Shema rada izmjenjivača topline komornog tipa. Što je rekuperator zraka? Princip rada i sorte. Izmjenjivač topline vode i postavljen na krov

Svi znaju da postoji veliki izbor sustava za ventilaciju prostorija. Najjednostavniji od njih su sustavi otvorenog tipa (prirodni), na primjer, pomoću prozora ili prozora.

Ali ova metoda ventilacije apsolutno nije ekonomična. Osim toga, za učinkovitu ventilaciju morate imati stalno otvoren prozor ili prisutnost nacrta. Stoga će ova vrsta ventilacije biti izuzetno neučinkovita. Sve se više koristi za ventilaciju stambenih prostora prisilna ventilacija s povratom topline.

Jednostavnim riječima, oporavak je identičan riječi "očuvanje". Regeneracija topline je proces skladištenja toplinske energije. To je zbog činjenice da protok zraka koji napušta prostoriju hladi ili zagrijava zrak koji ulazi unutra. Shematski se proces oporavka može prikazati na sljedeći način:

Ventilacija s povratom topline odvija se prema načelu da tokovi moraju biti odvojeni konstrukcijskim značajkama izmjenjivača topline kako bi se izbjeglo miješanje. Međutim, na primjer, rotacijski izmjenjivači topline ne omogućuju potpunu izolaciju dovodnog zraka od ispušnog zraka.

Postotak učinkovitosti izmjenjivača topline može varirati od 30 do 90%. Za posebne instalacije, ova brojka može biti 96% uštede energije.

Što je rekuperator zraka

Po svojoj konstrukciji, izmjenjivač topline zrak-zrak je jedinica za povrat topline izlazne zračne mase, koja omogućuje najracionalnije korištenje topline ili hladnoće.

Zašto odabrati ventilaciju s povratom topline

Ventilacija, koja se temelji na povratu topline, ima vrlo visoku učinkovitost. Ovaj pokazatelj izračunava se omjerom topline koju izmjenjivač topline stvarno proizvodi najveći broj zadržati što više topline.

Koje su vrste rekuperatora zraka

Do danas se ventilacija s povratom topline može izvesti pomoću pet vrsta rekuperatora:

1. Ploča, koja ima metalna konstrukcija i ima visoka razina propusnost vlage;
2. rotacijski;
3. vrsta komore;
4. Rekuperator s međunosačem topline;
5. Toplinske cijevi.

Ventilacija kuće s povratom topline pomoću prvog tipa izmjenjivača topline omogućuje dolaznim strujama zraka sa svih strana da struju oko mnoštva metalnih ploča s povećanom toplinskom vodljivošću. Učinkovitost rekuperatora ove vrste kreće se od 50 do 75%.

Značajke uređaja pločastih izmjenjivača topline

• Zračne mase ne dolaze u kontakt;
• Svi detalji su fiksni;
• Nema pokretnih strukturnih elemenata;
• Ne stvara kondenzat;
• Ne može se koristiti kao odvlaživač prostora.

Značajke rotacijskih izmjenjivača topline

Rotacijski tip rekuperatora ima značajke dizajna, uz pomoć kojih dolazi do prijenosa topline između dovodnih i izlaznih kanala rotora.

Rotacijski izmjenjivači topline prekriveni su folijom.

• Učinkovitost do 85%;
• Štedi električnu energiju;
• Primijenimo na odvlaživanje prostorije;
• Miješanje do 3% zraka iz različitih struja, u vezi s kojima se mogu prenijeti mirisi;
• Složeni mehanički dizajn.

Dovodna i ispušna ventilacija s povratom topline, koja se temelji na komornim izmjenjivačima topline, koristi se izuzetno rijetko, jer ima mnogo nedostataka:

• Učinkovitost do 80%;
• Miješanje nadolazećih tokova, u vezi s kojima se povećava prijenos mirisa;
• pokretni dijelovi konstrukcije.

Rekuperatori temeljeni na srednjem nosaču topline imaju u svom dizajnu otopinu vode i glikola. Ponekad kao rashladno sredstvo može djelovati obična voda.

Značajke rekuperatora s međunosačem topline

• Izuzetno niska učinkovitost do 55%;
• Miješanje struja zraka potpuno je isključeno;
• Područje primjene - velika proizvodnja.

Ventilacija s povratom topline temeljena na toplinskim cijevima često se sastoji od opsežnog sustava cijevi koje sadrže freon. Tekućina pri zagrijavanju isparava. U suprotnom dijelu izmjenjivača topline freon se hladi, zbog čega se često stvara kondenzat.

Značajke rekuperatora s toplinskim cijevima

• Nema pokretnih dijelova;
• Mogućnost onečišćenja zraka mirisima potpuno je isključena;
• Prosječni indeks učinkovitosti je od 50 do 70%.

Do danas se proizvode kompaktne jedinice za oporavak zračnih masa. Jedna od glavnih prednosti mobilnih izmjenjivača topline je nepostojanje potrebe za zračnim kanalima.

Glavni ciljevi povrata topline

1. Ventilacija koja se temelji na povratu topline koristi se za održavanje potrebne razine vlažnosti i temperature u zatvorenom prostoru.
2. Za zdravlje kože. Iznenađujuće, sustavi povrata topline imaju pozitivan učinak na ljudsku kožu, koja je stalno vlažna, a rizik od isušivanja sveden je na minimum.
3. Kako biste izbjegli isušivanje namještaja i škripu podova.
4. Kako bi se povećala vjerojatnost pojave statičkog elektriciteta. Ne znaju svi ove kriterije, ali s povećanim statičkim naponom plijesan i gljivice razvijaju se puno sporije.

Pravilno odabrana dovodna i ispušna ventilacija s povratom topline za vaš dom omogućit će vam značajnu uštedu na grijanju u zimsko razdoblje i klima ljeti. Osim toga, ova vrsta ventilacije ima blagotvoran učinak na ljudsko tijelo, zbog čega ćete manje biti bolesni, a rizik od gljivica u kući bit će sveden na minimum.

Svaki zatvoreni prostor treba svakodnevno provjetravanje, ali ponekad to nije dovoljno za stvaranje ugodne i ugodne mikroklime. U hladnoj sezoni, kada su prozori otvoreni u načinu ventilacije, toplina brzo odlazi, a to dovodi do nepotrebnih troškova grijanja. NA Ljetno vrijeme mnogi ljudi koriste klima uređaje, ali zajedno s ohlađenim zrakom prodire i vrući zrak s ulice.

Da bi se uravnotežila temperatura i zrak učinio svježijim, izumljen je uređaj kao što je rekuperator zraka. NA zimsko vrijeme omogućuje vam da ne gubite toplinu prostorije, au ljetnim vrućinama ne dopušta vrući zrak da uđe u prostoriju.

Što je rekuperator?

U prijevodu s latinskog riječ rekuperator znači - povratnica ili povratnica, što se tiče zraka, znači povrat toplinske energije, koja se sa zrakom odnosi kroz ventilacijski sustav. Takav uređaj kao rekuperator zraka nosi se sa zadatkom ventilacije, uravnotežujući dva protoka zraka.

Načelo rada uređaja je vrlo jednostavno, zbog temperaturne razlike dolazi do izmjene topline, zbog čega se temperatura zraka izjednačava. Izmjenjivač topline ima izmjenjivač topline s dvije komore, kroz njih prolazi ispušni i dovodni zrak. Nakupljeni kondenzat, koji nastaje zbog temperaturne razlike, automatski se uklanja iz izmjenjivača topline.

