proces oporavka. Vrste rekuperatora i njihove prednosti i nedostaci. Specifikacije na koje treba obratiti pozornost pri odabiru

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 iz koje se uzima toplina ili hladnoća koristi samo jednom, tj. nije petljana, a odmah nakon upotrebe nepovratno se ispušta u vanjsko okruženje, zatim 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. Za izmjenjivače topline zrak-zrak to je korištenje topline izvucite zrak, koji odmah nakon prijenosa topline odlazi u vanjski okoliš. Još jedan ograničavajući slučaj ostvaruje se kada se rashladna tekućina plaća strogo prema energiji preuzetoj iz nje. To se može nazvati idealnom opcijom za mrežu opskrbe toplinom. 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 oporavka dana je u mnogim referentni priručnici(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). (1)

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). (4)

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, to je pogrešno. 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 uzimajući u obzir da pri stalni pritisak plin dQ \u003d mcdT, m je masa plina, c (ili kako se često označava s p) je 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 izmjene 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 bismo odgovorili na ovo pitanje, pogledajmo kako se vrijednost S/E ponaša pri = 1 za različite omjere troškova. 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. (8)

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. K. 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

Elektromotori su namijenjeni za pogon različitih mehanizama, ali nakon završetka pokreta mehanizam se mora zaustaviti. Da biste to učinili, također možete koristiti električni stroj i metodu rekuperacije. Što je obnova energije opisano je u ovom članku.

Što je oporavak

Naziv ovog procesa dolazi od latinske riječi “recuperatio”, što se prevodi kao “vraćanje”. To je povrat dijela energije ili materijala korištenih za ponovnu uporabu.

Ovaj se proces naširoko koristi u električnim vozilima, posebice onima na baterije. Prilikom vožnje nizbrdo i tijekom kočenja, sustav za oporavak vraća kinetičku energiju kretanja natrag u bateriju, ponovno ih puni. To vam omogućuje da vozite duže udaljenosti bez punjenja.

Regenerativno kočenje

Jedna vrsta kočenja je regenerativno. U tom je slučaju brzina vrtnje elektromotora veća od one zadane parametrima mreže: naponom na armaturi i namotu polja kod istosmjernih motora ili frekvencijom napona napajanja kod sinkronih ili asinkronih motora. U tom slučaju elektromotor prelazi u način rada generatora, a proizvedena energija se vraća u mrežu.

Glavna prednost rekuperatora je ušteda energije. To je posebno vidljivo u vožnji gradom sa stalnom promjenom brzine, prigradskim električnim prijevozom i podzemnom željeznicom s velikim brojem zaustavljanja i kočenja ispred njih.

Osim prednosti, oporavak ima nedostatke:

• nemogućnost potpunog zaustavljanja prijevoza;
• sporo zaustavljanje pri malim brzinama;
• nedostatak sile kočenja na parkiralištu.

Da bi se nadoknadili ovi nedostaci, vozila ugrađen je dodatni sustav mehaničkih kočnica.

Kako funkcionira sustav za oporavak

Da bi radio, ovaj sustav mora opskrbljivati ​​motor električnom energijom i vraćati energiju tijekom kočenja. To se najlakše može učiniti u gradskim električnim vozilima, kao i u starijim električnim vozilima opremljenim olovnim baterijama, istosmjernim motorima i kontaktorima - kada se velikom brzinom prebaci u niži stupanj prijenosa, automatski se aktivira način rada s povratom energije.

U modernom transportu umjesto kontaktora koristi se PWM kontroler. Ovaj uređaj omogućuje vam vraćanje energije u istosmjernu mrežu i naizmjenična struja. Tijekom rada radi kao ispravljač, a tijekom kočenja određuje frekvenciju i fazu mreže, stvarajući obrnutu struju.

Zanimljiv. Prilikom dinamičkog kočenja istosmjerni motori također prelaze u generatorski način rada, ali se proizvedena energija ne vraća u mrežu, već se raspršuje dodatnim otporom.

