, että sillä on korkeimmat tehokkuusindikaattorit, ei mielestäni pidä paikkaansa, kolmoislevytyypillä on enemmän tehoa ja korkeampi pakkaskestävyys. Jälleen vertaan sitä siihen, minkä kanssa työskentelen.

Tämä on liikkuva mekanismi ja kuluu, joten se maksaa kolme kopekkaa. Tämä on hyvä.

Asennus yhteen asentoon on miinus. Aina ei ole mahdollista asentaa täsmälleen kaaviossa esitetyllä tavalla.

Hygroskopia tarvitaan vähentämiseksi Käyttölämpötila, jossa rekuperaattori ei jäädy.

Primäärienergiavarojen tariffien nousun vuoksi talteenotosta on tullut tärkeämpää kuin koskaan. Ilmankäsittelykoneissa, joissa on talteenotto, käytetään yleensä seuraavan tyyppisiä rekuperaattoreita:

• levy tai poikkivirtausrekuperaattori;
• pyörivä rekuperaattori;
• rekuperaattorit, joissa on välijäähdytysneste;
• Lämpöpumppu;
• kammiotyyppinen rekuperaattori;
• rekuperaattori lämpöputkilla.

Toimintaperiaate

Minkä tahansa ilmankäsittelykoneiden rekuperaattorin toimintaperiaate on seuraava. Se tarjoaa lämmönvaihdon (joissakin malleissa - sekä kylmän että kosteuden vaihdon) syöttö- ja kosteudenvaihdon välillä poistoilma. Lämmönvaihtoprosessi voi tapahtua jatkuvasti - lämmönvaihtimen seinien läpi käyttämällä freonia tai välijäähdytysnestettä. Lämmönvaihto voi olla myös jaksottaista, kuten pyörivässä ja kammiorekuperaattorissa. Tämän seurauksena poistoilma jäähtyy ja lämmittää siten raitista tuloilmaa. Tietyissä rekuperaattorimalleissa kylmänvaihtoprosessi tapahtuu lämpimänä vuodenaikana ja mahdollistaa ilmastointijärjestelmien energiakustannusten pienentämisen huoneeseen syötettävän tuloilman jäähdytyksen vuoksi. Kosteudenvaihto tapahtuu poisto- ja tuloilmavirtojen välillä, jolloin voit ylläpitää mukavaa kosteutta huoneessa ympäri vuoden ilman lisälaitteita - ilmankostuttimia ja muita.

Levy- tai poikkivirtausrekuperaattori.

Rekuperatiivisen pinnan lämpöä johtavat levyt on valmistettu ohuesta metallista (materiaali - alumiini, kupari, ruostumaton teräs) folio tai ultraohut pahvi, muovi, hygroskooppinen selluloosa. Tulo- ja poistoilmavirtaukset kulkevat näiden lämpöä johtavien levyjen muodostamien monien pienten kanavien läpi vastavirtakuviossa. Virtojen kosketus ja sekoittuminen ja niiden kontaminaatio on käytännössä poissuljettu. Rekuperaattorin rakenteessa ei ole liikkuvia osia. Hyötysuhde 50-80%. Metallifoliorekuperaattorissa ilman virtauslämpötilojen eroista johtuen kosteutta voi tiivistyä levyjen pinnalle. Lämpimänä vuodenaikana se on tyhjennettävä rakennuksen viemärijärjestelmään erityisesti varustetun viemäriputken kautta. Kylmällä säällä on olemassa vaara, että tämä kosteus jäätyy rekuperaattoriin ja aiheuttaa mekaanisia vaurioita (sulatus). Lisäksi muodostunut jää heikentää rekuperaattorin tehokkuutta huomattavasti. Siksi kylmänä vuodenaikana käytettäessä lämmönvaihtimet, joissa on metalliset lämpöä johtavat levyt, vaativat säännöllistä sulatusta lämpimän poistoilman virtauksella tai lisävesi- tai sähkölämmittimen käyttöä. Tässä tapauksessa tuloilmaa ei joko syötetä ollenkaan tai se syötetään huoneeseen ohittamalla rekuperaattori lisäventtiilin (ohitus) kautta. Sulatusaika on keskimäärin 5-25 minuuttia. Lämmönvaihdin, jossa on erittäin ohuesta pahvista ja muovista valmistettuja lämpöä johtavia levyjä, ei ole alttiina jäätymiselle, koska kosteuden vaihto tapahtuu näiden materiaalien kautta, mutta sillä on toinen haittapuoli - sitä ei voida käyttää korkean kosteuden tilojen tuulettamiseen. kuivaa ne. Levylämmönvaihdin voidaan asentaa tulo- ja poistojärjestelmään sekä pysty- että vaakasuoraan asentoon tuuletuskammion koon mukaan. Levyrekuperaattorit ovat yleisimpiä niiden suhteellisen yksinkertaisuuden ja alhaisten kustannusten vuoksi.

Pyörivä rekuperaattori.

Tämä tyyppi on toiseksi yleisin lamellityypin jälkeen. Lämpö siirtyy ilmavirrasta toiseen sylinterimäisen onton rummun, jota kutsutaan roottoriksi, kautta, joka pyörii pako- ja syöttöosien välillä. Roottorin sisätilavuus on täytetty tiiviisti pakatulla metallikalvolla tai langalla, joka toimii pyörivänä lämmönsiirtopinnana. Kalvo- tai lankamateriaali on sama kuin levyrekuperaattori- kupari, alumiini tai ruostumaton teräs. Roottorissa on vetoakselin vaakasuuntainen pyörimisakseli, jota pyörittää sähkömoottori, jossa on askel- tai invertteriohjaus. Moottoria voidaan käyttää palautusprosessin ohjaamiseen. Hyötysuhde 75-90 %. Rekuperaattorin hyötysuhde riippuu menoveden lämpötiloista, niiden nopeudesta ja roottorin nopeudesta. Roottorin nopeutta muuttamalla voit muuttaa käyttötehoa. Kosteuden jäätyminen roottorissa on poissuljettu, mutta virtausten sekoittumista, niiden keskinäistä saastumista ja hajujen siirtymistä ei voida täysin sulkea pois, koska virtaukset ovat suorassa kosketuksessa toisiinsa. Sekoitus on mahdollista jopa 3 %. Pyörivät lämmönvaihtimet eivät vaadi suuria määriä sähköä ja mahdollistavat ilman kuivaamisen huoneissa, joissa on korkea kosteus. Pyörivien rekuperaattorien rakenne on levyrekuperaattoria monimutkaisempi, ja niiden kustannukset ja käyttökustannukset ovat korkeammat. Pyörivällä lämmönvaihtimella varustetut ilmankäsittelykoneet ovat kuitenkin erittäin suosittuja korkean hyötysuhteensa vuoksi.