Sustav povrata omogućuje ne samo prozračivanje zraka u prostoriji, već značajno štedi troškove grijanja, jer učinkovito smanjuje gubitak topline. Rekuperator je sposoban uštedite više od 2/3 toplina napušta prostoriju, što znači da se uređaj ponovno koristi Termalna energija u jednom tehnološkom ciklusu.

Klasifikacija uređaja

Rekuperatori se razlikuju u shemama kretanja nositelja topline i dizajnu, kao iu njihovoj namjeni. Postoji li više vrsta rekuperatora?

1. lamelarni
2. Rotacijski
3. Vodeni
4. Uređaji koji se mogu postaviti na krov.

Pločasti izmjenjivači topline

Smatraju se najčešćim, jer je njihova cijena niska, ali su prilično učinkoviti. Izmjenjivač topline koji se nalazi unutar uređaja sastoji se od jednog ili više bakrene ili aluminijske ploče, plastična, vrlo izdržljiva celuloza, u stacionarnom su stanju. Zrak koji ulazi u uređaj prolazi kroz niz kazeta i ne miješa se, tijekom rada odvija se simultani proces hlađenja i grijanja.

Uređaj je vrlo kompaktan i pouzdan, praktički ne kvari. Pločasti rekuperatori rade bez potrošnje električne energije, što je važna prednost. Među nedostacima uređaja - u mraznom vremenu model ploče ne može raditi, izmjena vlage je nemoguća zbog smrzavanja ispušni uređaj. Njegovi ispušni kanali skupljaju kondenzat koji se smrzava na temperaturama ispod ništice.

Rotacijski izmjenjivači topline

Takav uređaj pokreće električna energija, njegove lopatice iz jednog ili dva rotora moraju se okretati tijekom rada praćeno kretanjem zraka. Obično imaju cilindričnog oblika s pločama čvrsto postavljenim i bubnjem unutra. Prisiljene su da se okreću strujanjem zraka, prvo izlazi sobni zrak, a zatim, mijenjajući smjer, zrak se vraća s ulice.

Treba napomenuti da su rotacijski uređaji veći, ali Puno su učinkovitiji nego pločastih. Odlične su za velike sobe- dvorane, trgovački centri, bolnice, restorani, pa ih nije preporučljivo kupovati za dom. Od nedostataka vrijedi istaknuti skupo održavanje takvih uređaja, jer troše puno električne energije, nije ih lako montirati zbog glomaznosti i skupi su. Instalacija zahtijeva ventilacijsku komoru zbog velike veličine rotacijski rekuperator.

Izmjenjivač topline vode i postavljen na krov

Recirkulacijski uređaji prenose toplinsku energiju na dovodni izmjenjivač topline koristeći nekoliko nosača topline - vodu, antifriz itd. Ovaj uređaj je u izvedbi vrlo sličan pločastim izmjenjivačima topline, ali se razlikuje po tome što je vrlo sličan vodni sustav grijanje. Nedostatak je niska učinkovitost i često održavanje.

Izmjenjivač topline, koji se može postaviti na krov, štedi prostor u sobi. Njegova učinkovitost je maksimalno 68%, ne zahtijeva operativne troškove, sve te kvalitete mogu se pripisati prednostima ove vrste. Loša strana je da je takav izmjenjivač topline teško montirati, zahtijeva poseban sustav za montažu. Najčešće se ovaj tip koristi za industrijske objekte.

Prirodna ventilacija mora biti projektirana i instalirana u svakoj stambenoj zgradi, ali na nju uvijek utječu vremenski uvjeti, ovisno o godišnjem dobu, o tome ovisi snaga ventilacije. Ako zimi ventilacijski sustav radi učinkovito u mrazu, onda ljeti praktički ne radi.

Nepropusnost stambene zgrade može se smanjiti poboljšanjem prirodna ventilacija, ali će dati opipljiv rezultat samo u hladnoj sezoni. Postoji također negativna strana, na primjer, toplina će napustiti stambenu zgradu, a dolazni hladni zrak zahtijevat će dodatno grijanje.

Kako takav postupak ventilacije ne bi bio preskup za vlasnike kuće, potrebno je koristiti toplinu zraka uklonjenog iz prostorije. Treba učiniti prisilna cirkulacija zrak. Da biste to učinili, postavlja se mreža kanala za dovod i odvod zraka, a zatim se postavljaju ventilatori. Kroz njih će se zrak dovoditi u odvojene prostorije i takav proces neće biti povezan s vremenskim uvjetima. Posebno za to, izmjenjivač topline je instaliran na raskrižju svježih i onečišćenih zračnih masa.

Što omogućuje rekuperator zraka?

Sustav rekuperacije omogućuje minimiziranje postotka miješanja ulaznog i odvodnog zraka. Taj proces provode separatori koji se nalaze u uređaju. Zbog prijenosa energije protoka na granicu dolazi do izmjene topline, mlazevi će prolaziti paralelno ili križati. Sustav za oporavak ima mnoge pozitivne osobine.

1. Posebna vrsta rešetke na ulazu zraka zadržava prašinu, insekte, pelud pa čak i bakterije izvana.
2. Pročišćeni zrak ulazi u prostoriju.
3. Zagađeni zrak napušta prostoriju, koji može sadržavati štetne komponente.
4. Osim cirkulacije, dovodne mlaznice se čiste i zagrijavaju.
5. Promiče bolji i zdraviji san.

Pozitivna svojstva sustava omogućuju njegovu upotrebu u zatvorenom prostoru različite vrste stvoriti udobnije temperaturni uvjeti. Često se koriste u industrijski prostori gdje je potrebna ventilacija velikog prostora. Na takvim mjestima potrebno je podržati stalna temperatura zraka, rotacijski izmjenjivači topline nositi se s ovim zadatkom, koji može raditi na temperaturama do +650°C.

Zaključak

Pravi balans svježeg i čisti zrak uz normalnu vlažnost može se osigurati dovodom i ispušna ventilacija. Ugradnjom rekuperatora možete riješiti mnoge probleme povezane s uštedom energetskih resursa.

Prilikom odabira rekuperator zraka za vaš dom, morate uzeti u obzir površinu stambenog prostora, stupanj vlažnosti u njemu i svrhu uređaja. Svakako treba obratiti pozornost na trošak uređaja i mogućnost ugradnje, njegovu učinkovitost, na kojoj će ovisiti kvaliteta ventilacije cijele kuće.

Preimenujte temu. Na obrazovni program uopće ne povlači. Vuče samo za PR.
Sad ću to malo srediti.

Prednosti rotacijskog izmjenjivača topline:
1. Visoka učinkovitost prijenosa topline
Da, slažem se. Najveća učinkovitost među kućnim ventilacijskim sustavima.
2. Isušuje zrak u prostoriji, jer nije higroskopan.
Nitko posebno ne koristi rotor za odvodnju. Zašto se to računa kao plus?

minusi:
1. Velike veličine.
Ne slažem se.
2. Rotor je složeni pokretni mehanizam koji je podložan trošenju i habanju, a operativni troškovi će se u skladu s time povećati.
Mali koračni motor koji okreće rotor košta 3 kopejke i rijetko kvari. Vi to nazivate "složenim pokretnim mehanizmom" koji povećava operativne troškove?
3. Zračne struje su u kontaktu, zbog čega je primjesa do 20%, po nekim informacijama do 30%.
Tko je rekao 30? Gdje si to nabavio? Pošaljite nam poveznicu. U 10 posto protoka još mogu vjerovati, ali 30 je glupost. Neki pločasti izmjenjivači topline su daleko od hermetičnosti u tom pogledu, a mali preljev postoji u redu stvari.
4. Potreban odvod kondenzata
Dragi prosvjetni radnik, pročitajte barem jedno uputstvo za uporabu rotacijske instalacije za stanove i vikendice. Crno na bijelo piše: pri standardnoj vlažnosti zraka uklanjanje kondenzata nije potrebno.
5. Učvršćivanje PES-a u jednom položaju.
Zašto je ovo minus?
6. Isušuje zrak u prostoriji, jer nije higroskopan.
Ako poznajete tržište ventilacijskih sustava, već ste obratili pozornost na razvoj rotora izrađenih od higroskopnog materijala. Pitanje koliko je to potrebno i koliko je potrebna sva ta higroskopnost, uključujući i pločaste izmjenjivače topline, prilično je kontroverzno pitanje i često ne ide u prilog higroskopnosti.