Silazak snage

Osim za kočenje, rekuperator se koristi za smanjenje brzine prilikom spuštanja tereta mehanizmima za podizanje i tijekom vožnje niz kosu cestu električnih vozila. To eliminira potrebu za nosivom mehaničkom kočnicom.

Primjena rekuperacije u prometu

Ova metoda kočenja koristi se dugi niz godina. Ovisno o vrsti prijevoza, njegova primjena ima svoje karakteristike.

U električnim vozilima i električnim biciklima

Kada vozite cestom, a još više, izvan ceste, električni pogon gotovo cijelo vrijeme radi u načinu vuče, a prije zaustavljanja ili na raskrižju - "obaranje". Zaustavljanje se vrši pomoću mehaničkih kočnica zbog činjenice da je oporavak pri malim brzinama neučinkovit.

Osim toga, učinkovitost baterija u ciklusu punjenja i pražnjenja daleko je od 100%. Dakle, iako se ovakvi sustavi ugrađuju na električna vozila, ne daju velike uštede u naplati.

Na željeznici

Rekuperacija u električnim lokomotivama provodi se pomoću vučnih motora. Istodobno se uključuju u generatorskom načinu rada, koji kinetičku energiju vlaka pretvara u električnu energiju. Ta se energija vraća natrag u mrežu, za razliku od reostatskog kočenja, koje uzrokuje zagrijavanje reostata.

Rekuperacija se također koristi tijekom dugih nizbrdica za održavanje konstantne brzine. Ova metoda štedi električnu energiju koja se vraća u mrežu i koristi je za druge vlakove.

Ranije su ovim sustavom bile opremljene samo DC lokomotive. U uređajima koji rade na izmjeničnu struju, postoji poteškoća u sinkronizaciji frekvencije izlazne energije s frekvencijom mreže. Sada je ovaj problem riješen uz pomoć tiristorskih pretvarača.

U podzemlju

U podzemnoj željeznici, tijekom kretanja vlakova, dolazi do stalnog ubrzavanja i usporavanja automobila. Stoga energetska obnova daje veliki ekonomski učinak. Dostiže svoj maksimum ako se pojavljuje istovremeno u različitim vlakovima na istoj stanici. To se uzima u obzir prilikom planiranja.

U gradskom javnom prijevozu

U gradskom električnom prijevozu ovaj je sustav ugrađen u gotovo sve modele. Koristi se kao glavni do brzine od 1-2 km/h, nakon čega postaje neučinkovit, a umjesto njega se aktivira ručna kočnica.

U Formuli 1

Počevši od 2009., sustav oporavka instaliran je na nekim strojevima. Ove godine takvi uređaji još nisu dali opipljivu nadmoć.

U 2010. godini takvi sustavi nisu korišteni. Njihova instalacija, uz ograničenje snage i količine obnovljene energije, nastavljena je 2011. godine.

Kočenje asinkronih motora

Smanjenje brzine asinkronih elektromotora provodi se na tri načina:

• oporavak;
• protivljenje;
• dinamičan.

Regenerativno kočenje asinkronog motora

Oporavak indukcijski motori moguće u tri slučaja:

• Promjena frekvencije napona napajanja. Moguće kada se motor napaja iz pretvarača frekvencije. Za prebacivanje u način kočenja, frekvencija se smanjuje tako da je brzina rotora veća od sinkrone;
• Prebacivanje namota i promjena broja polova. Moguće je samo u dva, - i višebrzinskim elektromotorima, u kojima je konstruktivno predviđeno nekoliko brzina;
• Silazak snage. Primijenjeno u mehanizmi za podizanje. U ovim uređajima ugrađeni su elektromotori s faznim rotorom, čija se regulacija brzine vrtnje provodi promjenom vrijednosti otpora spojenog na namote rotora.

U svakom slučaju, pri kočenju rotor počinje pretjecati polje statora, klizanje postaje veće od 1, a električni stroj počinje raditi kao generator, predajući energiju mreži.

Antiinkluzija

Opozicijski način se provodi prebacivanjem dviju faza koje napajaju električni stroj između sebe i uključivanjem vrtnje aparata u suprotnom smjeru.