Rekuperaattorit välijäähdytysnesteellä.

Jäähdytysneste on useimmiten vettä tai glykolien vesiliuoksia. Tällainen rekuperaattori koostuu kahdesta lämmönvaihtimesta, jotka on yhdistetty putkistojen avulla kiertovesipumpulla ja liittimillä. Toinen lämmönvaihtimista sijoitetaan poistoilmavirran kanssa kanavaan ja vastaanottaa siitä lämpöä. Lämpö siirtyy jäähdytysnesteen kautta pumpun ja putkien avulla toiseen tuloilmakanavassa sijaitsevaan lämmönvaihtimeen. Tuloilma vastaanottaa tämän lämmön ja lämpenee. Virtausten sekoittuminen on tässä tapauksessa täysin poissuljettu, mutta välijäähdytysnesteen läsnäolon vuoksi tämän tyyppisen rekuperaattorin hyötysuhde on suhteellisen alhainen ja on 45-55%. Tehokkuuteen voidaan vaikuttaa pumpulla vaikuttamalla jäähdytysnesteen nopeuteen. Suurin etu ja ero välijäähdyttimellä varustetun rekuperaattorin ja lämpöputkella varustetun rekuperaattorin välillä on, että poisto- ja syöttöyksiköiden lämmönvaihtimet voidaan sijoittaa etäälle toisistaan. Lämmönvaihtimien, pumppujen ja putkistojen asennusasento voi olla joko pysty- tai vaakasuora.

Lämpöpumppu.

Suhteellisen äskettäin on ilmestynyt mielenkiintoinen rekuperaattorityyppi, jossa on välijäähdytysneste - ns. termodynaaminen rekuperaattori, jossa nestemäisten lämmönvaihtimien, putkien ja pumpun rooli on kylmäkone toimii lämpöpumpputilassa. Tämä on eräänlainen rekuperaattorin ja lämpöpumpun yhdistelmä. Se koostuu kahdesta kylmäainelämmönvaihtimesta - höyrystin-ilmajäähdyttimestä ja lauhduttimesta, putkistosta, termostaattiventtiilistä, kompressorista ja 4 suuntaventtiili. Lämmönvaihtimet sijaitsevat tulo- ja poistoilmakanavissa, kompressori tarvitaan varmistamaan kylmäaineen kierto ja venttiili kytkee kylmäainevirtoja vuodenajasta riippuen ja mahdollistaa lämmön siirtämisen poistoilmasta tuloilmaan ja venttiiliin. päinvastoin. Jossa syöttö- ja pakojärjestelmä voi koostua useista syöttöyksiköistä ja yhdestä suuremman kapasiteetin poistoyksiköstä, joita yhdistää yksi jäähdytyspiiri. Samaan aikaan järjestelmän ominaisuudet mahdollistavat useiden ilmankäsittelykoneiden käytön erilaisia ​​tiloja(lämmitys/jäähdytys) samanaikaisesti. COP-lämpöpumpun muuntokerroin voi saavuttaa arvot 4,5-6,5.

Rekuperaattori lämpöputkilla.

Toimintaperiaatteen mukaan lämpöputkilla varustettu rekuperaattori on samanlainen kuin rekuperaattori, jossa on välijäähdytys. Ainoa ero on, että ilmavirtoihin ei sijoiteta lämmönvaihtimia, vaan ns. lämpöputkia tai tarkemmin sanottuna termosifoneja. Rakenteellisesti nämä ovat ilmatiiviisti suljettuja kupariripaputken osia, jotka on täytetty sisältä erityisesti valitulla matalalla kiehuvalla freonilla. Poistovirtauksen putken toinen pää lämpenee, freoni kiehuu tässä paikassa ja siirtää ilmasta saadun lämmön putken toiseen päähän tuloilmavirran puhaltamana. Täällä putken sisällä oleva freoni tiivistyy ja siirtää lämpöä ilmaan, joka lämpenee. Virtojen keskinäinen sekoittuminen, niiden saastuminen ja hajujen siirtyminen ovat täysin poissuljettuja. Liikkuvia elementtejä ei ole, putket sijoitetaan virtauksiin vain pystysuoraan tai pieneen kaltevuuteen niin, että freoni liikkuu putkien sisällä kylmästä päästä kuumaan päähän painovoiman vaikutuksesta. Hyötysuhde 50-70%. Tärkeä kunto sen toiminnan varmistamiseksi: ilmakanavat, joihin termosifonit asennetaan, on sijoitettava pystysuoraan päällekkäin.

Kammiotyyppinen rekuperaattori.

Tällaisen rekuperaattorin sisätilavuus (kammio) on jaettu kahteen puolikkaaseen pellin avulla. Pelti liikkuu ajoittain ja muuttaa siten poisto- ja tuloilmavirtojen liikesuuntaa. Poistoilma lämmittää kammion puolet, jolloin pelti ohjaa tuloilmavirran tänne ja sitä lämmittävät kammion lämmitetyt seinät. Tämä prosessi toistetaan ajoittain. Hyötysuhde on 70-80%. Mutta mallissa on liikkuvia osia, ja siksi on suuri todennäköisyys sekoittumiseen, virtausten saastumiseen ja hajujen siirtymiseen.

Rekuperaattorin hyötysuhteen laskeminen.