Hvala na odgovoru.
Nitko nije ni tvrdio da je likbes. Tema za razgovor i eventualnu pomoć korisniku, kao i meni kao korisniku.

"Budući da sam malo zainteresirana osoba, usporedit ću s onim što radim." - Napisao sam na samom početku. Usporedi s onim s čime ja radim.

Rotor je većih dimenzija od lamelarnog. Jer uspoređujem s onim s čime radim.

Činjenica da ima najveće stope učinkovitosti, po mom mišljenju, nije istinita, za trostruke lamele one su veće i otpornost na smrzavanje je veća. Opet, uspoređujem s onim s čime radim.

To je pokretni mehanizam i podložan je habanju, pa košta tri kopejke. Ovo je dobro.

Montaža u jednom položaju je minus. Nije uvijek moguće isporučiti točno onako kako je prikazano na dijagramu.

Za smanjenje je potrebna higroskopnost Radna temperatura, pri kojem se izmjenjivač topline neće smrznuti.

U vezi s rastom tarifa za primarne izvore energije, oporavak postaje relevantniji nego ikada. Sljedeći tipovi izmjenjivača topline obično se koriste u klima-uređajima s povratom topline:

• lamelarni ili izmjenjivač topline s križnim protokom;
• rotacijski izmjenjivač topline;
• rekuperatori s međunosačem topline;
• Toplinska pumpa;
• rekuperator tipa komore;
• rekuperator s toplinskim cijevima.

Princip rada

Načelo rada bilo kojeg izmjenjivača topline u klima-uređajima je kako slijedi. Omogućuje izmjenu topline (u nekim modelima - i izmjenu hladnoće, kao i izmjenu vlage) između dovoda i izvucite zrak. Proces izmjene topline može se odvijati kontinuirano - kroz stijenke izmjenjivača topline, uz pomoć freona ili posrednog nosača topline. Izmjena topline može biti i periodična, kao kod rotacijskog i komornog izmjenjivača topline. Kao rezultat toga, ekstrahirani odvodni zrak se hladi, čime se zagrijava svježi dovodni zrak. Proces hlađenja u nekim modelima rekuperatora odvija se u toploj sezoni i omogućuje vam smanjenje troškova energije za klimatizacijske sustave zbog određenog hlađenja dovodnog zraka koji se dovodi u prostoriju. Izmjena vlage odvija se između protoka ispušnog i dovodnog zraka, što vam omogućuje održavanje vlage u zatvorenom prostoru koja je ugodna za osobu tijekom cijele godine, bez upotrebe dodatnih uređaja - ovlaživača i drugih.

Pločasti ili križni izmjenjivač topline.

Ploče koje provode toplinu rekuperacijske površine izrađene su od tankog metala (materijal - aluminij, bakar, ne hrđajući Čelik) folija ili ultratanki karton, plastika, higroskopna celuloza. Protok dovodnog i odvodnog zraka kreće se kroz mnogo malih kanala koje formiraju te ploče koje provode toplinu, u suprotnom obliku. Kontakt i miješanje potoka, njihovo onečišćenje praktički su isključeni. U dizajnu izmjenjivača topline nema pokretnih dijelova. Omjer učinkovitosti 50-80%. Vlaga se može kondenzirati na površini ploča u izmjenjivaču topline od metalne folije zbog razlike u temperaturi protoka zraka. U toploj sezoni mora se preusmjeriti u kanalizacijski sustav zgrade kroz posebno opremljen odvodni cjevovod. Za hladnog vremena postoji opasnost od smrzavanja ove vlage u izmjenjivaču topline i njegovog mehaničkog oštećenja (odmrzavanja). Osim toga, formirani led uvelike smanjuje učinkovitost izmjenjivača topline. Stoga, kada rade u hladnoj sezoni, izmjenjivači topline s metalnim pločama koje provode toplinu zahtijevaju periodično odmrzavanje protokom toplog ispušnog zraka ili korištenje dodatnog vodenog ili električnog grijača zraka. U tom se slučaju dovodni zrak ili uopće ne dovodi ili se dovodi u prostoriju zaobilazeći izmjenjivač topline kroz dodatni ventil (premosnica). Vrijeme odmrzavanja je u prosjeku 5 do 25 minuta. Izmjenjivač topline s pločama koje provode toplinu od ultratankog kartona i plastike nije podložan smrzavanju, budući da se kroz te materijale također odvija izmjena vlage, ali ima još jedan nedostatak - ne može se koristiti za ventilaciju prostorija s visokom vlagom kako bi da ih osuši. Pločasti izmjenjivač topline može se ugraditi u dovodni i odvodni sustav u okomitom i vodoravnom položaju, ovisno o zahtjevima za dimenzijama ventilacijske komore. Pločasti izmjenjivači topline najčešći su zbog svoje relativne jednostavnosti dizajna i niske cijene.

Rotacijski rekuperator.

Ovaj tip je drugi najrašireniji nakon lamelarnog. Toplina iz jedne struje zraka u drugu prenosi se kroz cilindrični šuplji bubanj koji se okreće između ispušnog i dovodnog dijela, koji se naziva rotor. Unutarnji volumen rotora ispunjen je čvrsto zbijenom metalnom folijom ili žicom, koja ima ulogu rotirajuće površine za prijenos topline. Materijal folije ili žice je isti kao i materijal od pločasti izmjenjivač topline- bakar, aluminij ili nehrđajući čelik. Rotor ima horizontalnu os rotacije pogonske osovine koju okreće elektromotor s koračnom ili inverterskom regulacijom. Motor se može koristiti za kontrolu procesa oporavka. Omjer učinkovitosti 75-90%. Učinkovitost rekuperatora ovisi o temperaturama protoka, njihovoj brzini i brzini rotora. Promjenom brzine rotora možete promijeniti učinkovitost. Smrzavanje vlage u rotoru je isključeno, ali se ne može u potpunosti isključiti miješanje tokova, njihova međusobna kontaminacija i prijenos mirisa, budući da su tokovi u izravnom međusobnom kontaktu. Moguće je miješanje do 3%. Rotacijski izmjenjivači topline ne zahtijevaju velike količine električne energije, omogućuju vam odvlaživanje zraka u prostorijama s visokom vlagom. Dizajn rotacijskih izmjenjivača topline je složeniji od pločastih izmjenjivača topline, a njihova cijena i operativni troškovi su veći. Međutim, klima komore s rotirajućim izmjenjivačima topline vrlo su popularne zbog svoje visoke učinkovitosti.

Rekuperatori s međunosačem topline.