Moguće je uključiti kada se uključe dodatni otpori u statorskom krugu ili namotima faznog rotora. Time se smanjuje struja i moment kočenja.

Važno! U praksi se ova metoda rijetko koristi zbog prekomjernih struja 8-10 puta većih od nominalnih (iznimka su motori s faznim rotorom). Osim toga, uređaj se mora isključiti na vrijeme, inače će se početi okretati u suprotnom smjeru.

Dinamičko kočenje asinkronog motora

Ova metoda se provodi primjenom konstantnog napona na namot statora. Kako bi se osigurao nesmetan rad električnog stroja, struja kočenja ne smije prelaziti 4-5 struja praznog hoda. To se postiže uključivanjem dodatnog otpora u strujnom krugu statora ili korištenjem silaznog transformatora.

Istosmjerna struja koja teče u namotima statora stvara magnetsko polje. Kada ga pređe, u namotima rotora inducira se EMF, te teče struja. Oslobođena snaga stvara kočni moment čija je jakost to veća što je veća brzina vrtnje električnog stroja.

Zapravo asinkroni elektromotor u načinu dinamičkog kočenja pretvara se u istosmjerni generator, čije su izlazne stezaljke kratko spojene (kod stroja s kaveznim rotorom) ili spojene na dodatni otpor (električni stroj s faznim rotorom).

Rekuperacija u električnim strojevima je vrsta kočenja koja štedi energiju i izbjegava trošenje mehaničkih kočnica.

Video

Svi znaju da postoji veliki izbor sustava za ventilaciju prostorija. Najjednostavniji od njih su sustavi otvorenog tipa(prirodno), 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. Za održavanje se koristi ventilacija s povratom topline potrebna razina vlažnost i sobna temperatura.
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.

Ispravno odabrano dovodna i ispušna ventilacija s povratom topline za vaš dom omogućit će vam značajnu uštedu na grijanju 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.

Pitanje kvalitete udahnutog zraka bilo je i ostalo najvažnije za ljudski život. Razni parametri igraju ulogu. Temperatura, čistoća i svježina zauzimaju prvo mjesto među njima. Često nema dovoljno lagane ventilacije uz pomoć prozora. Previše hladan ulazni zrak donosi određenu nelagodu. Pojava zagušljivog ljetnog lijenog povjetarca također ne donosi zadovoljstvo.

Što je to i kako djeluje

Strukture izmjenjivača topline ventilacijskog tipa (rekuperatori) pomažu promijeniti situaciju. Naziv uređaja dolazi od engleske i latinske riječi za "povratak».

Princip rada u potpunosti odgovara etimološkom značenju. Zrak u sobi usisava ventilacijski sustav i nasilno izbačen na ulicu. Istodobno se u prostoriju šalje vanjski mlaz svježine. Iznutra dolazi do izmjene topline, zahvaljujući kojima se zračne mase potrebne temperature vraćaju u prostoriju.

Važan pokazatelj ventilacijskih sustava je postotak miješanja ulaznog i odvodnog zraka. Rad rekuperatora omogućuje smanjenje ove pozicije gotovo na nulu. To se postiže prisutnošću separatora od plastike, bakra, aluminija ili cinka. Izmjena topline se odvija prijenosom energije strujanja na granicu. Sami mlazovi teku ili paralelno ili poprečno.

Rešetke posebnog tipa na ulazu potoka s ulice omogućuju vam da uhvatite prašinu, pelud, insekte i smanjite broj ulaznih bakterija. Zrak se pročišćava i dovodi u prostoriju. U isto vrijeme, čestice otpada koje sadrže mnogo štetnih sastojaka. Uz cirkulaciju strujanja zraka, dovodne mlaznice se čiste i zagrijavaju.

Većina postojećih rekuperatora ima sparing načini zvuka, koji promovirati jak zdrav spavati kada je instaliran u dječjoj sobi ili spavaćoj sobi.

Mnogo dizajna zadnjih godina kompaktan i jednostavan za instalaciju, ima daljinski upravljač daljinski upravljač, imaju dodatne značajke.