SISÄÄN tekniset tiedot Rekuperatiivisille ilmanvaihtokoneille monet valmistajat tarjoavat yleensä kaksi talteenottokertoimen arvoa - perustuen ilman lämpötilaan ja sen entalpiaan. Rekuperaattorin hyötysuhde voidaan laskea lämpötilan tai ilman entalpian perusteella. Lämpötilalaskennassa otetaan huomioon ilman aistillinen lämpöpitoisuus ja entalpian mukaan myös ilman kosteus (sen suhteellinen kosteus). Entalpiaan perustuvaa laskelmaa pidetään tarkempana. Laskemiseen tarvitaan alkutiedot. Ne saadaan mittaamalla ilman lämpötilaa ja kosteutta kolmesta paikasta: sisällä (jossa ilmanvaihtoyksikkö huolehtii ilmanvaihdosta), ulkona ja tuloilman jakeluritilän poikkileikkauksesta (josta prosessoitu ilma tulee huoneeseen). ulkoilma). Kaava talteenottotehokkuuden laskemiseksi lämpötilan mukaan on seuraava:

Kt = (T4 – T1) / (T2 – T1), Missä

• Kt– rekuperaattorin tehokkuuskerroin lämpötilan mukaan;
• T1– ulkoilman lämpötila, oC;
• T2– poistoilman (eli sisäilman) lämpötila, °C;
• T4– tuloilman lämpötila, oC.

Ilman entalpia on ilman lämpöpitoisuus, ts. sen sisältämä lämpömäärä 1 kg kuivaa ilmaa kohti. Entalpia määräytyy käyttämällä i-d:tä kaavio kostean ilman tilasta, piirtämällä siihen pisteet, jotka vastaavat mitattua lämpötilaa ja kosteutta huoneessa, ulkona ja tuloilmassa. Entalpiaan perustuva palautustehokkuuden laskentakaava on seuraava:

Kh = (H4 – H1) / (H2 – H1), Missä

• Kh– rekuperaattorin tehokkuuskerroin entalpiana;
• H1– ulkoilman entalpia, kJ/kg;
• H2– poistoilman (eli sisäilman) entalpia, kJ/kg;
• H4– tuloilman entalpia, kJ/kg.

Ilmankäsittelykoneiden käyttö talteenotolla on taloudellinen kannattavuus.

Otetaan esimerkkinä toteutettavuustutkimus talteenotettujen ilmanvaihtokoneiden käytöstä järjestelmissä tulo- ja poistoilmanvaihto autonäyttelyn tilat.

Alkutiedot:

• kohde – autonäyttely, jonka kokonaispinta-ala on 2000 m2;
• keskipituus tilat 3-6 m2, koostuu kahdesta messuhallista, toimistotilasta ja asemasta Huolto(SATA);
• näiden tilojen tulo- ja poistoilmanvaihtoon valittiin ilmanvaihtoyksiköt kanavan tyyppi: 1 yksikkö, jonka ilmavirta on 650 m3/tunti ja virrankulutus 0,4 kW ja 5 yksikköä, joiden ilmavirta on 1500 m3/tunti ja tehonkulutus 0,83 kW.
• taattu ulkoilman lämpötila-alue kanavien asennukset on (-15…+40) оС.

Energiankulutuksen vertailua varten laskemme kanavallisen sähkölämmittimen tehon, joka tarvitaan ulkoilman lämmittämiseen kylmänä vuodenaikana ilman käsittely yksikkö perinteinen tyyppi(koostuu takaiskuventtiilistä, kanavasuodattimesta, tuulettimesta ja sähköisestä ilmanlämmittimestä), joiden ilmavirta on 650 ja 1500 m3/h, vastaavasti. Samaan aikaan sähkön hinta on 5 ruplaa per 1 kW*tunti.

Ulkoilma on lämmitettävä -15 - +20 °C.

Sähköisen ilmanlämmittimen teho laskettiin lämpötasapainoyhtälön avulla:

Qн = G*Cp*T, W, Missä:

• Qн– ilmanlämmittimen teho, W;
• G- massailmavirta lämmittimen läpi, kg/s;
• ke– ilman erityinen isobarinen lämpökapasiteetti. Ср = 1000kJ/kg*K;
• T– ilman lämpötilan ero lämmittimen ulostulossa ja tuloaukossa.

T = 20 – (-15) = 35 oC.

1. 650 / 3600 = 0,181 m3/s

p = 1,2 kg/m3 – ilman tiheys.

G = 0,181*1,2 = 0,217 kg/s

Qn = 0,217*1000*35 = 7600 W.

2. 1500 / 3600 = 0,417 m3/s

G = 0,417*1,2 = 0,5 kg/s

Qn = 0,5*1000*35 = 17500 W.

Siten käyttämällä kylmällä vuodenajalle lämmön talteenottoa käyttäviä kanavoituneita yksiköitä perinteisten sähkölämmittimien sijaan mahdollistaa energiakustannusten alentaminen samalla syöttöilmamäärällä yli 20 kertaa ja siten kustannusten aleneminen ja vastaavasti kannattavuuden lisääminen. autoliikkeestä. Lisäksi talteenottoyksiköiden käyttö mahdollistaa noin 50 prosentin pienentämisen kuluttajan taloudellisista kustannuksista tilojen lämmittämiseen kylmänä vuodenaikana ja ilmastointiin lämpimänä vuodenaikana.

Selvyyden vuoksi teemme vertailun taloudellinen analyysi kanavatyyppisillä lämmöntalteenottoyksiköillä ja perinteisillä sähkölämmittimillä varustettujen autoliiketilojen tulo- ja poistoilmanvaihtojärjestelmien energiankulutus.

Alkutiedot:

Järjestelmä 1.

Lämmöntalteenotolla varustetut asennukset virtausnopeudella 650 m3/tunti – 1 kpl. ja 1500 m3/tunti – 5 kpl.

Sähkön kokonaiskulutus on: 0,4 + 5*0,83 = 4,55 kW*tunti.

Järjestelmä 2.

Perinteiset kanavoitu tulo- ja poistoilmanvaihtokoneet - 1 kpl. virtausnopeudella 650m3/tunti ja 5 yksikköä. virtausnopeudella 1500m3/tunti.

Kaikki yhteensä Sähkövoima asennus 650 m3/tunti on:

• puhaltimet – 2*0,155 = 0,31 kW*tunti;
• automaatio ja venttiilikäytöt – 0,1 kW*tunti;
• sähköinen ilmanlämmitin – 7,6 kW*tunti;

Yhteensä: 8,01 kW*tunti.