Rashladna tekućina je najčešće voda ili vodene otopine glikola. Takav izmjenjivač topline sastoji se od dva izmjenjivača topline međusobno povezanih cjevovodima s cirkulacijskom pumpom i armaturama. Jedan od izmjenjivača topline nalazi se u kanalu s odvodnim strujanjem zraka i iz njega prima toplinu. Toplina se prenosi kroz nosač topline uz pomoć pumpe i cijevi na drugi izmjenjivač topline koji se nalazi u kanalu dovodnog zraka. Dovodni zrak apsorbira tu toplinu i zagrijava se. Miješanje protoka u ovom slučaju potpuno je isključeno, ali zbog prisutnosti srednjeg nosača topline, faktor učinkovitosti ove vrste rekuperatora je relativno nizak i iznosi 45-55%. Na učinkovitost može utjecati pumpa, koja utječe na brzinu rashladne tekućine. Glavna prednost i razlika između izmjenjivača topline s međunosačem topline i izmjenjivača topline s toplinskom cijevi je u tome što se izmjenjivači topline u ispušnim i opskrbnim jedinicama mogu nalaziti na međusobnoj udaljenosti. Položaj ugradnje izmjenjivača topline, crpke i cjevovoda može biti okomit ili vodoravan.

Toplinska pumpa.

Relativno nedavno se pojavio zanimljiv tip rekuperatora s međurashladnom tekućinom - tzv. termodinamički izmjenjivač topline, u kojem ulogu imaju tekući izmjenjivači topline, cijevi i pumpa hladnjak radi u načinu rada dizalice topline. Ovo je svojevrsna kombinacija izmjenjivača topline i toplinske pumpe. Sastoji se od dva freonska izmjenjivača topline - isparivač-hladnjak zraka i kondenzator, cjevovoda, termostatskog ventila, kompresora i 4 smjerni ventil. Izmjenjivači topline nalaze se u dovodnim i odvodnim kanalima, kompresor je neophodan kako bi se osigurala cirkulacija freona, a ventil prebacuje protok rashladnog sredstva ovisno o sezoni i omogućuje prijenos topline iz ispušnog zraka u dovodni zrak i obratno. pri čemu dovodni i ispušni sustav može se sastojati od nekoliko klima komora i jedne odsisne jedinice većeg kapaciteta, objedinjenih jednim rashladnim krugom. Istovremeno, mogućnosti sustava omogućuju rad nekoliko klima komora različiti modovi(grijanje/hlađenje) u isto vrijeme. Faktor pretvorbe toplinske pumpe COP može doseći vrijednosti od 4,5-6,5.

Rekuperator sa toplinskim cijevima.

Prema principu rada, izmjenjivač topline s toplinskim cijevima sličan je izmjenjivaču topline s međunosačem topline. Jedina razlika je u tome što se u strujama zraka ne postavljaju izmjenjivači topline, već tzv. heat pipe-ovi ili točnije termosifoni. Strukturno, to su hermetički zatvoreni dijelovi bakrene rebraste cijevi, ispunjeni iznutra posebno odabranim freonom niskog vrelišta. Jedan kraj cijevi u ispušnom toku se zagrijava, freon na ovom mjestu vrije i prenosi toplinu primljenu iz zraka na drugi kraj cijevi, upuhan protokom dovodnog zraka. Ovdje se freon unutar cijevi kondenzira i predaje toplinu zraku koji se zagrijava. Potpuno je isključeno međusobno miješanje potoka, njihovo onečišćenje i prijenos mirisa. Nema pomičnih elemenata, cijevi su postavljene u potoke samo okomito ili pod blagim nagibom, tako da se freon unutar cijevi kreće od hladnog kraja prema vrućem zahvaljujući gravitaciji. Omjer učinkovitosti 50-70%. Važan uvjet kako bi se osigurao rad njegovog rada: zračni kanali u koje su ugrađeni termosifoni moraju biti smješteni okomito jedan iznad drugog.

Rekuperator komornog tipa.

Unutarnji volumen (komora) takvog izmjenjivača topline podijeljen je zaklopkom na dvije polovice. Zaklopka se s vremena na vrijeme pomiče, čime se mijenja smjer strujanja odvodnog i dovodnog zraka. Ispušni zrak zagrijava jednu polovicu komore, zatim zaklopka usmjerava struju dovodnog zraka ovamo i on se zagrijava od zagrijanih stijenki komore. Ovaj se postupak povremeno ponavlja. Omjer učinkovitosti doseže 70-80%. Ali u dizajnu postoje pokretni dijelovi, pa stoga postoji velika vjerojatnost međusobnog miješanja, kontaminacije protoka i prijenosa mirisa.

Proračun učinkovitosti rekuperatora.

NA Tehničke specifikacije Rekuperativne ventilacijske jedinice mnogih proizvođača obično daju dvije vrijednosti koeficijenta povrata - temperaturom zraka i njegovom entalpijom. Izračun učinkovitosti izmjenjivača topline može se izvršiti pomoću temperature ili entalpije zraka. U proračunu po temperaturi uzima se u obzir prividni toplinski sadržaj zraka, a po entalpiji se uzima u obzir i sadržaj vlage u zraku (njegova relativna vlažnost). Izračun entalpije smatra se točnijim. Za izračun su potrebni početni podaci. Dobivaju se mjerenjem temperature i vlažnosti zraka na tri mjesta: u zatvorenom prostoru (gdje ventilacijski uređaj osigurava izmjenu zraka), na otvorenom iu presjeku rešetke za dovodni zrak (odakle pročišćeni zrak ulazi u prostor). vanjski zrak). Formula za izračun učinkovitosti povrata topline prema temperaturi je sljedeća:

Kt = (T4 – T1) / (T2 – T1), gdje

• Kt– faktor učinkovitosti izmjenjivača topline prema temperaturi;
• T1– vanjska temperatura zraka, oC;
• T2 je temperatura odvodnog zraka (tj. zraka u prostoriji), °C;
• T4– temperatura dovodnog zraka, oC.

Entalpija zraka je toplinski sadržaj zraka, tj. količina topline sadržana u njemu, u odnosu na 1 kg suhog zraka. Entalpija se određuje sa iskaznica dijagram stanja vlažnog zraka, stavljajući na njega točke koje odgovaraju izmjerenoj temperaturi i vlažnosti u prostoriji, na otvorenom i dovodnom zraku. Formula za izračun učinkovitosti povrata entalpije je sljedeća:

Kh = (H4 - H1) / (H2 - H1), gdje

• Kh– faktor učinkovitosti izmjenjivača topline prema entalpiji;
• H1– entalpija vanjskog zraka, kJ/kg;
• H2– entalpija ispušnog zraka (tj. zraka u prostoriji), kJ/kg;
• H4– entalpija dovodnog zraka, kJ/kg.

Ekonomska isplativost korištenja klima komora s rekuperacijom.

Kao primjer, uzmimo studiju izvedivosti za korištenje ventilacijskih jedinica s rekuperacijom u sustavima dovodna i ispušna ventilacija prostorije auto salona.

Početni podaci:

• objekt - autosalon ukupne površine 2000 m2;
• Prosječna visina prostorije 3-6 m, sastoji se od dvije izložbene dvorane, uredskog prostora i kolodvora Održavanje(JEDNA STOTINA);
• za dovodnu i ispušnu ventilaciju ovih prostorija odabrani su ventilacijske jedinice vrsta kanala: 1 jedinica s protokom zraka od 650 m3/h i ulaznom snagom od 0,4 kW i 5 jedinica s protokom zraka od 1500 m3/h i ulaznom snagom od 0,83 kW.
• zajamčeni raspon vanjskih temperatura zraka za kanalske instalacije je (-15…+40) oS.