Standardi temperature u stanu detaljno su proučavani u ovom članku:

Vrste rekuperatora

Ovisno o različitim parametrima, razmotrite:

• Pločasti izmjenjivači topline
• Rotacijski izmjenjivači topline
• Komorni rekuperatori
• Rekuperatori s dodatnim ugrađenim izmjenjivačem topline
• Sastav nekoliko toplinskih cijevi

Pločasti izmjenjivači topline. Unutrašnji izmjenjivač topline sastoji se od jedne ili više fiksnih ploča od bakra, aluminija, plastike ili ekstra čvrste, posebno obrađene celuloze. Zrak prolazi kroz niz kazeta. Zbog temperaturne razlike između ulaznog i izlaznog toka, može se pojaviti blagi kondenzat. Moguće po hladnom vremenu neko stvaranje leda. U pravilu, za borbu protiv njega, uređaj je opremljen dodatni elementi, čija je funkcija ukloniti nakupljanje kondenzata, povećati opskrbu toplinom za odmrzavanje sustava.

Ako su rekuperatori opremljeni jednom kazetom za kretanje zraka, tada kada se formiraju kapljice, protok se preusmjerava da ga zaobiđe, a nakupljena vlaga uklanja se kroz poseban drenažni uređaj. Ako sustav uključuje nekoliko elemenata, onda kondenzacija je svedena na nulu.

Kada se pojavi led, poseban ventil blokira protok ulaznog zraka, zbog topline na pločama zagrijavaju se unutarnje komponente uređaja. Drugi način rješavanja problema bio je stvaranje kazeta za pulpu. Međutim, njihova uporaba u prostorijama s visokim stupnjem vlažnosti povećava stvaranje kondenzata i čini uređaje neprimjenjivima.

Pločasti izmjenjivači topline izvedeni su na način da nije moguće miješanje ulaznog i izlaznog mlaza, a sustav filtracije je dodatno uklanja prašinu, pelud i bakterije. Zbog toga je moguće koristiti ga u spavaćim sobama, u dječjim sobama, u bolnicama. Stvaranje rebrastih ploča omogućuje povećati učinkovitost strukture,čini ga pouzdanijim i izdržljivijim. Zbog svoje kompaktnosti i niske cijene, takvi su dizajni primjenjiviji u bolnicama, ugostiteljskim objektima i kod kuće.

Mnogi su majstori od nekih naučili sami stvarati dizajne set bakrenih ili pocinčanih ploča uz korištenje posebnog brtvila i materijala za dodatnu brtvu između listova.

Rhttp://site/eko/rekuperator-vozduha-svoimi-rukami.htmlrekuperatori motora. Njegove značajke su rotirajuće lopatice jednog ili dva rotora, zbog kojih se zrak kreće. Najčešće su ti uređaji cilindričnog oblika s gusto postavljenim pločama iznutra i bubnjem čija rotacija stvara tokove. Prvo se propušta zračni mlaz koji izlazi iz prostorije, zatim se mijenja smjer rotacije i ulazi ulični zrak.

Učinkovitost rotacijskih izmjenjivača topline je veća nego lamelarni, ali sami uređaji su glomazniji. Njihova upotreba je prikladnija za industrijske prostore, trgovačke podove. Budući da vjerojatnost miješanja protoka zraka u pravilu doseže 5-7 posto, ugradnja rotacijskih izmjenjivača topline postaje nemoguća za bolnice, kantine, kafiće i restorane. Skuplja oprema, glomaznost i složenost instalacije omogućili su korištenje takvih konstrukcija samo u posebnim industrijskim područjima.

Komorni rekuperatori. Zrak iz prostorije ulazi u posebnu komoru, u kojoj se toplina prenosi na zidove svog dijela, a zatim se izbacuje na ulicu. Unaprijediti vanjski zrak se usisava unutra u drugi odjeljak, dodatno se zagrijava s rubova i ulazi u prostoriju.

Rekuperatori s dodatnim ugrađenim izmjenjivačem topline. Poboljšava rub prijenosa topline. Međutim, manje je učinkovit jer smanjuje učinkovitost i povećava kondenzat.