Laitoksen kokonaissähköteho 1500 m3/tunti on:

• puhaltimet – 2*0,32 = 0,64 kW*tunti;
• automaatio ja venttiilikäytöt – 0,1 kW*tunti;
• sähköinen ilmanlämmitin – 17,5 kW*tunti.

Yhteensä: (18,24 kW*tunti)*5 = 91,2 kW*tunti.

Yhteensä: 91,2 + 8,01 = 99,21 kW*tunti.

Oletetaan, että ilmanvaihtojärjestelmien lämmityksen käyttöaika on 150 työpäivää vuodessa 9 tunnin ajan. Saamme 150*9 =1350 tuntia.

Talteenottolaitosten energiankulutus on: 4,55 * 1350 = 6142,5 kW

Käyttökustannukset ovat: 5 ruplaa * 6142,5 kW = 30712,5 ruplaa. tai suhteellisesti (vastaan kokonaisalue autonäyttely 2000 m2) lausekkeessa 30172,5 / 2000 = 15,1 ruplaa/m2.

Perinteisten järjestelmien energiankulutus on: 99,21 * 1350 = 133933,5 kW Käyttökustannukset ovat: 5 ruplaa * 133933,5 kW = 669667,5 ruplaa. tai suhteellisesti (2000 m2:n autoliikkeen kokonaispinta-alaan) 669667,5 / 2000 = 334,8 ruplaa/m2.

Tässä artikkelissa tarkastelemme sellaista lämmönsiirtoominaisuutta kuin talteenottokerroin. Se näyttää, missä määrin yksi lämmönsiirtoaine käyttää toista lämmönvaihdon aikana. Talteenottokerrointa voidaan kutsua lämmöntalteenottokertoimeksi, lämmönsiirtohyötysuhteeksi tai lämpöhyötysuhteeksi.

Artikkelin ensimmäisessä osassa yritämme löytää universaaleja suhteita lämmönsiirrolle. Ne voidaan saada yleisimmistä fysikaalisista periaatteista, eivätkä ne vaadi mittauksia. Toisessa osassa esittelemme todellisten talteenottokertoimien riippuvuuden lämmönvaihdon pääominaisuuksista todellisissa ilmaverhoissa tai erikseen vesi-ilma lämmönvaihtoyksiköissä, joita on jo käsitelty artikkeleissa ”Lämpöverhon teho mielivaltaisella jäähdytysnesteellä ja ilman virtausnopeudet. Kokeellisten tietojen tulkinta" ja "Lämpöverhon teho mielivaltaisilla jäähdytysnesteen ja ilman virtausnopeuksilla. Lämmönsiirtoprosessin invariantit", "Climate World" -lehden numerot 80 ja 83 julkaissut. Näytetään kuinka kertoimet riippuvat lämmönvaihtimen ominaisuuksista sekä kuinka jäähdytysnesteen virtausnopeudet vaikuttavat niihin. Eräitä lämmönsiirtoparadokseja selitetään, erityisesti paradoksi talteenottokertoimen suuresta arvosta at iso ero jäähdytysnesteen kustannuksissa. Yksinkertaistaen, itse elpymisen käsite ja sen merkitys kvantifiointi(kerroin) Katsotaanpa esimerkkiä ilma-ilma-lämmönvaihtimista. Tämän avulla voimme määrittää lähestymistavan ilmiön merkitykseen, joka voidaan sitten laajentaa mihin tahansa vaihtoon, mukaan lukien "vesi - ilma". Huomaa, että ilma-ilma-lämmönvaihtolohkoissa voidaan järjestää sekä poikittaisvirrat, jotka ovat pohjimmiltaan samanlaisia ​​kuin vesi-ilma-lämmönvaihtimet, että lämmönvaihtimen vastavirrat. Vastavirtojen tapauksessa, jotka määrittävät talteenottokertoimien korkeita arvoja, käytännön lämmönsiirtokuviot voivat poiketa hieman aiemmin käsitellyistä. On tärkeää, että yleiset lämmönsiirron lait pätevät kaikentyyppisille lämmönvaihtoyksiköille. Artikkelin käsittelyssä oletetaan, että energiaa säästyy lämmönsiirron aikana. Tämä vastaa sanomista, että säteilyteho ja lämmön konvektio kehosta lämpölaitteet kotelon lämpötilan määräämät ovat pieniä verrattuna hyötylämmönsiirtotehoon. Oletetaan myös, että kantajien lämpökapasiteetti ei riipu niiden lämpötiloista.

MILLOIN KORKEA PALAUTUSSUHDE ON TÄRKEÄÄ?

Voidaan katsoa, ​​että kyky siirtää tietty määrä lämpötehoa on yksi minkä tahansa lämpölaitteen pääominaisuuksista. Mitä korkeampi tämä kyky, sitä kalliimpi laite. Palautuskerroin voi teoriassa vaihdella välillä 0-100 %, mutta käytännössä se on usein 25-95 %. Intuitiivisesti voidaan olettaa, että korkea talteenottokerroin sekä kyky siirtää suurta tehoa merkitsevät laitteiden korkeita kuluttajaominaisuuksia. Todellisuudessa tällaista suoraa yhteyttä ei kuitenkaan havaita, kaikki riippuu lämmönvaihdon käyttöolosuhteista. Milloin korkea lämmöntalteenottoaste on tärkeää ja milloin se on toissijaista? Jos jäähdytysnestettä, josta lämpöä tai kylmää otetaan, käytetään vain kerran, eli ei silmukkaa, ja välittömästi käytön jälkeen puretaan peruuttamattomasti ulkoiseen ympäristöön, tehokas käyttö Tätä lämpöä varten on suositeltavaa käyttää laitetta, jolla on korkea talteenottokerroin. Esimerkkejä ovat lämmön tai kylmän käyttö osasta geotermistä laitteistoa, avoimet säiliöt, teknologisen ylimääräisen lämmön lähteet, joissa jäähdytyspiirin sulkeminen on mahdotonta. Korkea talteenotto on tärkeää, kun lämmitysverkon laskenta tehdään vain veden virtauksen ja suoran veden lämpötilan perusteella. Ilma-ilma-lämmönvaihtimissa tämä on poistoilman lämmön käyttöä, joka välittömästi lämmönvaihdon jälkeen menee ulkoiseen ympäristöön. Toinen ääritapaus tapahtuu, kun jäähdytysnesteestä maksetaan tiukasti siitä otetun energian mukaan. Sitä voidaan kutsua ihanteellinen vaihtoehto lämpöverkot. Sitten voidaan sanoa, että sellaisella parametrilla kuin palautuskerroin ei ole mitään merkitystä. Vaikka kantoaineen paluulämpötilan rajoitusten vuoksi myös talteenottokerroin on järkevä. Huomaa, että joissakin olosuhteissa alempi laitteiston palautumisaste on toivottava.