Za usporedbu potrošnje energije izračunat ćemo snagu kanalskog električnog grijača zraka koji je potreban za zagrijavanje vanjskog zraka tijekom hladne sezone u jedinica za obradu zraka tradicionalni tip(koji se sastoji od povratnog ventila, kanalskog filtra, ventilatora i električnog grijača zraka) s protokom zraka od 650 odnosno 1500 m3/h. U isto vrijeme, trošak električne energije je 5 rubalja po 1 kWh.

Vanjski zrak mora biti zagrijan od -15 do +20°C.

Izračun snage električnog grijača zraka vrši se prema jednadžbi toplinske bilance:

Qn \u003d G * Cp * T, W, gdje:

• Qn– snaga grijača zraka, W;
• G- maseni protok zraka kroz grijač zraka, kg/s;
• oženiti se je specifični izobarni toplinski kapacitet zraka. Cp = 1000kJ/kg*K;
• T- razlika između temperatura zraka na izlazu iz grijača zraka i ulazu.

T \u003d 20 - (-15) \u003d 35 ° C.

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

p = 1,2 kg/m3 je gustoća zraka.

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

Qn \u003d 0, 217 * 1000 * 35 \u003d 7600 W.

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

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

Qn \u003d 0,5 * 1000 * 35 \u003d 17500 W.

Dakle, korištenje kanalskih instalacija s povratom topline u hladnoj sezoni umjesto tradicionalnih s električnim grijačima zraka omogućuje smanjenje troškova energije s istom količinom dobavljenog zraka za više od 20 puta i time smanjenje troškova i, sukladno tome, povećanje dobit autokuće. Osim toga, korištenje postrojenja s rekuperacijom omogućuje smanjenje financijskih troškova potrošača za nositelje energije za grijanje prostora u hladnoj sezoni i za njihovu klimatizaciju u toploj sezoni za oko 50%.

Da bi bilo jasnije, napravimo usporedbu. financijsku analizu potrošnja energije dovodnih i ispušnih ventilacijskih sustava salona automobila opremljenih kanalskim jedinicama za povrat topline i tradicionalnim jedinicama s električnim grijačima zraka.

Početni podaci:

Sustav 1.

Instalacije s povratom topline s protokom od 650 m3 / h - 1 jedinica. i 1500 m3/sat - 5 kom.

Ukupna potrošnja električne energije bit će: 0,4 + 5 * 0,83 = 4,55 kW * h.

Sustav 2.

Jedinice za dovod i ispušnu ventilaciju s tradicionalnim kanalima - 1 jedinica. s protokom od 650m3/sat i 5 jedinica. s protokom od 1500m3/sat.

Ukupno električna energija instalacija na 650 m3/h bit će:

• ventilatori - 2 * 0,155 \u003d 0,31 kW * h;
• automatizacija i pogoni ventila - 0,1 kWh;
• električni grijač zraka - 7,6 kWh;

Ukupno: 8,01 kWh.

Ukupna električna snaga postrojenja pri 1500 m3/sat iznosit će:

• ventilatori - 2 * 0,32 \u003d 0,64 kW * sat;
• automatizacija i pogoni ventila - 0,1 kWh;
• električni grijač zraka - 17,5 kWh.

Ukupno: (18,24 kW * h) * 5 \u003d 91,2 kW * h.

Ukupno: 91,2 + 8,01 \u003d 99,21 kWh.

Prihvaćamo razdoblje korištenja grijanja u ventilacijskim sustavima 150 radnih dana godišnje po 9 sati. Dobivamo 150 * 9 = 1350 sati.

Potrošnja energije postrojenja s rekuperacijom bit će: 4,55 * 1350 = 6142,5 kW

Operativni troškovi će biti: 5 rubalja * 6142,5 kW = 30712,5 rubalja. ili relativno (prema ukupna površina autokuća 2000 m2) u smislu 30172,5 / 2000 = 15,1 rubalja / m2.

Potrošnja energije tradicionalnih sustava bit će: 99,21 * 1350 = 133933,5 kW Operativni troškovi bit će: 5 rubalja * 133933,5 kW = 669667,5 rubalja. ili u relativnom (na ukupnu površinu auto salona 2000 m2) izraz 669667,5 / 2000 = 334,8 rubalja / m2.

U ovom ćemo članku razmotriti takvu karakteristiku prijenosa topline kao koeficijent povrata. Prikazuje stupanj korištenja jednog nosača topline drugog tijekom izmjene topline. Faktor povrata može se nazvati faktor povrata topline, učinkovitost izmjene topline ili toplinska učinkovitost.

U prvom dijelu članka pokušat ćemo pronaći univerzalne odnose za prijenos topline. Mogu se izvesti iz najopćenitijih fizikalnih principa i ne zahtijevaju nikakva mjerenja. U drugom dijelu prikazat ćemo ovisnosti stvarnih koeficijenata povrata o glavnim karakteristikama prijenosa topline za stvarne zračne zavjese ili zasebno za jedinice izmjenjivača topline "voda - zrak", koje su već razmatrane u člancima "Snaga toplinske zavjese pri proizvoljni protok rashladnog sredstva i zraka. Interpretacija eksperimentalnih podataka” i “Snaga toplinske zavjese pri proizvoljnim brzinama protoka rashladnog sredstva i zraka. Invarijante procesa prijenosa topline”, koju je časopis “Klimatski svijet” objavio u broju 80, odnosno 83. Pokazat će se kako koeficijenti ovise o karakteristikama izmjenjivača topline, kao i kako na njih utječu protoki nositelja topline. Bit će objašnjeni neki paradoksi prijenosa topline, posebice paradoks visoke vrijednosti koeficijenta povrata topline na velika razlika u troškovima prijenosa topline. Da pojednostavimo, sam pojam oporavka i značenje istog kvantifikacija(koeficijent) razmotrite primjer izmjenjivača topline zrak-zrak. To će nam omogućiti da definiramo pristup značenju fenomena, koji se zatim može proširiti na bilo koju razmjenu, uključujući i "voda - zrak". Treba napomenuti da se u jedinicama za izmjenu topline zrak-zrak mogu organizirati i križne struje, koje su u osnovi bliske izmjenjivačima topline voda-zrak, i protustruje medija za izmjenu topline. U slučaju protustruja, koje određuju visoke vrijednosti koeficijenata oporavka, praktični obrasci prijenosa topline mogu se donekle razlikovati od onih koji su ranije razmatrani. Važno je da univerzalni zakoni prijenosa topline općenito vrijede za bilo koju vrstu jedinice za izmjenu topline. U obrazloženju članka pretpostavit ćemo da se energija čuva tijekom prijenosa topline. To je ekvivalentno izjavi da snaga zračenja i konvekcija topline iz tijela toplinska oprema, zbog vrijednosti temperature kućišta, male su u usporedbi s korisnom snagom prijenosa topline. Također pretpostavljamo da toplinski kapacitet nosača ne ovisi o njihovim temperaturama.

KADA JE VAŽAN VISOKI KOEFICIJENT OPORAVKA?