Sastav nekoliko toplinskih cijevi. Zrak iz prostorije se dodatno zagrijava, pretvarajući se u paru, a zatim dolazi do reverzne kondenzacije. Prednosti ovakvih rekuperatora su u potpunoj antibakterijskoj zaštiti zraka u izvedbi.

Prilikom odabira uređaja uzimaju se u obzir veličina prostorije i stupanj njezine vlažnosti, njegova namjena, potreba za tihim radom, učinkovitost i trošak konstrukcije i njezine instalacije.

Više o ugodnoj vlazi u stanu možete pročitati u ovom članku:

Korištenje rekuperatora (video)

1. U sobama za stvaranje dodatne klimatske udobnosti.
2. Za uštedu energetskih resursa.
3. U bolnicama, za povećanje antibakterijske zone, za stvaranje ugodnog okruženja, za održavanje toplinskih karakteristika prostorije.
4. U industrijski prostori za ventilaciju velikih prostora uz održavanje zone konstantnih temperatura, češće se koriste rotacijski izmjenjivači topline koji mogu izdržati temperature do 650 stupnjeva.
5. u automobilskim konstrukcijama.

U procesu ventilacije iz prostorija ne iskorištava se samo otpadni zrak, već i dio toplinske energije. Zimi to dovodi do povećanja računa za energiju.

Smanjiti neopravdane troškove, a ne na štetu izmjene zraka, omogućit će povrat topline u ventilacijskim sustavima centraliziranog i lokalnog tipa. Za povrat toplinske energije koriste se različiti tipovi izmjenjivači topline – rekuperatori.

U članku su detaljno opisani modeli jedinica, njihovi značajke dizajna principi rada, prednosti i nedostaci. Navedene informacije pomoći će vam pri odabiru najbolja opcija za dogovor sustav ventilacije.

U prijevodu s latinskog recuperation znači naknada ili povratnica. S obzirom na reakcije izmjene topline, rekuperacija se karakterizira kao djelomični povrat energije utrošene na tehnološku radnju u svrhu njezinog korištenja u istom procesu.

Lokalni rekuperatori opremljeni su ventilatorom i pločastim izmjenjivačem topline. "Rukav" ulaza je izoliran materijalom koji apsorbira buku. Upravljačka jedinica za kompaktne klima komore nalazi se na unutarnjoj stijenci

Značajke decentraliziranih ventilacijskih sustava s rekuperacijom:

• učinkovitost – 60-96%;
• niske performanse- uređaji su dizajnirani za izmjenu zraka u sobama do 20-35 m2;
• pristupačna cijena I širok izbor jedinice, u rasponu od uobičajenih zidnih ventila do automatiziranih modela s višestupanjskim sustavom filtriranja i mogućnošću podešavanja vlažnosti;
• jednostavnost ugradnje- za puštanje u pogon nisu potrebni razvodni kanali, to možete učiniti sami.

  Važni kriteriji za odabir zidnog ulaza zraka: dopuštena debljina stijenke, kapacitet, učinkovitost izmjenjivača topline, promjer zračnog kanala i temperatura dizanog medija

  Zaključci i koristan video na tu temu

  Usporedba poslova prirodna ventilacija i prisilni sustav s rekuperacijom:

  Načelo rada centraliziranog izmjenjivača topline, izračun učinkovitosti:

  Uređaj i rad decentraliziranog izmjenjivača topline na primjeru Prana zidnog ventila:

  Oko 25-35% topline napušta prostoriju kroz ventilacijski sustav. Za smanjenje gubitaka i učinkovitu povrat topline koriste se rekuperatori. Klimatska oprema omogućuje vam korištenje energije otpadnih masa za zagrijavanje ulaznog zraka.

  Imate li nešto dodati ili imate pitanja o radu raznih ventilacijskih rekuperatora? Ostavite komentare na publikaciju, podijelite svoje iskustvo u upravljanju takvim instalacijama. Obrazac za kontakt nalazi se u donjem bloku.