TALTEENOTTOKERROINN MÄÄRITTÄMINEN

Palautuskertoimen määritelmä on annettu monissa hakuteoksissa (esim.). Jos lämpöä vaihdetaan kahden väliaineen 1 ja 2 välillä (kuva 1),

joiden lämpökapasiteetit c 1 ja c 2 (J/kgxK) ja massavirtaukset g 1 ja g 2 (kg/s), voidaan lämmönvaihdon talteenottokerroin esittää kahden ekvivalentin suhteen muodossa:

= (с 1 g 1) (Т 1 - Т 1 0) / (сg) min (T 2 0 - T 1 0) = (с 2 g 2) (Т 2 0 - Т 2) / (сg) min ( T 2 0 - T 1 0). (1)

Tässä lausekkeessa T 1 ja T 2 ovat näiden kahden väliaineen loppulämpötilat, T 1 0 ja T 2 0 ovat alkulämpötilat ja (cg) min on ns. ekvivalentti näitä väliaineita (W/K) virtausnopeuksilla g 1 ja g 2, (cg) min = min ((1 g 1), (2 g 2:lla)). Kertoimen laskemiseen voit käyttää mitä tahansa lauseketta, koska niiden osoittajat, joista jokainen ilmaisee kokonaislämmönsiirtotehon (2), ovat yhtä suuret.

W = (c 1 g 1) (T 1 - T 1 0) = (c 2 g 2) (T 2 0 - T 2). (2)

Toista yhtälöä kohdassa (2) voidaan pitää lämmönsiirron aikana tapahtuvan energian säilymisen lain ilmaisuna, jota termisissä prosesseissa kutsutaan termodynamiikan ensimmäiseksi sääntöksi. Voidaan huomata, että missä tahansa kahdesta vastaavasta määritelmästä kohdassa (1) vain kolme neljästä vaihtolämpötilasta on läsnä. Kuten todettiin, arvosta tulee merkittävä, kun yksi jäähdytysnesteistä heitetään pois käytön jälkeen. Tästä seuraa, että kahden lausekkeen valinta kohdassa (1) voidaan aina tehdä siten, että tämän kantoaineen lopullinen lämpötila jätetään lausekkeen ulkopuolelle laskennassa. Annetaan esimerkkejä.

a) Lämmön talteenotto poistoilmasta

Tunnettu esimerkki suuren vaaditun arvon lämmönvaihtimesta on poistoilman lämmöntalteenotto tuloilman lämmitykseen (kuva 2).

Jos määritetään poistoilman lämpötilaksi T huone, katuilmaksi T st ja tuloilmaksi rekuperaattorissa lämmityksen jälkeen T pr, niin, kun otetaan huomioon kahden ilmavirran lämpökapasiteetit samat arvot. (ne ovat melkein samat, jos jätämme huomiotta pienet riippuvuudet kosteudesta ja ilman lämpötilasta), voimme saada hyvän kuuluisan ilmaisun:

G pr (T pr - T st) / g min (T huone - T st). (3)

Tässä kaavassa gmin tarkoittaa pienintä g min = min(g in, g out) tuloilman kahdesta toisesta virtausnopeudesta gin ja poistoilman kihti. Kun tuloilmavirta ei ylitä poistoilmavirtaa, kaavaa (3) yksinkertaistetaan ja se pelkistetään muotoon = (T pr - T st) / (T huone - T st). Lämpötila, jota ei oteta huomioon kaavassa (3), on poistoilman lämpötila T’ lämmönvaihtimen ohituksen jälkeen.

b) Toipuminen ilmaverhossa tai mielivaltaisessa vesi-ilmalämmittimessä

Koska kaikkien edessä mahdollisia vaihtoehtoja Ainoa lämpötila, jonka arvo voi olla merkityksetön, on lämpötila palauttaa vettä T x, se tulisi jättää pois palautuskertoimen lausekkeesta. Jos ilmaisimessa ilmaverhoa ympäröivän ilman lämpötila T0, ilmaverhon lämmittämä ilma T ja lämmönvaihtimeen tuleva lämpötila kuuma vesi T g, (kuva 3), sillä saamme:

Cg(T – T 0) / (cg) min (T g – T 0). (4)

Tässä kaavassa c on ilman lämpökapasiteetti, g on toinen massailmavirtausnopeus.

Tunniste (сg) min on pienin ilman сg ja veden arvo с W G lämpöekvivalentti, с W on veden lämpökapasiteetti, G on veden toinen massavirtausnopeus: (сg) min = min((сg), ( с W G)). Jos ilmavirta on suhteellisen pieni ja ilmaekvivalentti ei ylitä vesiekvivalenttia, kaavaa yksinkertaistetaan myös: = (T - T 0) / (T g - T 0).

PALAUTUSTEKIJÄN FYSIKAALINEN MERKITYS

Voidaan olettaa, että lämmöntalteenottokertoimen arvo on kvantitatiivinen ilmaus voimansiirron termodynaamisesta hyötysuhteesta. Tiedetään, että lämmönsiirrossa tätä hyötysuhdetta rajoittaa termodynamiikan toinen pääsääntö, joka tunnetaan myös ei-pienenevän entropian lakina.