Možemo pretpostaviti da je sposobnost prijenosa određene količine toplinske snage jedna od glavnih karakteristika bilo koje toplinske opreme. Što je ova sposobnost veća, to je oprema skuplja. Faktor iskorištenja u teoriji može varirati od 0 do 100%, au praksi često od 25 do 95%. Intuitivno se može pretpostaviti da visok faktor oporavka, kao i sposobnost prijenosa velike snage, podrazumijeva visoke potrošačke kvalitete opreme. Međutim, u stvarnosti se takav izravni odnos ne promatra, sve ovisi o uvjetima korištenja prijenosa topline. Kada je visok stupanj povrata topline važan, a kada sekundaran? Ako se rashladna tekućina od koje se uzima toplina ili hladnoća koristi samo jednom, odnosno nije u petlji, a odmah nakon upotrebe nepovratno se ispušta u vanjski okoliš, tada za učinkovitu upotrebu ove topline, poželjno je koristiti uređaj s visokim faktorom povrata. Primjeri uključuju korištenje topline ili hladnoće iz dijela geotermalnih instalacija, otvorenih rezervoara, izvora tehnološkog viška topline, gdje je nemoguće zatvoriti krug nositelja topline. Visoki povrat je važan kada se u mreži grijanja proračun provodi samo na protoku vode i vrijednosti temperature izravne vode. Kod izmjenjivača topline zrak-zrak to je iskorištavanje topline otpadnog zraka koja odmah nakon izmjene topline odlazi u vanjsku okolinu. Još jedan ograničavajući slučaj ostvaruje se kada se rashladna tekućina plaća strogo prema energiji preuzetoj iz nje. Može se nazvati idealna opcija toplinske mreže. Tada se može reći da takav parametar kao koeficijent oporavka uopće nije bitan. Iako, uz ograničenja povratne temperature nosača, koeficijent povrata također ima smisla. Imajte na umu da je pod određenim uvjetima poželjan niži faktor oporavka opreme.

ODREĐIVANJE KOEFICIJENTA POKORAKA

Definicija faktora iskorištenja dana je u mnogim referentnim priručnicima (na primjer, , ). Ako se toplina izmjenjuje između dva medija 1 i 2 (slika 1),

koji imaju toplinske kapacitete c 1 i c 2 (u J / kgxK) i maseni protok g 1 i g 2 (u kg / s), respektivno, koeficijent povrata prijenosa topline može se prikazati kao dva ekvivalentna omjera:

\u003d (c 1 g 1) (T 1 - T 1 0) / (cg) min (T 2 0 - T 1 0) \u003d (c 2 g 2) (T 2 0 - T 2) / (cg) min (T 2 0 - T 1 0). (jedan)

U ovom izrazu, T 1 i T 2 su konačne temperature ova dva medija, T 1 0 i T 2 0 su početne, a (cg) min je minimalna od dvije vrijednosti tzv. naziva se toplinski ekvivalent ovih medija (W/K) pri protoku g 1 i g 2 , (cg) min = min((s 1 g 1), (s 2 g 2)). Za izračun koeficijenta može se koristiti bilo koji od izraza, jer su im brojnici, od kojih svaki izražava ukupnu snagu prijenosa topline (2), jednaki.

W \u003d (c 1 g 1) (T 1 - T 1 0) \u003d (c 2 g 2) (T 2 0 - T 2). (2)

Drugu jednakost u (2) možemo smatrati izrazom zakona o održanju energije pri prijenosu topline, koji se za toplinske procese naziva prvim zakonom termodinamike. Može se vidjeti da su u bilo kojoj od dvije ekvivalentne definicije u (1) prisutne samo tri od četiri temperature izmjene. Kao što je navedeno, vrijednost postaje značajna kada se jedno od rashladnih sredstava baci nakon upotrebe. Iz ovoga proizlazi da se izbor između dva izraza u (1) uvijek može napraviti na način da se iz računskog izraza isključi konačna temperatura ovog nosača. Navedimo primjere.

a) Povrat topline odvodnog zraka

Dobro poznati primjer izmjenjivača topline s visokom potrebnom vrijednošću je izmjenjivač topline odvodnog zraka za zagrijavanje dovodnog zraka (slika 2).

Ako označimo temperaturu ispušnog zraka T soba, ulica T st i dovodnog zraka nakon zagrijavanja u izmjenjivaču topline T pr, tada, s obzirom na istu vrijednost toplinskih kapaciteta iz dva protoka zraka (oni su gotovo isti, ako zanemarujemo male ovisnosti o vlazi i temperaturi zraka), možete dobiti dobro poznati izraz za:

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

U ovoj formuli, gmin označava najmanji g min \u003d min (g in, g out) od dva druga protoka g u dovodnom zraku i g out u odvodnom zraku. Kada protok dovodnog zraka ne prelazi protok odsisnog zraka, formula (3) se pojednostavljuje i svodi na oblik = (T pr - T st) / (T prostor - T st). Temperatura koja nije uzeta u obzir u formuli (3) je temperatura T' odvodnog zraka nakon prolaska kroz izmjenjivač topline.

b) Rekuperacija u zračnoj zavjesi ili proizvoljnom vodeno-zračnom grijaču

Jer za sve opcije jedina temperatura, čija vrijednost ne mora biti značajna, je temperatura povratna voda T x, treba ga isključiti iz izraza za faktor iskorištenja. Ako označimo temperaturu zraka oko zračne zavjese T 0, zagrijavanog zračnom zavjesom - T, i temperaturu zraka koji ulazi u izmjenjivač topline Vruća voda T g, (slika 3), jer dobivamo:

Cg (T - T 0) / (cg) min (T g - T 0). (četiri)

U ovoj formuli, c je toplinski kapacitet zraka, g je drugi maseni protok zraka.

Oznaka (cg) min je najmanja vrijednost zraka cg i vode s toplinskim ekvivalentima W G, c W je toplinski kapacitet vode, G je drugi maseni protok vode: (cg) min \u003d min ((cg) , (c W G)). Ako je protok zraka relativno mali, a ekvivalent zraka ne prelazi ekvivalent vode, formula se također pojednostavljuje: \u003d (T - T 0) / (T g - T 0).

FIZIČKO ZNAČENJE KOEFICIJENTA OPORAVKA

Može se pretpostaviti da je vrijednost koeficijenta povrata topline kvantitativni izraz termodinamičke učinkovitosti prijenosa snage. Poznato je da je za prijenos topline ta učinkovitost ograničena drugim zakonom termodinamike, koji je također poznat kao zakon neopadajuće entropije.

Međutim, može se pokazati da - to je stvarno termodinamička učinkovitost u smislu neopadajuće entropije samo u slučaju jednakosti toplinskih ekvivalenata dva medija za izmjenu topline. U općem slučaju nejednakosti ekvivalenata, najveća moguća teorijska vrijednost = 1 je zbog Clausiusovog postulata, koji je formuliran na sljedeći način: "Toplina se ne može prenijeti s hladnijeg na toplije tijelo bez drugih promjena koje su u isto vrijeme povezane ovim transferom." U ovoj definiciji, druge promjene su rad koji se obavlja na sustavu, na primjer, u obrnutom Carnotovom ciklusu, na temelju kojeg rade klima uređaji. S obzirom da pumpe i ventilatori tijekom izmjene topline s takvim nositeljima kao što su voda, zrak i drugi, proizvode na sebi zanemariv rad u usporedbi s energijama izmjene topline, možemo pretpostaviti da je takvom izmjenom topline Clausiusov postulat ispunjen s visokim stupnjem točnosti.