Voidaan kuitenkin osoittaa, että tämä on todellakin termodynaaminen tehokkuus ei-laskevan entropian merkityksessä vain siinä tapauksessa, että kahden lämpöä vaihtavan väliaineen lämpöekvivalentit ovat yhtä suuret. Yleisessä ekvivalenttien eriarvoisuuden tapauksessa suurin mahdollinen teoreettinen arvo = 1 johtuu Clausius-postulaatista, joka on todettu seuraavasti: ”Lämpöä ei voida siirtää kylmemästä lämpimämpään ilman muita samaan aikaan liittyviä muutoksia. tämä siirto." Muilla muutoksilla tarkoitetaan tässä määritelmässä työtä, joka tehdään järjestelmälle esimerkiksi käänteisen Carnot-syklin aikana, jonka perusteella ilmastointilaitteet toimivat. Ottaen huomioon, että pumput ja puhaltimet vaihtaessaan lämpöä kantoaineiden, kuten veden, ilman ja muiden kanssa, tekevät niille mitätöntä työtä verrattuna lämmönvaihtoenergiaan, voimme olettaa, että tällaisella lämmönvaihdolla Clausius-postulaatti täyttyy korkealla tarkkuus.

Vaikka on yleisesti hyväksyttyä, että sekä Clausius-postulaatti että ei-pienenevän entropian periaate ovat vain erilaisia ​​ilmauksia termodynamiikan toisesta pääsäännöstä. suljetut järjestelmät, Tämä on väärin. Niiden vastaavuuden kumoamiseksi osoitamme, että ne voivat yleensä johtaa erilaisiin lämmönsiirtorajoituksiin. Tarkastellaan ilma-ilma-rekuperaattoria kahden vaihtoväliaineen yhtäläisten lämpöekvivalenttien tapauksessa, mikä, jos lämpökapasiteetit ovat samat, tarkoittaa kahden ilmavirran massavirtausten yhtäläisyyttä ja = (T pr - T st) / (T-huone - T st). Olkoon varmuuden vuoksi huonelämpötila T huone = 20 o C ja katulämpötila T street = 0 o C. Jos jätämme kokonaan huomioimatta ilman piilevän lämmön, joka johtuu sen kosteudesta, niin, kuten ( 3), tuloilman lämpötila T pr = 16 o C vastaa talteenottokerrointa = 0,8 ja T pr = 20 o C saavuttaa arvon 1. (Katulle lähtevän ilman lämpötilat näissä tapauksissa T ' on 4 o C ja 0 o C). Osoitetaan, että täsmälleen = 1 on maksimi tässä tapauksessa. Loppujen lopuksi, vaikka tuloilman lämpötila olisi T pr = 24 o C ja kadulle lähtevä ilma T' = -4 o C, termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö (energian säilymisen laki) ei olisi rikottu. Joka sekunti E = cg·24 o C Joulea energiaa siirtyy katuilmaan ja saman verran otetaan huoneilmasta, ja samalla se on 1,2 eli 120 %. Tällainen lämmönsiirto on kuitenkin mahdotonta juuri siksi, että järjestelmän entropia pienenee, mikä on kielletty termodynamiikan toisessa pääsäännössä.

Itse asiassa entropian S määritelmän mukaan sen muutos liittyy kaasun Q kokonaisenergian muutokseen suhteella dS = dQ/T (lämpötila mitataan kelvineinä), ja kun otetaan huomioon, että kaasun vakiopaineessa dQ = mcdT, m on kaasun massa, s (tai kuinka sitä usein merkitään p:llä) - lämpökapasiteetti vakiopaineessa, dS = mc · dT/T. Siten S = mc ln(T 2 / T 1), missä T 1 ja T 2 ovat kaasun alku- ja loppulämpötilat. Kaavan (3) merkinnässä tuloilman entropian toiselle muutokselle saadaan Spr = сg ln(Tpr / Tul), jos katuilma lämpenee, se on positiivista. Poistoilman entropian muuttamiseksi Svyt = s g ln(T / Troom). Koko järjestelmän entropian muutos 1 sekunnissa:

S = S pr + S out = cg(ln(T pr / T st) + ln(T' / T huone)). (5)

Kaikissa tapauksissa oletetaan T-katu = 273K, T-huone = 293K. Jos = 0,8 arvosta (3), T pr = 289 K ja (2) T' = 277 K, mikä antaa meille mahdollisuuden laskea entropian kokonaismuutos S = 0,8 = 8 10 –4 cg. Kun = 1, saamme vastaavasti Tpr = 293K ja T' = 273K, ja entropia, kuten voisi odottaa, säilyy S =1 = 0. Oletustapaus = 1,2 vastaa T pr = 297K ja T' = 269K , ja laskelma osoittaa entropian pienenemisen: S =1,2 = –1,2 10 –4 cg. Tätä laskelmaa voidaan pitää perusteena erityisesti tämän prosessin mahdottomuudelle c = 1,2 ja yleensä mille tahansa > 1:lle myös S:stä johtuen< 0.

Joten virtausnopeuksilla, jotka tarjoavat yhtäläiset lämpöekvivalentit kahdelle väliaineelle (identtisille väliaineille tämä vastaa yhtä suuria virtausnopeuksia), palautuskerroin määrittää vaihtotehokkuuden siinä mielessä, että = 1 määrittelee entropian säilymisen rajatapauksen. Clausius-postulaatti ja ei-pienenevän entropian periaate ovat samat tässä tapauksessa.

Harkitse nyt epätasaisia ​​ilmavirtauksia ilma-ilmalämmönvaihdossa. Olkoon esimerkiksi tuloilman massavirtaus 2g ja poistoilman g. Entropian muutokselle tällaisilla virtausnopeuksilla saamme:

S = S pr + S out = 2s g ln(T pr / T st) + s g ln(T' / T huone). (6)

Kun = 1 samoissa alkulämpötiloissa T st = 273 K ja T room = 293 K, käyttämällä (3) saadaan T pr = 283 K, koska g pr / g min = 2. Sitten energian säilymisen laista (2) saamme arvon T ' = 273K. Jos korvaamme nämä lämpötila-arvot arvolla (6), niin täydelliselle entropian muutokselle saadaan S = 0,00125сg > 0. Eli jopa edullisimmassa tapauksessa = 1, prosessista tulee termodynaamisesti alioptimaalinen; se tapahtuu entropian kasvaessa ja sen seurauksena, toisin kuin alitapauksessa, jossa kustannukset ovat samat, se on aina peruuttamaton.

Tämän kasvun mittakaavan arvioimiseksi löydämme edellä jo tarkasteltujen yhtäläisten kulujen vaihdon palautuskertoimen siten, että tämän vaihdon tuloksena syntyy sama määrä entropiaa kuin kuluille, jotka eroavat kertoimella 2. = 1. Toisin sanoen arvioimme erilaisten kulujen vaihtamisen termodynaamisen epäoptimaalisuuden ihanteelliset olosuhteet. Ensinnäkin entropian muutos itsessään ei kerro juuri mitään, on paljon informatiivisempaa tarkastella entropian muutoksen suhdetta S / E lämmönvaihdon kautta siirrettyyn energiaan. Ottaen huomioon, että yllä olevassa esimerkissä, kun entropia kasvaa S = 0,00125cg, siirretty energia E = cg pr (T pr - T str) = 2c g 10K. Siten suhde S / E = 6,25 10 -5 K -1. On helppo varmistaa, että talteenottokerroin = 0,75026 johtaa samaan vaihdon "laatuun" yhtäläisillä virtauksilla... Todellakin, samoissa alkulämpötiloissa T st = 273 K ja T room = 293 K ja samassa virtauksessa, tämä kerroin vastaa lämpötiloja Tre = 288 K ja T' = 278 K. Käyttämällä (5) saadaan entropian muutos S = 0,000937сg ja ottaen huomioon, että E = сg(T pr - T str) = сg 15К, saadaan S/E = 6,25 10 –5 К -1 . Termodynaamisen laadun kannalta lämmönsiirto = 1 ja kahdesti eri virtauksilla vastaa lämmönsiirtoa = 0,75026... identtisillä virtauksilla.

Toinen kysymys, jonka voimme kysyä, on: mitkä hypoteettisten vaihtolämpötilojen tulee olla eri nopeuksilla, jotta tämä kuvitteellinen prosessi tapahtuisi ilman entropian kasvua?

Jos = 1,32 samoissa alkulämpötiloissa T st = 273 K ja T room = 293 K, käyttämällä (3) saadaan T pr = 286,2 K ja energian säilymisen laista (2) T' = 266,6 K. Jos korvaamme nämä arvot arvolla (6), niin täydelliselle entropian muutokselle saadaan cg(2ln(286.2 / 273) + ln(266.6 / 293)) 0. Energian säilymislaki ja epäsääntö - laskeva entropia näille lämpötila-arvoille täyttyy, mutta vaihto on kuitenkin mahdotonta, koska T' = 266,6 K ei kuulu alkulämpötila-alueeseen. Tämä rikkoisi suoraan Clausiuksen postulaattia, joka siirtää energiaa kylmemästä ympäristöstä lämpimämpään. Näin ollen tämä prosessi on mahdoton, kuten muutkin, ei vain entropian säilymisen, vaan jopa sen lisääntymisen vuoksi, kun minkä tahansa väliaineen loppulämpötilat ylittävät alkulämpötila-alueen (T-katu, T-huone).

Virtausnopeuksilla, jotka tarjoavat vaihtoväliaineen epätasaisia ​​lämpöekvivalentteja, lämmönsiirtoprosessi on pohjimmiltaan peruuttamaton ja tapahtuu järjestelmän entropian kasvaessa, jopa tehokkaimman lämmönsiirron tapauksessa. Nämä argumentit pätevät myös kahdelle eri lämpökapasiteetille omaavalle väliaineelle; ainoa tärkeä asia on, ovatko näiden väliaineiden lämpövastineet samat vai eivät.

PARADOKSI LÄMMÖNSIIRTOON MINIMILAADUN TALTEENOTTOSUHTEEN 1/2

Tässä kappaleessa tarkastellaan kolmea lämmönvaihtotapausta, joiden talteenottokertoimet ovat vastaavasti 0, 1/2 ja 1. Kuljettakoon lämmönvaihtimien läpi yhtä suuret virtaukset saman lämpökapasiteetin omaavia lämmönsiirtoaineita joillakin eri alkulämpötiloilla T 1 0 ja T 2 0. Kun palautuskerroin on 1, kaksi väliainetta yksinkertaisesti vaihtavat lämpötila-arvoja ja loppulämpötilat heijastavat alkulämpötiloja T 1 = T 2 0 ja T 2 = T 1 0. On selvää, että entropia ei muutu tässä tapauksessa S = 0, koska ulostulossa on samat väliaineet, joiden lämpötila on sama kuin sisäänkäynnissä. Kun talteenottokerroin on 1/2, molempien väliaineiden loppulämpötilat ovat yhtä suuria kuin alkulämpötilojen aritmeettinen keskiarvo: T 1 = T 2 = 1/2 (T 1 0 + T 2 0). Tapahtuu peruuttamaton lämpötilan tasausprosessi, ja tämä vastaa entropian S > 0 kasvua. Talteenottokertoimella 0 lämmönsiirtoa ei tapahdu. Eli T 1 = T 1 0 ja T 2 = T 2 0, ja lopputilan entropia ei muutu, mikä on samanlainen kuin järjestelmän lopputila, jonka palautuskerroin on 1. Aivan kuten tila c = 1 on identtinen tilan c = 0 kanssa, myös analogisesti voidaan osoittaa, että tila = 0,9 on identtinen tilan c = 0,1 kanssa jne. Tässä tapauksessa tila c = 0,5 vastaa entropian maksimilisäystä kaikki mahdolliset kertoimet. Ilmeisesti = 0,5 vastaa minimilaatuista lämmönsiirtoa.