Iako je općenito prihvaćeno da su i Clausiusov postulat i princip neopadajuće entropije samo različiti izrazi drugog zakona termodinamike za zatvoreni sustavi, ovo nije istina. Kako bismo opovrgli njihovu istovjetnost, pokazat ćemo da oni općenito mogu dovesti do različitih ograničenja prijenosa topline. Razmotrimo rekuperator zrak-zrak u slučaju jednakih toplinskih ekvivalenata dvaju medija koji se izmjenjuju, što, ako su toplinski kapaciteti jednaki, implicira jednakost masenih protoka dvaju protoka zraka, a = (T pr - T st ) / (T soba - T st). Neka je, za određenost, sobna temperatura T soba \u003d 20 ° C, a ulična temperatura T ulica \u003d 0 ° C. Ako potpuno zanemarimo latentnu toplinu zraka, koja je posljedica njegove vlažnosti, tada, kako slijedi iz (3), temperatura dovodnog zraka T pr \u003d 16 o C odgovara koeficijentu povrata = 0,8, a pri T pr = 20 o C dosegnut će vrijednost 1. (Temperature zraka izbačenog u ulica u tim slučajevima T' će biti 4 o C odnosno 0 o C). Pokažimo da je točno = 1 maksimum za ovaj slučaj. Uostalom, čak i da je dovodni zrak imao temperaturu od T pr = 24 ° C, a izbačen na ulicu T ' = -4 ° C, tada prvi zakon termodinamike (zakon očuvanja energije) ne bi biti povrijeđen. Svake sekunde, E = cg 24 o C Joula energije će se prenijeti na ulični zrak i ista količina će biti uzeta iz sobnog zraka, au ovom slučaju to će biti jednako 1,2 ili 120%. Međutim, takav prijenos topline je nemoguć upravo zato što će se entropija sustava u tom slučaju smanjiti, što je zabranjeno drugim zakonom termodinamike.

Doista, prema definiciji entropije S, njezina promjena povezana je s promjenom ukupne energije plina Q relacijom dS = dQ / T (temperatura se mjeri u Kelvinima), a s obzirom da je pri konstantnom tlaku plina dQ = mcdT, m je masa plina, s (ili kako se često označava s p) - toplinski kapacitet pri konstantnom tlaku, dS \u003d mc dT / T. Dakle, S = mc ln(T 2 / T 1), gdje su T 1 i T 2 početna i konačna temperatura plina. U zapisu formule (3) za drugu promjenu entropije dovodnog zraka dobivamo Spr = cg ln(Tpr / Tul), ako ulični zrak zagrijava, pozitivno je. Za promjenu entropije ispušnog zraka Sout = c g · ln(T / Troom). Promjena entropije cijelog sustava u 1 sekundi:

S \u003d S pr + S vyt \u003d cg (ln (T pr / T st) + ln (T ' / T soba)). (5)

Za sve slučajeve razmotrit ćemo T st \u003d 273K, T soba \u003d 293K. Za = 0,8 iz (3), T pr = 289K i iz (2) T’ = 277K, što će nam omogućiti da izračunamo ukupnu promjenu entropije S = 0,8 = 8 10 –4 cg. Pri = 1, na sličan način dobivamo T pr = 293K i T' = 273K, a entropija, kao što je i očekivano, ostaje S = 1 = 0. Hipotetski slučaj = 1.2 odgovara T pr = 297K i T' = 269K, a izračun pokazuje smanjenje entropije: S = 1,2 = –1,2 10 –4 cg. Ovaj se izračun može smatrati opravdanjem za nemogućnost ovog procesa c = 1,2 posebno, i općenito za bilo koji > 1 također zbog S< 0.

Dakle, pri brzinama protoka koje daju jednake toplinske ekvivalente dvaju medija (za identične medije to odgovara jednakim brzinama protoka), koeficijent rekuperacije određuje učinkovitost izmjene u smislu da = 1 određuje granični slučaj očuvanja entropije. Clausiusov postulat i princip neopadajuće entropije ekvivalentni su za takav slučaj.

Sada razmotrite nejednake brzine protoka zraka za izmjenu topline zrak-zrak. Neka je, na primjer, maseni protok dovodnog zraka 2 g, a odvodnog zraka g. Da bismo promijenili entropiju uz takve troškove, dobivamo:

S \u003d S pr + S vyt \u003d 2s g ln (T pr / T st) + s g ln (T ' / T soba). (6)

Za = 1 pri istim početnim temperaturama T st = 273 K i T soba = 293 K, koristeći (3), dobivamo T pr = 283 K, budući da je g pr / g min = 2. Tada iz zakona održanja energije (2) dobivamo vrijednost T ' = 273K. Ako ove temperaturne vrijednosti zamijenimo u (6), tada za potpunu promjenu entropije dobivamo S = 0,00125cg > 0. To jest, čak iu najpovoljnijem slučaju c = 1, proces postaje termodinamički neoptimalan, događa se s povećanjem entropije i, kao posljedica toga, za razliku od podslučaja s jednakim troškovima, uvijek je ireverzibilan.

Da bismo procijenili razmjere ovog povećanja, pronađimo koeficijent rekuperacije za razmjenu jednakih troškova koji smo već razmotrili gore, tako da se kao rezultat ove razmjene proizvodi ista entropijska vrijednost kao za troškove koji se razlikuju faktorom 2 na = 1. Drugim riječima, procjenjujemo termodinamičku neoptimalnost razmjene različitih troškova na idealni uvjeti. Prije svega, sama promjena entropije malo govori, mnogo je informativnije uzeti u obzir omjer S / E promjene entropije na energiju prenesenu izmjenom topline. Uzimajući u obzir da u gornjem primjeru, kada se entropija poveća za S = 0,00125cg, prenesena energija je E = cg pr (T pr - T ul) = 2c g 10K. Dakle, omjer S / E = 6,25 10 -5 K -1. Lako je vidjeti da koeficijent oporavka = 0,75026 dovodi do iste "kvalitete" izmjene pri jednakim protokima ... Doista, pri istim početnim temperaturama T ul = 273 K i T soba = 293 K i jednakim protokima, ovaj koeficijent odgovara temperature T pr = 288K i T' = 278K. Korištenjem (5) dobivamo promjenu entropije S = 0,000937sg i uzimajući u obzir da je E = sg(T pr - T ul) = sg 15K, dobivamo S / E = 6,25 10 –5 K -1 . Dakle, u smislu termodinamičke kvalitete, prijenos topline pri = 1 i pri dvostruko različitim protokima odgovara prijenosu topline pri = 0,75026 ... s identičnim protokom.

Može se postaviti još jedno pitanje: kolike bi trebale biti hipotetske temperature izmjene s različitim brzinama protoka da bi se ovaj zamišljeni proces dogodio bez povećanja entropije?

Za = 1,32 pri istim početnim temperaturama T st = 273 K i T soba = 293 K, korištenjem (3) dobivamo T pr = 286,2 K i iz zakona održanja energije (2) T’ = 266,6 K. Ako zamijenimo ove vrijednosti u (6), tada za potpunu promjenu entropije dobivamo cg(2ln(286,2 / 273) + ln(266,6 / 293)) 0. Zakon očuvanja energije i zakon ne -opadajuća entropija za ove temperature su zadovoljene, a ipak je izmjena nemoguća jer T' = 266,6 K ne pripada početnom temperaturnom području. Time bi se izravno kršio Clausiusov postulat, prijenos energije iz hladnije okoline u zagrijanu. Posljedično, ovaj proces je nemoguć, kao što su drugi nemogući ne samo uz očuvanje entropije, nego čak i uz njezino povećanje, kada konačne temperature bilo kojeg medija izađu izvan početnog temperaturnog raspona (T st, T room).