Tämä ei tietenkään ole totta. Paradoksin selityksen tulisi alkaa siitä tosiasiasta, että lämmönvaihto on energian vaihtoa. Jos entropia lämmönvaihdon seurauksena on kasvanut tietyllä määrällä, niin lämmönvaihdon laatu vaihtelee sen mukaan, siirrettiinkö lämpöä 1 J vai 10 J. On oikeampaa, että ei oteta huomioon entropian absoluuttista muutosta S ( itse asiassa sen tuotanto lämmönvaihtimessa), mutta muutosentropian suhde siirtyneeseen energiaan E. Ilmeisesti eri lämpötilasarjoille nämä arvot voidaan laskea = 0,5. Tätä suhdetta on vaikeampi laskea arvolle = 0, koska tämä on muotoa 0/0 oleva epävarmuus. Suhteen uudelleenjako on kuitenkin helppo ottaa nollaan, mikä on käytännössä voidaan saada ottamalla tämä suhde hyvin pienillä arvoilla, kuten 0,0001. Taulukoissa 1 ja 2 esitämme nämä arvot erilaisille alkulämpötilaolosuhteille.

Millä tahansa arvolla ja päivittäisillä lämpötila-alueilla T st room ja T room (oletetaan, että T huone / T st x

S / E (1 / T st - 1 / T huone) (1 -). (7)

Todellakin, jos merkitsemme T-huone = T-katu (1 + x), 0< x

Kaaviossa 1 näytetään tämä riippuvuus lämpötiloissa T st = 300K T huone = 380K.

Tämä käyrä ei ole approksimaatiolla (7) määritetty suora, vaikka se onkin tarpeeksi lähellä sitä, jotta niitä ei voi erottaa kuvaajasta. Kaava (7) osoittaa, että lämmönsiirron laatu on minimaalinen tarkalleen = 0. Tehdään toinen arvio S/E-asteikosta. Esitetyssä esimerkissä tarkastellaan kahden lämpövaraajan, joiden lämpötila on T 1 ja T 2, yhteyttä (T 1< T 2) теплопроводящим стержнем. Показано, что в стержне на единицу переданной энергии вырабатывается энтропия 1/Т 1 –1/Т 2 . Это соответствует именно минимальному качеству теплообмена при рекуперации с = 0. Интересное наблюдение заключается в том, что по физическому смыслу приведенный пример со стержнем интуитивно подобен теплообмену с = 1/2 , поскольку в обоих случаях происходит выравнивание температуры к среднему значению. Однако формулы демонстрируют, что он эквивалентен именно случаю теплообмена с = 0, то есть теплообмену с наиболее heikkolaatuinen kaikista mahdollisista. Tekemättä johtopäätöstä, huomautamme, että sama lämmönsiirron vähimmäislaatu S / E = 1 / Т 1 0 –1 / Т 2 0 toteutuu täsmälleen -> 0 ja mielivaltaisella jäähdytysnesteen virtaussuhteella.

MUUTOKSET LÄMMÖNSIIRTOLAADESSA ERI LÄMMITYSVIRTAKUSTANNUKSIN

Oletetaan, että jäähdytysnesteen virtausnopeudet eroavat kertoimella n ja lämmönvaihto tapahtuu maksimissaan mahdollista laatua(= 1). Mitä lämmönvaihdon laatua yhtäläisillä virtausnopeuksilla tämä vastaa? Vastataksesi tähän kysymykseen, katsotaan kuinka arvo S/E käyttäytyy, kun = 1 erilaisia ​​suhteita kulut. Virtauserolle n = 2 tämä vastaavuus on jo laskettu kohdassa 3: = 1 n=2 vastaa = 0,75026... samoilla virtauksilla. Taulukossa 3, 300K ja 350K lämpötilojen joukolle, esitetään suhteellinen muutos entropiassa saman lämpökapasiteetin jäähdytysnesteiden samoilla virtausnopeuksilla eri arvoille.

Taulukossa 4 esitetään myös entropian suhteellinen muutos eri virtaussuhteilla n vain suurimmalla mahdollisella lämmönsiirtotehokkuudella (= 1) ja vastaavat hyötysuhteet, jotka johtavat samaan laatuun yhtäläisillä virtausnopeuksilla.

Esitetään tuloksena oleva riippuvuus (n) graafista 2.

Kun kustannuksissa on ääretön ero, se pyrkii loppurajaan 0,46745... Voidaan osoittaa, että tämä on universaali riippuvuus. Se pätee kaikissa alkulämpötiloissa mille tahansa kantoaineelle, jos kustannussuhteen sijaan tarkoitamme termisten ekvivalenttien suhdetta. Se voidaan myös approksimoida hyperbolalla, joka on osoitettu kaaviossa viivalla 3 sinisen väristä:

"(n) 0,4675+ 0,5325/n. (8)

Punainen viiva osoittaa tarkan suhteen (n):

Jos eriarvoiset kustannukset realisoituvat vaihdossa mielivaltaisen n>1:n kanssa, niin termodynaaminen tehokkuus suhteellisen entropian tuotannon mielessä laskee. Esitämme sen arvion ylhäältä ilman johtamista:

Tämä suhde pyrkii täsmälleen yhtä suureen arvoon n>1, lähellä 0:ta tai 1:tä, eikä väliarvoilla ylitä usean prosentin absoluuttista virhettä.

Artikkelin loppu esitellään yhdessä seuraavista ”CLIMATE WORLD” -lehden numeroista. Käyttämällä esimerkkejä todellisista lämmönvaihtolohkoista Etsitään arvot talteenottokertoimet ja osoittavat kuinka paljon ne määräytyvät yksikön ominaisuuksien ja kuinka paljon jäähdytysnesteen virtausnopeuksien mukaan.

KIRJALLISUUS

1. Puhhov A. ilmaa. Kokeellisten tietojen tulkinta. // Ilmastomaailma. 2013. nro 80. s. 110.
2. Puhhov A. B. Lämpöverhon teho mielivaltaisilla jäähdytysnesteen virtausnopeuksilla ja ilmaa. Lämmönsiirtoprosessin muuttujat. // Ilmastomaailma. 2014. nro 83. s. 202.
3. Asia W.M., London A. L. Kompaktit lämmönvaihtimet. . M.: Energy, 1967. s. 23.
4. Wang H. Peruskaavat ja tiedot lämmönsiirto insinööreille. . M.: Atomizdat, 1979. s. 138.
5. Kadomtsev B. B. Dynamiikka ja tiedot // Fysikaalisten tieteiden kehitys. T. 164. 1994. No. 5, toukokuuta. s. 453.

Puhhov Aleksei Vjatšeslavovitš,
Tekninen johtaja
Tropic Line -yhtiö