Uz troškove koji osiguravaju nejednake toplinske ekvivalente medija za izmjenu, proces prijenosa topline je fundamentalno nepovratan i odvija se s povećanjem entropije sustava, čak i u slučaju najučinkovitijeg prijenosa topline. Ova razmatranja vrijede i za dva medija različitih toplinskih kapaciteta; jedino je važno podudaraju li se toplinski ekvivalenti tih medija ili ne.

PARADOKS MINIMALNE KVALITETE PRIJENOSA TOPLINE S KOEFICIJENTOM POKORA 1/2

U ovom odlomku razmatramo tri slučaja prijenosa topline s koeficijentima povrata od 0, 1/2 odnosno 1. Neka kroz izmjenjivače topline prolaze jednaki tokovi medija za izmjenu topline jednakih toplinskih kapaciteta s različitim početnim temperaturama T 1 0 i T 2 0 . S faktorom oporavka od 1, dva medija jednostavno razmjenjuju temperaturne vrijednosti i konačne temperature odražavaju početne T 1 = T 2 0 i T 2 = T 1 0 . Očito je da se entropija ne mijenja u ovom slučaju S = 0, jer isti mediji na izlazu imaju iste temperature kao i na ulazu. S faktorom povrata od 1/2, konačne temperature obaju medija bit će jednake aritmetičkoj sredini početnih temperatura: T 1 = T 2 = 1/2 (T 1 0 + T 2 0). Dogodit će se ireverzibilni proces izjednačavanja temperature, a to je ekvivalentno povećanju entropije S > 0. S koeficijentom povrata 0 nema prijenosa topline. To jest, T 1 \u003d T 1 0 i T 2 \u003d T 2 0, a entropija konačnog stanja neće se promijeniti, što je slično konačnom stanju sustava s koeficijentom oporavka jednakim 1. Kako je stanje c \u003d 1 je identično stanju c \u003d 0, također se analogijom može pokazati da je stanje = 0,9 identično stanju c = 0,1, itd. U ovom slučaju, stanje c = 0,5 će odgovarati maksimalno povećanje entropije od svih mogućih koeficijenata. Očigledno, = 0,5 odgovara prijenosu topline minimalne kvalitete.

Naravno, to nije točno. Objašnjenje paradoksa treba započeti činjenicom da je prijenos topline izmjena energije. Ako se entropija povećala za određeni iznos kao rezultat prijenosa topline, tada će se kvaliteta prijenosa topline razlikovati ovisno o tome je li toplina prenesena u isto vrijeme 1 J ili 10 J. Ispravnije je uzeti u obzir ne apsolutnu promjenu u entropija S (zapravo, njegova proizvodnja u izmjenjivaču topline), ali omjer promjene entropije i energije prenesene u ovom slučaju E. Očito, za različite skupove temperatura, ove vrijednosti mogu se izračunati za = 0,5. Teže je izračunati ovaj omjer za = 0, jer je to nesigurnost oblika 0/0. Međutim, lako je uzeti preraspodjelu omjera na 0, što u u praktičnom smislu može se dobiti uzimanjem ovog omjera na vrlo malim vrijednostima, kao što je 0,0001. U tablicama 1 i 2 predstavljamo ove vrijednosti za različite početne uvjete za temperaturu.

Za sve vrijednosti​​i u temperaturnim rasponima kućanstva T st i T br (pretpostavit ćemo da je T br / T st x

S / I (1 / T st - 1 / T soba) (1 -). (7)

Doista, ako označimo T sobu \u003d T ulicu (1 + x), 0< x

Na grafikonu 1 prikazujemo ovu ovisnost za temperature T ul = 300K T soba = 380K.

Ova krivulja nije ravna linija definirana aproksimacijom (7), iako joj je dovoljno blizu da se na grafu ne mogu razlikovati. Formula (7) pokazuje da je kvaliteta prijenosa topline minimalna upravo pri = 0. Napravimo još jednu procjenu skale S / E. U primjeru danom u , razmatramo spoj dvaju toplinskih spremnika s temperaturama T 1 i T 2 (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 loša kvaliteta od svih mogućih. Bez izvođenja ističemo da se ista minimalna kvaliteta prijenosa topline S / E = 1 / T 1 0 –1 / T 2 0 točno ostvaruje za -> 0 i za proizvoljan omjer protoka nositelja topline.

PROMJENE U KVALITETI PRIJELAZA TOPLINE PRI RAZLIČITIM TROŠKOVIMA NOSILACA TOPLINE

Pretpostavit ćemo da se brzine protoka nositelja topline razlikuju za n puta, a prijenos topline događa se s maksimumom moguća kvaliteta(= 1). Kojoj kvaliteti izmjene topline uz jednake troškove to odgovara? Da odgovorimo na ovo pitanje, pogledajmo kako se vrijednost S/E ponaša pri = 1 for različiti omjeri troškovi. Za razliku troškova n = 2, ova korespondencija je već izračunata u točki 3: = 1 n=2 odgovara = 0,75026… za iste tokove. U tablici 3, za skup temperatura od 300 K i 350 K, prikazujemo relativnu promjenu entropije pri jednakim brzinama protoka rashladnih sredstava istog toplinskog kapaciteta za različite vrijednosti.

U tablici 4 također prikazujemo relativnu promjenu entropije za različite omjere protoka n samo pri najvećoj mogućoj učinkovitosti prijenosa topline (= 1) i odgovarajuće učinkovitosti koje rezultiraju istom kvalitetom za jednake brzine protoka.

Prikazimo dobivenu ovisnost (n) na grafikonu 2.

Uz beskonačnu razliku u troškovima, teži konačnoj granici od 0,46745 ... Može se pokazati da je to univerzalna ovisnost. Vrijedi pri svim početnim temperaturama za bilo koji medij, ako umjesto omjera troškova mislimo na omjer toplinskih ekvivalenata. Također se može aproksimirati hiperbolom, što je na grafikonu označeno crtom 3 plave boje:

„(n) 0,4675+ 0,5325/n. (osam)

Crvena linija označava točan odnos (n):

Ako se u razmjeni s proizvoljnim n>1 ostvaruju nejednaki troškovi, tada opada termodinamička učinkovitost u smislu proizvodnje relativne entropije. Dajemo njegovu gornju procjenu bez izvoda:

Ovaj omjer teži točnoj jednakosti za n>1 blizu 0 ili 1, a za srednje vrijednosti ne prelazi apsolutnu pogrešku od nekoliko postotaka.

Završetak članka bit će objavljen u jednom od sljedećih brojeva časopisa "KLIMA SVIJET". Na primjerima realnih blokova izmjenjivača topline pronaći vrijednosti koeficijente povrata i pokazati kako su oni određeni karakteristikama jedinice, a koliko protokom nositelja topline.

KNJIŽEVNOST

1. Pukhov A. zrak. Interpretacija eksperimentalnih podataka. // Klimatski svijet. 2013. br. 80. str. 110.
2. Pukhov A. C. Snaga toplinske zavjese pri proizvoljnim protokima rashladnog sredstva i zrak. Invarijante procesa prijenosa topline. // Klimatski svijet. 2014. br. 83. str. 202.
3. Slučaj V. M., London A. L. Kompaktni izmjenjivači topline. . M.: Energija, 1967. S. 23.
4. Wang H. Osnovne formule i podaci o prijenos topline za inženjere. . M.: Atomizdat, 1979. S. 138.
5. Kadomcev B. B. Dinamika i informacije // Uspekhi fizicheskikh nauk. T. 164. 1994. Br. 5. svibnja S. 453.

Pukhov Aleksej Vjačeslavovič,
Tehnički direktor
Tvrtka Tropic Line